AG Tschöpe: Immunokardiologie

Eine Entzündung ist ein wichtiger Prädiktor für ein schlechteres Ergebnis bei einer Herzinsuffizienz. Doch das Verständnis über die zugrunde liegenden Mechanismen der Herzentzündung mit dem angeborenen und adaptiven Immunsystem ist unvollständig. Basierend auf endomyokardialen Biopsieanalysen und Immunprofilen gut charakterisierter Patientenkollektive sowie experimenteller in vitro- und in vivo-Modelle wollen wir Einblicke in die Einbindung des Immunsystems bei Herzinsuffizienz und bei der Suche nach potentiellen Biomarkern der Herzinsuffizienz gewinnen. Für letzteres ist insbesondere die Verwendung der hypothesenfreien bildgebenden Massenspektrometrie, die von der integrierten cardioproteomics Gruppe abgedeckt wird, von Bedeutung. Darüber hinaus werten wir neuartige entzündungshemmende Strategien in experimentellen Modellen der Herzinsuffizienz aus, die nach Erfolg in die Klinik übersetzt werden. Auf der anderen Seite untersuchen wir Arbeitsmechanismen von neuartigen Therapeutika, die in der Klinik verwendet werden, in vitro und in vivo. Die Auswirkungen dieser therapeutischen Strategien auf die kardiologische Proteom-Signatur werden durch die Kardioproteomik evaluiert und die starken Wechselwirkungen zwischen der klinischen, experimentellen Immunokardiologie und der Kardioprotemie-Gruppe hervorgehoben.

Struktur

  • Experimentelle Immunkardiologie
  • Kardioproteomik
  • Klinische Imunkardiologie

Team

PD Dipl.-Ing. Sophie Van Linthout
Head of experimental immunocardiology lab
Telefon: +49 (0)30 450 539 486
E-Mail: sophie.van-linthout@charite.de

Dr. rer. med. Oliver Klein
Head of cardioproteomics lab
Telefon: +49 (0)30 450 566 143
E-Mail: oliver.klein@charite.de

Dr. rer. nat. Dipl.-Pharm. Kathleen Pappritz
Post-Doc
Telefon: +49 (0)30 450 539 509/ 514
E-Mail: kathleen.pappritz@charite.de

Dipl.-Biochem. Irene Müller
PhD Student
Telefon: +49 (0)30 450 539 456/ 509
E-Mail: Irene.mueller@charite.de

Dipl.-Ing. Annika Koschel
Technician
Telefon: +49 (0)30 450 539 456/ 509
E-Mail: annika.koschel@charite.de

Kerstin Puhl
Technician
Telefon: +49 (0)30/ 450 539 536
E-Mail: kerstin.puhl@charite.de

Marzena Sosnowski
Technician
Telefon: +49 (0)30 450 539 456/ 509
E-Mail: marzena.sosnowski@charite.de

Guest researchers

Dipl.-Biol. Muhammad El-Shafeey
PhD Student
Telefon: +49 (0)30 450 539 456
E-Mail: Muhammad.El-Shafeey@charite.de

Clinicians

Dr. Uwe Kühl, MD
Telefon: +49 (0)30 450 565 495
E-Mail: Uwe.Kuehl@charite.de

Dr. Frank Spillmann, MD
E-Mail: Frank.Spillmann@charite.de

Experimentelle Immunokardiologie

Wir konzentrieren uns auf die Erforschung der Rolle der angeborenen und adaptiven Immunität in der Pathogenese der nicht-ischämischen Herzinsuffizienz. Dabei liegt unser Hauptinteresse auf der entzündlichen Kardiomyopathie, diabetischer Kardiomyopathie und Herzinsuffizienz mit konservierter Ejektionsfraktion.

Wir untersuchen die Relevanz der kardiosplenischen Achse, d.h. das Anpeilen von Immunzellen gegenüber dem Herzen und deren anschließende Beteiligung an der kardialen Remodellierung. Unser weiteres Interesse ist die Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen Immunzellen und Herzendothelzellen, Herzfibroblasten und Kardiomyozyten sowie die wechselseitigen Wechselwirkungen zwischen den Herzzellen.

