Transnationale Projekte 2014

Neue Therapieansätze für Multiple Systematrophie mit Ansatzpunkt Alpha-Synuclein

In diesem Teilprojekt soll der Effekt der Kombination verschiedener Strategien (verstärkte Autophagie, Hemmung der alpha-Synuclein-Aggregation, Immuntherapie) in vitro untersucht werden. Dafür wird der Effekt aller Compound-Kombinationen auf Zell-Viabilität und alpha-Synuclein-Aggregation in einem oligodendroglialen Zellkultur-Modell untersucht, in dem induzierbar verschiedene alpha-Synuclein-Varianten exprimiert werden. Dieses Zellmodell ermöglicht ein schnelles Screening des Effekts der Kombination von zwei oder mehr zuvor getesteten Strategien und eine detaillierte quantitative Analyse möglicher synergistischer Effekte basierend auf Dosis-Wirkungs-Kurven. Dadurch sollen entscheidende Informationen für die Auswahl der beiden vielversprechendsten Kombinationen für die folgende in vivo-Untersuchung gewonnen werden. Die Auswahlkriterien basieren hierbei auf verringerter alpha-Synuclein-Aggregation und erhöhter Zell-Viabilität. Oligodendrogliale Zellen werden stabil mit lentiviralen Vektoren transduziert, die Konstrukte in die Zellen einbringen, die entweder eine stabile oder induzierbare Expression von Zielgenen ermöglichen. Durch Verwendung von bimolekularer Fluoreszenzkomplementation können alpha-Synuclein-Oligomere mittels Fluoreszenzmikroskopie visualisiert werden. Aggregation wird durch Überexpression, Exposition zu Metall-Ionen und mitochondrialen Toxinen, sowie durch Seeding von sowohl artifiziellen als auch aus Gehirnen gewonnenen alpha-Synuclein-Aggregaten induziert. Die Kinetik der Oligomer-Bildung wird mittels Fluoreszenz-Mikroskopie (OPERA-System), Einzelmolekülspektroskopie von Zelllysaten (Insight-System) und biochemischen Techniken (Sucrose-Gradienten-Zentrifugation) untersucht. Neben alpha-Synuclein-Aggregation und Zell-Viabilität bietet dieses Modell die Möglichkeit weiterer Read-Outs, beispielsweise mitochondriale Dysfunktion, oxidativer Stress, Apoptose und Unfolded Protein Response.

Pharmakologischer Screen nach Wirkstoffen zur Behandlung von zerebralen kavernösen Malformationen  (CCMCURE)

Bei zerebralen kavernösen Malformationen handelt es sich um erblich bedingte Missbildungen von Blutgefäßen, die im Gehirn oder Rückenmark vorkommen. Sie können Kopfschmerzen, Krampfanfälle oder Hirnblutungen auslösen, die sogar zum Tode führen können. Diese Fehlbildungen können häufig nicht operativ beseitigt werden, eine medikamentöse Therapie steht derzeit aber nicht zur Verfügung. In diesem Vorhaben sollen daher in enger Zusammenarbeit mit europäischen Partnern Wirkstoffe gesucht werden, die zukünftig als Medikamente bei den Betroffenen eingesetzt werden können. Dazu werden zunächst bei Fadenwürmern und Zebrafischen, die den krankheitsverursachenden genetischen Defekt besitzen, geeignete Wirkstoffe gesucht, die die Defekte unterdrücken können. Die aussichtsreichsten Wirkstoffe werden dann an Mäusen erprobt. In diesem Verbund arbeiten Arbeitsgruppen aus sechs Ländern gemeinsam an der Lösung der Forschungsfrage. Mit den Fördermaßnahmen wird das Ziel verfolgt, sich ergänzende Expertisen und Ressourcen von einschlägig qualifizierten Arbeitsgruppen aus den teilnehmenden Ländern zusammenzuführen. Durch kooperative Forschungsansätze sollen Fortschritte bei der Diagnose und Therapie seltener Krankheiten ermöglicht werden, die allein auf nationaler Ebene nicht zu erreichen wären. 

Partner 1, Potsdam

Gegenwärtig sind pharmakologischen Ansätze zur Prävention oder Behandlung von zerebralen kavernösen Malformationen (CCM) noch nicht verfügbar. Ein pharmakologischer Ansatz zur Behandlung dieser Gruppe von Erkrankungen wäre jedoch sehr wünschenswert, insbesondere für Patienten mit Läsionen im Bereich des Hirnstammes oder des Rückenmarkes, da solche Läsionen für die Neurochirurgie nicht zugänglich sind, was zu schweren Leiden oder sogar zum Tode des Patienten führen kann. Ziel dieses Konsortiums ist daher die Suche nach Wirkstoffen, welche die Ausbildung von zerebralen kavernösen Malformationen unterdrücken. Das transnationale Konsortium besteht aus Kollaborationsgruppen mit komplementären Tiermodellen. Die kanadischen Partner werden die größte Anzahl an Wirkstoffen im Tiermodell C. elegans umsetzen können. Die deutschen Partner werden den Zebrafischembryo einsetzen, um Wirkstoffe zu finden, welche kardiovaskuläre Defekte unterdrücken. Die französischen Kollaborationspartner werden schließlich die aussichtsreichsten Wirkstoffe in präklinischen Studien im Tiermodell Maus austesten. In diesem Tiermodell sollen auch mögliche Therapieansätze für die Anwendung von Wirkstoffen im Patienten ausgetestet werden. Dieser Screen wird vielleicht als ein erster proof-of-principle zeigen können, dass pharmakologische Ansätze zur Behandlung von CCM Erkrankungen möglich sind.

