Verbund

GeNeRARe - Deutsches Forschungsnetzwerk für RASopathie

Bei den RASopathien handelt es sich um eine Gruppe seltener genetisch bedingter Erkrankungen. Sie umfasst das Noonan-Syndrom, Neurofibromatose Typ 1 sowie weitere sehr seltene Syndrome. Gemeinsam ist der Erkrankungsgruppe dass aufgrund von Mutationen in verschiedenen Genen eine Überaktivierung eines bestimmten intrazellulären Signalweges vorliegt. Die Symptome der Krankheiten in dieser Gruppe sind vielfältig und ihre Ausprägung individuell unterschiedlich. Dazu gehören angeborene Herzfehler, Skelettanomalien und andere äußere Merkmale, eine Neigung zu Tumoren und neurokognitive Defizite. Viele Betroffene haben erhebliche Beeinträchtigungen ihrer Lebensqualität und Lebensdauer.
Ziel des Verbundes GeNeRARe ist die genauere Erforschung der pathophysiologischen Grundlagen des Noonan-Syndroms und verwandter Erkrankungen sowie die Translation dieser Ergebnisse in Diagnostik, Patientenmanagement und Therapie. Im Vordergrund stehen mehrere wissenschaftliche Fragestellungen, wie z.B. eine genauere Erforschung des überaktivierten Signalweges und der unterschiedlichen genetischen Ursachen, die Etablierung eines modernen genetischen Diagnoseverfahrens, die Charakterisierung des Verlaufs dieser Erkrankungen sowie Untersuchungen zu medikamentösen Therapieverfahren.

Koordinator:
Prof. Dr. Martin Zenker
Universitätsklinikum
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Institut für Humangenetik
Leipziger Str. 44
39120 Magdeburg
Tel.: 0391 67-15062
Fax: 0391 67-15066
E-Mail: ihg@med.ovgu.de

Teilprojekte

TP1: Mutationsspektrum, Genotyp-Phänotyp-Korrelationen und natürlicher Verlauf bei RASopathien

Förderkennzeichen: 01GM1519A
Gesamte Fördersumme: 288.688 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Prof. Dr. Martin Zenker
Adresse: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum, Institut für Humangenetik
Leipziger Str. 44
39120 Magdeburg

TP1: Mutationsspektrum, Genotyp-Phänotyp-Korrelationen und natürlicher Verlauf bei RASopathien

In diesem Teilprojekt soll eine innovative molekulargenetische Diagnostik für RASopathien mittels Hochdurchsatz-Verfahren entwickelt, Zusammenhänge zwischen bestimmten Genveränderungen und Krankheitsverlauf/ -prognose systematisch untersucht und eine spezialisierte Struktur zur Patientenversorgung im Sinne eines nationalen Referenzzentrums am Standort Magdeburg weiter ausgebaut werden. Das Teilprojekt wird als koordinierendes Projekt mit den anderen Teilprojekten des Verbundes eng vernetzt sein und stellt durch den unmittelbaren Bezug zu betroffenen Patienten für den Verbund eine wichtige Plattform für seine translationale Ausrichtung dar. Es soll eine auf modernster „Next-Generation-Sequencing"-Technologie basierende Multi-Gen-Panel-Diagnostik für RASopathien entwickelt und validiert werden, welche die schnelle und kosteneffiziente Analyse aller bekannten RASopathie-Gene erlaubt. Die existierende Online-Mutationsdatenbank (www.nseuronet.com), die von der Arbeitsgruppe im Rahmen eines zurückliegenden E-RARE-Projekts aufgebaut wurde, soll aktualisiert, erweitert und mit neuen Software-Tools ausgestattet werden. Diese ermöglichen Studien zu Mutationsspektren und Genotyp-Phänotyp-Beziehungen auf der Basis standardisierter Daten und in Kohorten bisher nicht erreichter Größe. Unter Einbeziehung einer interdisziplinären RASopathie-Sprechstunde soll am Universitätsklinikum Magdeburg ein nationales Referenzzentrum für RASopathien als Teil des Mitteldeutschen Kompetenznetzes für Seltene Erkrankungen (MKSE: www.mkse.ovgu.de/Fachzentren) weiter ausgebaut werden