Der zweite Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf der Bewertung des Potenzials von immunomodulierenden Strategien zur Behandlung oder Vorbeugung von entzündlichen, diabetischen Kardiomyopathien oder Herzinsuffizienz mit konservierter Ejektionsfraktion. In dieser Hinsicht untersuchen wir das Potenzial der systemischen Verabreichung von kardial abgeleiteten proliferierenden Zellen (CardAPs, Zellen, die im BCRT in Verbindung mit Plattform C, Tissue Engineering und D, Immunsystem), mesenchymalen Stromazellen oder T regulatorischen Zellen, ebenso wie das Potential der immunomodulatorischen Pharmaka.

Mit dem Ziel, unsere Erkenntnisse in die Klinik zu überführen, werden unsere Beobachtungen bei Patienten und Patienten (Endomyokardialbiopsien, Serum, zirkulierende mononukleare Zellen) in vivo- und in vitro-Modellen und umgekehrt weiter validiert. Daher ist die Gruppe der experimentellen Kardioimmunologie stark mit den Kardioproteomik- und klinischen Cardioimmunologie-Gruppen verknüpft.

Forschungsschwerpunkt

  • Mustererkennungsrezeptoren einschließlich NOD-ähnlicher Rezeptoren
  • kardiosplenische Achse
  • Immunmodulierende Strategien: zellbasierte und pharmakologische Strategien

Methoden

Patientenproben

  • Charakterisierung von endomyokardialen Biopsien durch Immunhistochemie, Genexpressionsanalyse, Auswuchskultur von Herzfibroblasten
  • Charakterisierung von transkoronären Gradienten mittels Durchflusszytometrie
  • Identifizierung von zirkulierenden Fibrozyten, apoptotischen Endothelzellen und mononuklearen Zelluntergruppen mittels Durchflusszytometrie

Zellisolation, Kultur und in vitro-Modelle

  • Primäre Kultur von menschlichen endomyokardial-biopsie-abgeleiteten Herzfibroblasten und Herzfibroblasten, die von linken Ventrikel von Mäusen abgeleitetet wurden
  • Isolierung und Kultur von murinen kardialen mononuklearen Zellen, Splenozyten, peripheren mononukleären Blutzellen
  • Stressmodelle: Coxsackievirus B3-, Parvovirus B19-, Hyperglykämie-, Angiotensin-II-, Tumor-Nekrose-Faktor-α-, transformierende Wachstumsfaktor-ß-induzierte Stress
  • Kultur von mesenchymalen Stromazellen, HUVEC, HAEC, HL-1-Kardiomyozyten, THP-1-Zellen
  • Co-Kulturen von mesenchymalen Stromazellen / mit HL-1-Kardiomyozyten, Herzfibroblasten, Endothelzellen, Co-Kultur von Endothelzellen mit HL-1-Kardiomyozyten, Co-Kultur von Splenozyten mit Fibroblasten, Co-Kultur von mononuklearen Zellen und Endothelzellen
  • Gen-Expression-Knockdown über siRNA-Transfektion

Tiermodelle

  • Experimentelle Modelle der viral-induzierten entzündlichen Kardiomyopathie, Myokardinfarkt, diabetische Kardiomyopathie, Angiotensin II-induzierte Herzhypertrophie
  • Linksventrikuläre Funktionsmessungen durch Leitkatheter
  • Endothelfunktionsanalyse mittels Organwasserbadmethode

Kooperationen

  • Prof. Dr. Bart De Geest, Center for Molecular & Vascular Biology, Catholic University of Leuven, Leuven, Belgium
  • Prof. Dr. Wolfgang Linke, University of Bochum, Bochum
  • Dr. Nazha Hamdani, University of Bochum, Bochum
  • Dr. Henry Fechner and Dr. Sandra Pinkert, TU, Berlin
  • Prof. Dr. Kurreck, TU, Berlin
  • PD Dr. Martina Seifert, BCRT, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Hans-Dieter Volk, BCRT, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Michael Sittinger, Dr. Marion Haag, Dr. Jochen Ringe, BCRT, Charité - Universitätsmedizin
  • Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK)
  • PD Anna Foryst-Ludwig, AG Kintscher, Center for Cardiovascular Research (CCR), Berlin