Partner 2, Berlin

Die Funktion unseres Gehirns wird durch eine engmaschige Versorgung mit Blutgefäßen sichergestellt die bei einigen Seltenen Krankheiten gestört ist. In Tiermodellen sollen Wirkstoffe und Mechanismen zur Krankheitsbekämpfung identifiziert werden. Es werden Mutante Stämme von Zebrafischen eingesetzt, die Mutationen in Genen aufweisen, die beim Menschen zu Gefäßmissbildungen und daraus resultierenden Krankheiten führen. Durch ein Grünfluoreszenz Protein kann die Entwicklung des Herzes mit dem Mikroskop verfolgt werden. Die Arbeitshypothese besteht in der Annahme, dass Wirkstoffe identifiziert werden können, die die Störungen der Gefäßmissbildungen aufheben können. Für einen Typ von Faktoren wurde bereits ein zugelassener Arzneimittelwirkstoff identifiziert. Eine einmalige Gabe des Wirkstoffes könnte die Blockade aufheben und zu Stammzellen führen, die anschließend permanent die fehlenden gesunden Zelltypen produzieren können. Diese Hypothese soll im Verlauf des Vorhabens geprüft werden. Für das Vorhaben werden Zebrafische verpaart und die Fischeier auf Mikrotiterplatten verteilt. Diese dienen dann für Wirkstoffsuchen mit automatisierten Mikroskopen (ArrayScan, Thermofisher) zur Charakterisierung der Herzentwicklung. Gesucht wird nach Wirkstoffen, die in den Mutanten eine normale Herzentwicklung bewirken. In Vorarbeiten konnten so Wirkstoffe identifiziert werden, die für ccm2 Mutanten eine normale Entwicklung bewirkten. In diesem Projekt sollen jetzt neben der Herzentwicklung auch kürzlich identifizierte Gefäßläsionen erfasst und quantifiziert werden.
 

Immunotherapie von familiären Prion-Erkrankungen

Familiäre Prion-Erkrankungen sind seltene neurodegenerative Erkrankungen, die Individuen in der Blüte ihres Leben betrifft, und für die es keine Therapie außer Palliation gibt. Das primäre Ziel des Konsortiums (E-Rare – PrionImmunity) ist die Entwicklung und Bereitstellung hocheffektiver Immunotherapeutika gegen Prionen. In diesem Projektteil wird das Ziel verfolgt, eine vollständige Kartierung von Epitopen auf der Oberfläche des Prionproteins durch Kristallisationsscreening und hochauflösende 3D Strukturbestimmung mit Röntgenkristallographie zu erreichen. Dies wird es ermöglichen, die Struktur-Funktions-Beziehungen zu entziffern, welche die durch PrP vermittelten physiologischen Effekte von bereits existierenden und neuartigen anti-PrP monoklonalen Antikörpern bestimmen. Es ist das Ziel, den zugrundeliegenden Mechanismus des therapeutischen Nutzens von anti-PrP Antikörpern aufzuklären. Die Tätigkeit in diesem Teilprojekt des E-Rare-2-PrionImmunity Konsortiums ist auf die Bestimmung von 3D-Strukturen von anti-PrP-Fv-Fragmenten in Anwesenheit und Abwesenheit des Prion Proteins (PrP) ausgerichtet. Es ist das übergeordnete Ziel, hochaufgelöste Strukturen zur erhalten, um darauf aufbauend physiologische und therapeutische Effekte einzelner Antikörper zu verstehen. Der detailierte Vergleich von POM:PrP und anderen Fv:PrP Komplexen sollen strukturbasierte Hypothesen für deren neuroprotektiven oder neurotoxischen Effekte liefern. Der Vergleich der strukturellen und dynamischen Veränderungen des PrP in den Komplexen wird eine Arbeitshypothese liefern, um mit maximaler Effizienz weitere Fv-Fragmente für die Strukturuntersuchung auszuwählen. Im einzelnen sind die folgenden Arbeitspackete geplant: Arbeitspaket 4.1: Die Bestimmung der 3D Struktur-Funktionskorrelation von  POM anti PrP-Antikörpern. Arbeitspaket 4.2: Bestimmung der 3D Struktur-Funktions-Korrelation neuer POM anti PrP Antikörper. Arbeitspaket 4.3: Bestimmung der PrP-Seeding Inhibition durch Fv-Fragmente.