Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine komplex genetische und multifaktorielle degenerative Erkrankung der zentralen Netzhaut, die in der Spätphase zu einem dramatischen Sehverlust führt. Bei allen bis heute untersuchten erblichen Netzhautdegenerationen, einschließlich der AMD, liegt dem Erkrankungsverlauf eine schädliche chronische Aktivierung des angeborenen Immunsystems zugrunde. Vor allem residente Mikrogliazellen, die Gewebsmakrophagen der Netzhaut, spielen eine wichtige Rolle bei der Gewebsintegrität. Durch ihre proinflammatorischen und neurotoxischen Eigenschaften tragen chronisch aktivierte Mikroglia maßgeblich zum Fortschreiten der retinalen Degeneration bei und stellen somit ein Ziel für therapeutische Ansätze dar. Immunmodulatorische, mikrogliagerichtete Therapieansätze zielen dabei darauf ab, die neurotoxischen Eigenschaften zu unterdrücken bei gleichzeitigem Erhalt der homöostatischen Funktionen. Eine Zielstruktur für einen solchen mikrogliagerichteten Therapieansatz stellt das Translokatorprotein (18 kDa) (TSPO) dar. TSPO ist ein mitochondriales Transmembranprotein, das von reaktiven Mikrogliazellen exprimiert wird und als Biomarker für Gliosen dient. In verschiedenen Modellen neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, multiple Sklerose und Netzhautdegenerationen zeigte die Behandlung mit TSPO-Liganden entzündungshemmende und neuroprotektive Effekte. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der TSPO-vermittelten Immunmodulation sowie seine biologischen Funktionen sind jedoch noch gänzlich unbekannt. In dieser Studie wollten wir daher die molekulare Funktion von TSPO bei der retinalen Immunhomöostase und Angiogenese anhand des laserinduzierten CNV-Modells aufklären, einem etablierten System zur Untersuchung wichtiger Aspekte der neovaskulären AMD. Basierend auf dem Konzept der durch endogene TSPO-Liganden vermittelten Immunmodulation der retinalen Mikroglia untersuchten wir, ob der synthetische TSPO-Ligand XBD173 immunmodulatorische und neuroprotektive Effekte im Mausmodell der neovaskulären AMD besitzt. Außerdem wollten wir die direkte Funktion von TSPO in retinalen Immunzellen mit Hilfe von konditionalen Mikroglia-spezifischen Knockout-Mäusen untersuchen.

Dieses Projekt wird durch die Velux Stiftung gefördert.

Abnormale Immunreaktionen, die durch aktivierte Phagozyten und oxidativen Stress ausgelöst werden, sind Kennzeichen vieler entzündlicher Erkrankungen. Der zielgerichtete therapeutische Ansatz durch Liganden des Translokatorproteins (TSPO) verbesserte den Krankheitsverlauf in verschiedenen präklinischen Modellsystemen für neurodegenerative Erkrankungen. Kürzlich haben wir eine entscheidende Funktion von TSPO bei der AMD identifiziert. Durch Erhöhung des zytosolischen Kalziumspiegels induzierte TSPO die Expression der NADPH-Oxidase 1 (Nox1) sowie die Aktivierung der retinalen Mikroglia, was zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) durch Nox1 führte. Die gezielte genetische oder pharmakologische Behandlung von TSPO oder die Neutralisierung der ROS-Produktion durch Nox1 verbesserte den Krankheitsverlauf in einem Mausmodell der feuchten AMD deutlich. Die genauen molekularen Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, müssen jedoch noch aufgedeckt werden. Darüber hinaus muss noch untersucht werden, ob die TSPO/Nox/ROS-Achse auch bei anderen entzündlichen Erkrankungen, die mit einer Aktivierung der Mikroglia einhergehen, eine Rolle spielt. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, unser Verständnis darüber zu vertiefen, wie die TSPO/Nox/ROS-Achse entzündliche Erkrankungen der Netzhaut wie AMD antreibt. Um dies zu erreichen, werden wir die Signalwege, die die TSPO-induzierte ROS-Produktion durch retinale Mikroglia regulieren, im Laser-induzierten Mausmodell der feuchten AMD identifizieren und detailliert charakterisieren. Darüber hinaus werden wir die genauen Zielzellen der von aktivierten retinalen Mikroglia produzierten ROS identifizieren und die molekularen Mechanismen entschlüsseln, die den schädlichen Auswirkungen der TSPO-induzierten ROS-Produktion auf diese Zellen und den Krankheitsverlauf zugrunde liegen. Darüber hinaus werden wir die Rolle der TSPO/Nox/ROS-Achse bei anderen Mikroglia-bedingten Entzündungskrankheiten der Netzhaut -wie der atrophischen Netzhautdegeneration (trockene AMD) untersuchen.