Ausgesuchte Publikationen

  • Spillmann F, Miteva K, Pieske B, Tschöpe C, Van Linthout S. High-Density Lipoproteins Reduce Endothelial-to-Mesenchymal Transition. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2015;35:1774-7.
  • Van Linthout S, Tschöpe C, Schultheiss HP. Lack in treatment options for virus-induced inflammatory cardiomyopathy: can iPS-derived cardiomyocytes close the gap? Circ Res. 2014;115:540-1.
  • Savvatis K*, Van Linthout S*, Miteva K, Pappritz K, Westermann D, Schefold JC, Fusch G, Weithäuser A, Rauch U, Becher PM, Klingel K, Ringe J, Kurtz A, Schultheiss HP, Tschöpe C. Mesenchymal stromal cells but not cardiac fibroblasts exert beneficial systemic immunomodulatory effects in experimental myocarditis. PLoS One;7:e41047.
  • Miteva K, Haag M, Peng J, Savvatis K, Becher PM, Seifert M, Warstat K, Westermann D, Ringe J, Sittinger M, Schultheiss HP, Tschöpe C*, Van Linthout S*. Human cardiac-derived adherent proliferating cells reduce murine acute Coxsackievirus B3-induced myocarditis. PLoS One. 2011;6:e28513.
  • Van Linthout S*, Savvatis K*, Miteva K, Peng J, Ringe J, Warstat K, Schmidt-Lucke C, Sittinger M, Schultheiss HP, Tschöpe C. Mesenchymal stem cells improve murine acute coxsackievirus B3-induced myocarditis. Eur Heart J. 2011;32:2168-78.

 *Equal contribution.

Cardioproteomics

Cardiovascular Disorders are one of the main causes of death in Western societies. Despite the establishment and availability of conventional heart failure therapies, (non)-invasive diagnostic tools and surgery methods, target-specific therapies and/ or diagnostic strategies are still lacking for a subset of cardiovascular disorders, including inflammatory cardiomyopathy and heart failure with preserved ejection fraction, of which the latest prevalence raises continuously.

The cardioproteomic group aims to determine protein signatures for patient, disease and therapy stratification and to find novel therapeutic targets, particularly of those cardiovascular disorders for which target-specific therapies are still not established and/or the pathogenesis is not fully understood.  The team focuses on sophisticated proteomics methodology for the exploration of the quantity and quality protein signatures, particularly in clinical samples. The proteomics methodology is closely affiliated with the CU Tissue Typing.  

Tissue assessment by imaging mass spectrometry enables personalized pathology based on the spatially determination of molecular signatures (e.g. proteins, peptides). In our group, we apply imaging mass spectrometry to investigate the development and progression, cellular-molecular inflammatory processes or mechanisms of regenerative tissue renewal in clinical tissue specimens.

Body fluid Profiling.  Robust and reproducible protein analyses techniques for the analysis of patient fluids specimens is a key requirement for the evolution of surgery methods, target-specific therapies and/ or diagnostic strategies for cardiovascular disorders. To overcome the limitations of traditional shotgun proteomics relating problems of missing data and reproducibility, we established hyper-reaction monitoring (HRM) mass spectrometry (MS). HRM-MS works via retention-time-normalized spectral libraries and enables unmatched proteome coverage with reproducible and precise protein quantification. 

