Eine gestörte humorale und zelluläre angeborene Immunität ist eine Schlüsselkomponente bei der Entwicklung und dem Fortschreiten der altersbedingten Makuladegeneration (AMD). Retinale Mikroglia, die im gewebsansässigen Immunzellen, spielen eine zentrale Rolle bei der angeborenen Immunantwort und der Regulierung der Gewebeintegrität. Während eine kurzzeitige Mikroglia-Reaktivität die Homöostase unterstützt, stellt eine chronische Mikroglia-Reaktivität eine treibende Kraft für das Absterben von Photorezeptoren und die Entstehung von Krankheiten dar. Daher wird eine selektive Modulation der Mikroglia-Reaktivität als mögliche Behandlungsoption für immunbedingte Netzhauterkrankungen, einschließlich der atrophischen und neovaskulären Formen der AMD, angesehen. Wir haben bereits gezeigt, dass Polysialinsäuren eine Schutzschicht auf Netzhautzellen bilden und dass ihre Bindung an Mikroglia-Rezeptoren stark entzündungshemmend wirkt, was auf eine entscheidende Rolle der Glykoproteine bei der retinalen Immunität hindeutet. In vorherigen Studien haben wir gezeigt, dass Galektin-3, ein Mitglied der Familie der β-Galaktosid-bindenden Lektine, in reaktiven Mikroglia in den Netzhäuten von Patienten mit trockener AMD und in verschiedenen AMD-Mausmodellen stark hochreguliert ist. Anhand des Mausmodells der Licht-induzierten Netzhautdegeneration bei trockener AMD haben wir gezeigt, dass genetischer Mangel und pharmakologische Hemmung von Galektin-3 sowohl die Mikroglia-Reaktivität verringern als auch die Licht-induzierte Netzhautdegeneration verzögern kann. Vorläufige Daten aus unserem Labor deuten darauf hin, dass weitere Mitglieder der Galektin-Superfamilie an der Entzündung der Netzhaut und der Neoangiogenese beteiligt sein könnten, was auf eine Schlüsselrolle dieser Glykoproteinfamilie bei Augenerkrankungen hinweist. Daher sollen die Galektine, die in Augenflüssigkeiten und Netzhaut-/Choroidalgewebe von AMD-Patienten und Spenderkontrollen sowie in Nagetiermodellsystemen dysreguliert sind untersucht werden. Ebenfalls soll analysiert werden, ob die Hemmung oder Überexpression bestimmter Galektine den Verlauf der Mikroglia-Reaktivität, der Neurodegeneration und der Neovaskularisierung in der Netzhaut verändern kann. Außerdem werden wir die molekularen Mechanismen charakterisieren, die den Galektin-gesteuerten Zelltod und die Angiogenese auslösen, indem wir menschliche CO-Kulturen von Mikroglia, retinalem Pigmentepithel und Endothelzellen in einer umfassenden Organ-on-a-Chip-Plattform (Emulate) verwenden. Das umfassende Wissen über die Rolle der Galektine in der retinalen Immunologie wird dazu beitragen, entscheidende Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln und neue therapeutische Ziele für die Immunmodulation zu finden. Als langfristiges Ziel sehen wir die Entwicklung einer Behandlungsstrategie für eine auf Galektine ausgerichtete Immunmodulation bei AMD.

Dieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
 

Wir und andere haben gezeigt, dass retinale Mikroglia, wenn sie durch anhaltende Stimulation pathologisch aktiviert werden, Entzündungsmediatoren freisetzen, welche für die das Sehvermögen produzierende Netzhautneuronen schädlich sind. Es ist jedoch noch nicht klar, welche molekularen Mechanismen diesen überschießenden Reaktionen zugrunde liegen. Unsere vorläufigen Daten im Lasermodell der choroidalen Neovaskularisation weisen auf das Vorhandensein eines angeborenen Immungedächtnisses in der Netzhaut hin. Ziel dieser Studie ist es daher, die Rolle der trainierten Immunität bei der Entwicklung von maladaptiven Entzündungsreaktionen in der Mausnetzhaut weiter zu untersuchen, um die immunologischen Grundlagen von degenerativen Erkrankungen der Netzhaut besser zu verstehen. In diesem Projekt untersucht Dr. Sarva Keihani zum einen, ob ein immunologisches Gedächtnis in der Netzhaut durch in vivo Exposition gegenüber einem metabolischen oder mikrobiellen mikroglialen Priming-Stimulus (systemisch oder lokale Anwendung) eingeprägt werden kann, und somit zu einer verstärkten Entzündungsreaktion auf nachfolgende genetisch oder experimentell induzierte Netzhautschäden führt. Zum anderem soll untersucht werden, ob die Blockierung des immunologischen Gedächtnisses in den retinalen Mikroglia durch zellspezifische Ausschaltung von Transforming growth factor beta-activated kinase 1 (Tak1), einem epigenetischen Schlüsselweg für das Immuntraining, den Krankheitsverlauf in Mausmodellen der Netzhautpathologie positiv beeinflussen kann.

Dieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Altersabhängige Netzhautdegenerationen sind die Hauptursachen für Sehverlust und Erblindung.  Ein chronisch pro-entzündliches Milieu, das oft durch Mikroglia gesteuert wird, ist ein Hauptmerkmal dieser Krankheiten. Reaktive Sauerstoffspezies und Komplementkomponenten (C1q, C3), die von Mikroglia und Makrophagen produziert und freigesetzt werden, tragen zum Fortschreiten der Netzhautdegeneration bei. Die Sialylierung von Glykoproteinen ist ein wichtiger Kontrollpunkt für die Regulation des Komplementsystems und der zellulären Immunantwort. Das Ausmaß der Sialylierung nimmt beim Menschen mit zunehmendem Alter ab, ihre genaue Bedeutung für Komplement- und Mikroglia-assoziierte Erkrankungen wie der AMD ist jedoch weitgehend unverstanden. In diesem Projekt wird Julia Hofman den Effekt einer reduzierten Sialylierung auf den Mikroglia-Zustand in der Netzhaut anhand von UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase/N-acetylmannosamine kinase (GNE)-defizienten Mäusen untersuchen und den Phänotyp mit der alternden und degenerierenden menschlichen Netzhaut, speziell mit Bezug auf die AMD vergleichen. Die Mäuse werden einer akuten Weißlichtexposition als etablierten und kontrolliert induzierten Netzhautschaden unterzogen. Die nicht-invasive optische Kohärenztomographie (SD-OCT) und die konfokale Scanning Laser Ophthalmoskopie (SLO) werden dann für eine zeitliche und vergleichende Analyse der Photorezeptordegeneration und der Mikroglia-Immunantwort eingesetzt. Weiterhin werden wir den Sialylierungszustand, den Mikroglia-Phänotyp und das RNAseq-basierte Transkriptom von humanem postmortalem Netzhautgewebe von an AMD erkrankten Patienten und Kontrollpersonen vergleichbaren Alters analysieren. Die Kombination dieser In vivo-Analysen im Tiermodell mit retinaler In situ-Immunhistochemie und RNAseq-Analysen von Retinas der Maus und des Menschen wird es möglich machen, die kritischen Zeitpunkte zu definieren, an denen bereits ein leichter Sialylierungsverlust ausreicht, die Mikroglia zu alarmieren und zu messbaren Anzeichen einer Netzhautdegeneration führt.

Dieses Projekt wird durch das DFG-Schwerpunktprogramm „Lokale und periphere Faktoren der mikroglialen Vielfalt und Funktion“ gefördert.