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

Das Komplementsystem ist ein löslicher und wesentlicher Bestandteil der angeborenen Immunabwehr und ist für die Bekämpfung eindringender Pathogene von Bedeutung. Drei verschiedene Komplementwege aktivieren dabei Enzymkaskaden, die terminal zum Zelltod führen. Im gesunden Zustand ist das Komplementsystem streng reguliert, um unerwünschte Aktivierung, Entzündung und Gewebeschäden zu verhindern. Eine gestörte Regulierung des Komplementsystems im Auge wird mit der Pathogenese der AMD in Verbindung gebracht, und verschiedene komplementassoziierte genetische Varianten sind mit einem erhöhten AMD-Risiko verbunden. Insbesondere das Gen für den Komplementfaktor H (CFH), bei dem ein Nukleotidaustausch an der Stelle 402 zu einem Wechsel von Tyrosin (Y) zu Histidin (H) (Y402H) führt, erhöht das AMD-Risiko drastisch.

Der Faktor H, ein lösliches Glykoprotein, spielt in der Komplementkaskade eine zentrale Rolle als Kontrollprotein und Negativregulator um körpereigene Zellen zu schützen und den Entzündungsprozess zu regulieren. Ungehemmte Entzündungen aufgrund eines Mangels an Faktor H führen zu fatalen Gewebeschäden. Bisherige, von der FDA genehmigten, Therapien zur Behandlung der geographischen Atrophie basieren auf den Wirkkstoffen Pegcetacoplan und Avacinacaptad pegol, die jeweils den Faktor C3 oder C5 des Komplementsystems hemmen. Im Gegensatz zu diesen Inhibitionsansätzen, soll in diesem Projekt einen im Moos Physcomitrella patens hergestellten rekombinanten Komplement Regulator Faktor H (CPV-101) als Immunmodulator der Netzhautdegeneration im Modell des trockenen AMD getestet.

Dieses Projekt wird durch Eleva GmbH gefördert.