Research Focus

  • Stratification and classification of patient subgroups with cardiovascular disorders via protein profiling
  • Tissue assessment to classify cardiac disorders e.g. amyloidosis
  • Determination of novel specific therapy and/ or diagnostic targets 

Methods

  • Analysis of protein quantity and quality by using liquid chromatography mass spectrometry
  • Tissue assessment via imaging mass spectrometry
  • Various protein preparations techniques in particular for clinical specimens

Selected Publications

  • Becker M, Maring JA, Oberwallner B, Kappler B, Klein O, Falk V, Stamm C. Processing of Human Cardiac Tissue toward Extracellular Matrix Self-Assembling Hydrogel for in Vitro and in Vivo Applications JoVE 2017
  • Kappler B, Anic P, Becker M, Bader A, Klose K, Klein O, Oberwallner B, Choi YH, Falk V, Stamm C. The cytoprotective capacity of processed human cardiac extracellular matrix. J Mater Sci Mater Med. 2016 Jul;27(7):120. doi: 10.1007/s10856-016-5730-5. Epub 2016 Jun 7.PMID: 27272902
  • Tschöpe C, Van Linthout S, Spillmann F, Klein O, Biewener S, Remppis A, Gutterman D, Linke WA, Pieske B, Hamdani N, Roser M. Cardiac contractility modulation signals improve exercise intolerance and maladaptive regulation of cardiac key proteins for systolic and diastolic function in HFpEF. Int J Cardiol. 2016 Jan 15;203:1061-6. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.10.208. Epub 2015 Oct 27. No abstract available. PMID: 26638055
  • Kararigas G, Fliegner D, Forler S, Klein O, Schubert C, Gustafsson JA, Klose J, Regitz- Zagrosek V. Comparative Proteomic Analysis Reveals Sex and Estrogen Receptor β Effects in the Pressure Overloaded Heart. J Proteome Res. 2014;13:5829-36.
  • Klein O, Strohschein K, Nebrich G, Oetjen J, Trede D, Thiele H, Alexandrov T, Giavalisco P, Duda GN, von Roth P, Geissler S, Klose J, Winkler T. MALDI imaging mass spectrometry: Discrimination of pathophysiological regions in traumatized skeletal muscle by characteristic peptide signatures. Proteomics. 2014;14:2249-60.
  • Klein O, Rohwer N, de Molina KF, Mergler S, Wessendorf P, Herrmann M, Klose J, Cramer T. Application of two-dimensional gel-based mass spectrometry to functionally dissect resistance to targeted cancer therapy. Proteomics Clin Appl. 2013;7:813-24.

Klinische Immunokardiologie

Derzeit existieren keine spezifischen Behandlungsmöglichkeiten weder für die entzündliche Kardiomyopathie, noch für Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion. Herzentzündungen, die durch die angeborene und adaptive Immunität ausgelöst werden, spielen eine wichtige Rolle bei der Pathogenese beider Herzstörungen. In einer starken Wechselwirkung mit der Kardioproteomik und der Arbeitsgruppe Experimentelle Immunokardiologie wollen wir neuartige immunmodulatorische Strategien von der Grundlagenforschung bis zum Patientenbett überführen und neue Biomarker der Herzinsuffizienz finden. Langfristig wollen wir Patienten-differenzierte Behandlungsmöglichkeiten erreichen, die auf dem klinischen sowie dem endomyokardialen Biopsie- bzw. Immunprofil basieren.

Forschungsschwerpunkt

  • Analyse von endomyokardialen Biopsien
  • Suche nach neuartigen diagnostischen Markern der entzündlichen Kardiomyopathie und Herzinsuffizienz mit erhaltenen Ejektionsfraktionen
  • Identifizierung von Monitoring-Markern der Therapie-Effektivität
  • Klinische Studien mit immunomodulatorischen und antiviralen Therapien

Methoden

Patientenproben

  • Charakterisierung von endomyokardialen Biopsien durch Immunhistochemie, Genexpressionsanalyse, Auswuchskultur von Herzfibroblasten
  • Charakterisierung von transkoronären Gradienten mittels Durchflusszytometrie
  • Identifizierung von zirkulierenden Fibrozyten, apoptotischen Endothelzellen, mononuklearen Zelluntergruppen mittels Durchflusszytometrie

Kooperationen

  • Prof. Dr. Wolfgang Linke, University of Bochum, Bochum
  • Dr. Nazha Hamdani, University of Bochum, Bochum
  • PD Dr. Martina Seifert, BCRT, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Dr. Hans-Dieter Volk, BCRT, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Michael Sittinger, Dr. Marion Haag, Dr. Jochen Ringe, BCRT, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK)