Die diabetische Retinopathie (DR) ist eine Komplikation von Diabetes und eine der Hauptursachen für irreversible Erblindung in der Bevölkerung im arbeitsfähigen Alter. Die DR wird traditionell als eine Erkrankung der Mikrogefäße betrachtet, jedoch zeigen immer mehr Forschungserkenntnisse von Patienten und experimentellen Mausmodellen, dass Entzündungen wesentlich zur Pathogenese der DR beitragen. Entzündungsreaktionen während der retinalen Pathophysiologie werden in erster Linie von Mikrogliazellen gesteuert, die die ansässige Immunzellenpopulation darstellen. Der genaue Beitrag der Mikroglia zur Pathophysiologie der DR ist jedoch noch unklar, was vor allem darauf zurückzuführen ist, dass es keine adäquaten DR-Tiermodelle gibt, die die menschliche Erkrankung vollständig nachahmen. Kürzlich wurde in zwei separaten innovativen Mausmodellen gezeigt, dass die Hemmung der Signalübertragung des Plättchen-Wachstumsfaktors (PDGF)-B/PDGF-Rezeptor beta (PDGFRβ) während der Entwicklung der Netzhautgefäße ausreicht, um die charakteristischen Merkmale der DR bei Mäusen zu reproduzieren. Diese neuartigen Mausmodelle sind ein wichtiges Instrument für die Untersuchung der DR und die Entwicklung neuer Therapien. In diesem Projekt charakterisiert Urbanus Kinuthia umfassend die Rolle der Mikroglia in verschiedenen Stadien der DR. Diese Studie wird nicht nur unser Verständnis der Mikroglia in der DR-Pathogenese verbessern, sondern könnte auch Mikroglia als potenzielle therapeutische Ziele aufzeigen.

Dieses Projekt wird durch das Zentrum für Molekulare Medizin Köln (ZMMK)/Universität zu Köln gefördert.
 

Neovaskuläre Augenerkrankungen wie feuchte AMD und DR gehören zu den Hauptursachen für Erblindung. Das abnormale Wachstum neuer Blutgefäße aus bestehenden Kapillaren tritt in der Entwicklungsphase oder als Reaktion auf Hypoxie oder Entzündungen als Reparaturmechanismus auf. Eine fortschreitende Neovaskularisierung beeinträchtigt jedoch die Homöostase des Netzhautgewebes und führt zu einer Dysregulation der Immunreaktionen. Während der Pathogenese von degenerativen Netzhauterkrankungen produzieren Makrophagen, Mikroglia und Lymphozyten Zytokine, Chemokine und angiogene Faktoren, die zum Fortschreiten der Erkrankung beitragen und den Krankheitsverlauf verschlimmern. Es wurde gezeigt, dass pro-inflammatorische Zytokine, einschließlich IL-17A, im Glaskörper und Kammerwasser von DR- und AMD-Patienten deutlich erhöht sind. Es gibt kaum Hinweise darauf, ob Makrophagen oder retinale Mikroglia während der Pathogenese verschiedener Netzhauterkrankungen in der Lage sind IL-17A zu produzieren. Darüber hinaus soll die Expression von IL-17-Rezeptoren (IL-17RA/RC) und die mit der Aktivierung dieser Rezeptoren bei Krankheiten verbundenen Signalwege noch geklärt werden.

Unser Ziel ist es, die IL-17A/IL-17RA/RC produzierenden und exprimierenden Zellen während der retinalen Pathophysiologie anhand von Mausmodellen für AMD und DR umfassend zu analysieren. Wir werden die spezifische Rolle von IL-17A durch genetische Knock-out-Modelle und pharmakologische Hemmung mit neutralisierenden Antikörpern untersuchen. Nach Abschluss der Studie werden wir nicht nur die Rolle von IL-17A bei degenerativen Erkrankungen der Netzhaut besser verstehen, sondern auch wichtige Signalwege und Moleküle als mögliche therapeutische Ziele aufzeigen.

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der Hauptursachen für Erblindung in den Industrieländern. Die Ätiologie der AMD ist noch nicht vollständig geklärt. Genetische Assoziationsstudien in Patientenkohorten und in-situ Analysen in AMD-Augen sowie in Tiermodellen, die einige Merkmale der AMD nachahmen, haben jedoch ergeben, dass eine gestörte angeborene Immunität im Auge eine wichtige Rolle bei der Pathogenese spielt. Mit Hilfe von experimentellen und genetischen Modellen bei Mäusen haben wir bereits eine mögliche pathogene Rolle von Mikroglia und Makrophagen in der Netzhaut nachgewiesen. In diesem Projekt untersucht Nils Laudenberg die Auswirkungen eines neuartigen Colony Stimulating Factor 1 (Csf1) -Rezeptorantagonisten (PLX3397) auf die Immunzellreaktivität und den Zelltod in der Netzhaut im Lichtschadensmodell der Netzhautdegeneration.

Dieses Projekt wird durch die PRO RETINA Stiftung zur Verhütung von Blindheit gefördert.