Erblich bedingte Netzhauterkrankungen stellen eine klinisch und genetisch heterogene Gruppe seltener Krankheiten dar, die zu einer progredienten Abnahme der Sehfähigkeit bis hin zur Blindheit führen. Ein vielversprechender Therapieansatz stellt die Gentherapie dar, die mit Hilfe spezieller Genfähren (Vektoren), wie den adeno-assoziierten Viren (AAV), das intakte Gen in die Zielzellen einschleust und somit zur Herstellung bestimmter Proteine für die normale biologische Funktion führt. Solche Genfähren werden bereits in präklinischen Studien für diverse Netzhautdystrophien erprobt, mit der ersten Marktzulassung für eine vektorbasierte Gentherapie auf AAV zur Behandlung von Patienten mit biallelischen Mutationen im RPE65-Gen (Luxturna®) und mehreren laufenden klinischen Studien für andere Gene. AAV-Vektoren sind die am häufigsten verwendeten Genfähren für die Gentherapie im Auge, da sie viele Vorteile bieten, wie z. B. ihren zellspezifischen Tropismus, eine langanhaltende Expression und ein relativ geringes Entzündungspotential im Vergleich zu anderen viralen Vektoren. Doch selbst in immunprivilegierten Bereichen wie dem Auge werden AAV-Vektoren als fremde Eindringlinge erkannt und lösen Entzündungsreaktionen in den Wirtszellen aus. Ein tieferes Verständnis dieser Immunprozesse in der Netzhaut ist daher wichtig, um immunbedingte toxische Nebenwirkungen, die sich negativ auf den Erfolg der Gentherapie auswirken, zu beseitigen. Als residente Immunzellpopulation spielen Mikroglia eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle angeborener Immunmechanismen der Netzhaut. Die Mikrogliaaktivierung galt lange Zeit als nebensächliche Begleiterscheinung bei degenerativen Netzhauterkrankungen. Mittlerweile ist dieser Prozess jedoch als pathophysiologisch relevanter Krankheitsmechanismus anerkannt, sodass Mikroglia potenzielle Ansatzpunkte für neue Therapieoptionen bieten. Unsere vorläufigen Daten, sowie Daten anderer Forschungsgruppen deuten darauf hin, dass residente Mikroglia frühzeitig auf lokal injizierte AAV ansprechen; eine umfassende Analyse in adulten Tiermodellen steht jedoch noch aus. Eine systematische Charakterisierung der Mikrogliaaktivierung während der AAV-Behandlung von adulten Wildtyp-Mäusen und Mäusen mit erblicher Netzhautdegeneration könnte eine Reihe von neuen molekularen Zielstrukturen aufdecken, die weitere Ansatzpunkte für Therapien bieten. Im geplanten Projekt soll Justus Dick nun systematisch am Mausmodell die toxischen Immunreaktionen der Mikroglia zum einen abhängig vom AAV Capsid und zum anderen dosisabhängig untersucht werden. Ebenfalls soll die Reaktion der Mikroglia auf leere AAV2-Vektoren im Vergleich zu AAV2-Vektoren, die mit einer funktionellen Expressionskassette gepackt sind, beleuchtet werden, um weitere Immunreaktionen gegen Transgene und Neoantigene zu identifizieren. Abschließend soll dann untersucht werden, ob eine Gentherapie-begleitende Immunmodulation ein deutlich besseres Ergebnis im Sinne von Seherhaltung liefert. In einer umfassenden Analyse, die in-vivo-Netzhautbildgebung mit histologischen und molekularen Ansätzen kombiniert, werden wir verschiedene Schlüsselparameter der Mikrogliaaktivierung und der Netzhautentzündung quantifizieren.

Dieses Projekt wird durch die Rühling Stiftung gefördert.
 

Gentherapien mit AAV gehören zu den vielversprechendsten Strategien zur Behandlung erblicher Netzhauterkrankungen. Obwohl AAV-Vektoren als sicher gelten, werden sie als fremde Eindringlinge erkannt und lösen selbst in immunprivilegierten Bereichen wie dem Auge Wirtszellreaktionen aus. Ein tiefes Verständnis dieser Immunprozesse in der Netzhaut ist wichtig, um immunbedingte Nebenwirkungen und Toxizität, die sich negativ auf die Gentherapie auswirken, zu vermeiden. Mikroglia, die in der Netzhaut ansässigen Immunzellen können auch eine Netzhautdegeneration auslösen und als potenzielle Ziele für eine Therapie dienen. Schwere Augenentzündungen, die bei der viralen Gentherapie der Netzhaut auftreten und durch angeborene und adaptive Immunreaktionen auf AAVs und Cargo-Transgene ausgelöst werden, können für viele sehbehinderte Patienten erhebliche Hürden für die laufende klinische Entwicklung darstellen. Die Identifizierung der Auslöser der Immunreaktion und potenzieller molekularer Ziele zur Beseitigung immunbedingter Nebenwirkungen, die die Gentherapie beeinträchtigen, wird dazu beitragen, die Natur der Entzündung zu verstehen und die Interventionen während der Gentherapie zu verbessern, um die Entzündung bei Patienten mit erblichen Netzhautdegenerationen zu kontrollieren oder zu verhindern. Neben dem Einfluss des Virustiters auf die Immunogenität von AAVs scheinen auch Capsidproteinvarianten, Promotoren und das Transgenprodukt entscheidende Faktoren zu sein. In diesem Projekt wird Anna Gröger eine eingehende Analyse der retinalen Mikroglia in verschiedenen Stadien nach der AAV-Transduktion als Reaktion auf unterschiedliche Titer, Capsid-Varianten, ubiquitäre und endogene Promotoren sowie Vektoren mit unterschiedlichen Transgenen durchführen. Außerdem wird eine experimentelle Therapie in Retinoschisin (Rs1h)-defizienten Mäusen unter Anwendung von Minocyclin zur Immunmodulation durchgeführt.

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