Ausgesuchte Publikationen

  • Templin C, Ghadri JR, Diekmann J, Napp LC, Bataiosu DR, Jaguszewski M, Cammann VL, Sarcon A, Geyer V, Neumann CA, Seifert B, Hellermann J, Schwyzer M, Eisenhardt K, Jenewein J, Franke J, Katus HA, Burgdorf C, Schunkert H, Moeller C, Thiele H, Bauersachs J, Tschöpe C, Schultheiss HP, Laney CA, Rajan L, Michels G, Pfister R, Ukena C, Böhm M, Erbel R, Cuneo A, Kuck KH, Jacobshagen C, Hasenfuss G, Karakas M, Koenig W, Rottbauer W, Said SM, Braun-Dullaeus RC, Cuculi F, Banning A, Fischer TA, Vasankari T, Airaksinen KE, Fijalkowski M, Rynkiewicz A, Pawlak M, Opolski G, Dworakowski R, MacCarthy P, Kaiser C, Osswald S, Galiuto L, Crea F, Dichtl W, Franz WM, Empen K, Felix SB, Delmas C, Lairez O, Erne P, Bax JJ, Ford I, Ruschitzka F, Prasad A, Lüscher TF. Clinical Features and Outcomes of Takotsubo (Stress) Cardiomyopathy. N Engl J Med. 2015 Sep 3;373(10):929-38.
  • Tschöpe C, Post H. Latent ischaemia as a trigger for a circulus vitiosus of inflammation, fibrosis, and stiffness in HFPEF. Eur J Heart Fail. 2015;17:1210-2.
  • Tschöpe C, Dominguez F, Canaan-Kühl S, Blaschke D, Kühl U, Pieske B, Haverkamp W. Endomyocardial biopsy in Anderson-Fabry disease: The key in uncertain cases. Int J Cardiol. 2015;190:284-6.
  • Schmidt-Lucke C, Escher F, Van Linthout S, Kühl U, Miteva K, Ringe J, Zobel T, Schultheiss HP, Tschöpe C. Cardiac migration of endogenous mesenchymal stromal cells in patients with inflammatory cardiomyopathy. Mediators Inflamm. 2015;2015:308185.
  • Escher F, Kühl U, Gross U, Westermann D, Poller W, Tschöpe C, Lassner D, Schultheiss HP. Aggravation of left ventricular dysfunction in patients with biopsy-proven cardiac human herpesvirus A and B infection. J Clin Virol. 2015 Feb;63:1-5.
  • Escher F, Lassner D, Kühl U, Gross U, Westermann D, Poller W, Skurk C, Weitmann K, Hoffmann W, Tschöpe C, Schultheiss HP. Analysis of endomyocardial biopsies in suspected myocarditis--diagnostic value of left versus right ventricular biopsy. Int J Cardiol. 2014;177:76-8.
  • Savvatis K, Schultheiss HP, Tschöpe C. Endomyocardial biopsy and ultrastructural changes in dilated cardiomyopathy: taking a 'deeper' look into patients' prognosis. Eur Heart J. 2015;36:708-10.
  • Escher F, Kühl U, Lassner D, Stroux A, Westermann D, Skurk C, Tschöpe C, Poller W, Schultheiss HP. Presence of perforin in endomyocardial biopsies of patients with inflammatory cardiomyopathy predicts poor outcome. Eur J Heart Fail. 2014;16:1066-72.
  • Lassner D, Kühl U, Siegismund CS, Rohde M, Elezkurtaj S, Escher F, Tschöpe C, Gross UM, Poller W, Schultheiss HP. Improved diagnosis of idiopathic giant cell myocarditis and cardiac sarcoidosis by myocardial gene expression profiling. Eur Heart J. 2014;35:2186-95.
  • Tschöpe C, Van Linthout S. New insights in (inter)cellular mechanisms by heart failure with preserved ejection fraction. Curr Heart Fail Rep. 2014;11:436-44.