TP2: Neurobiologie und neurokognitive Funktionen in Mausmodellen von RASopathien

Förderkennzeichen: 01GM1519B
Gesamte Fördersumme: 241.343 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Dr. Anna Fejtova
Adresse: Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN)
Brenneckestr. 6
39118 Magdeburg

TP2: Neurobiologie und neurokognitive Funktionen in Mausmodellen von RASopathien

In diesem Projekt werden genetisch veränderte Mäuse mit gezielten, aus RASopathie-Patienten bekannten Mutationen eingesetzt um die Auswirkungen veränderter RAS-MAPK Signale auf die Hirnfunktion zu untersuchen. Ziel ist es, diese Mausmutanten als Tiermodelle für kognitive Störungen in RASopathien zu etablieren, die es erlauben werden neue pharmakologische Therapeutika zu testen. In diesem Teilprojekt werden Tiermodelle mit spezifischer aus RASopathien bekannter Mutation in Nervenzellen erzeugt und umfassend molekular, zellulär-physiologisch und verhaltenspharmakologisch charakterisiert. Mit neuronalen Primärkulturen und akuten Schnittpräparaten werden mögliche Veränderungen in neuronaler Differenzierung, Transmission und Plastizität untersucht. So sollen zelluläre Prozesse und molekulare Signalwege, die von der jeweiligen Mutation betroffen sind, identifiziert und Möglichkeiten für eine pharmakologische Intervention auf Synapsen- und Transkriptionsebene eruiert werden. Parallel dazu werden Veränderungen in motorische Fähigkeiten, emotionalem und sozialem Verhalten sowie kognitiven Prozessen analysiert. Durch einen Vergleich verschiedener Mutationen sollen dabei übergeordnete Störungen des Signalwegs und selektive Effekte einzelner Signalwegkomponenten differenziert und bezüglich ihrer Bedeutung für die neuronale Dysfunktion analysiert werden. Diese Mausmutanten werden als Modelle für präklinische Forschung der RASopathien validiert und das therapeutische Potenzial von pharmakologischen Modulatoren des RAS Signalwegs wird auf zellulärer und Systemebene eruiert.

TP3: Klinische Studie - Synaptische Plastizität und kognitive Funktion

Förderkennzeichen: 01GM1519C
Gesamte Fördersumme: 280.369 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Prof. Dr. Volker Mall
Adresse: Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München, Lehrstuhl für Sozialpädiatrie
Heiglhofstr. 63
81377 München

TP3: Klinische Studie - Synaptische Plastizität und kognitive Funktion

Bei den RASopathien handelt es sich um eine Gruppe von seltenen genetisch bedingten Erkrankungen, die unter anderem das Noonan-Syndrom und die Neurofibromatose Typ 1 umfasst (beide mit einer Häufigkeit von etwa 1:3000). In dem Verbund des Deutschen Netzwerks für RASopathie-Forschung (German Network for RASopathy Research, GeNeRARe) haben sich die besten Forschungsgruppen auf diesem Gebiet sowohl aus den Bereichen der Grundlagenforschung als auch der klinischen Forschung zusammengeschlossen. GeNeRARe hat sich zum Ziel gesetzt, in einem interdisziplinären Ansatz Lücken im bisherigen Wissen über die Pathogenese und Pathophysiologie der RASopathien zu schließen und so neue therapeutische Ansatzpunkte zu erforschen. Durch einen multimodalen und translationalen Ansatz wird als wichtigste Ergebnisse des Gesamtvorhabens eine Verbesserung der klinischen und molekulargenetischen Diagnosestellung, eine präzisere Klassifikation der verschiedenen Erkrankungen und individuelle Risikoprognose, eine Vertiefung der Erkenntnisse über molekulare Mechanismen und deren mögliche Beeinflussbarkeit durch pharmakologische Substanzen und damit die Vorbereitung präklinischer und klinischer Therapiestudien erwartet. In diesem Teilprojekt wird eine klinische Studie durchgeführt, bei der kognitive Leistungen und die synaptische Plastizität nach Einnahme der Medikamente Lamotrigin und Lavostatin evaluiert werden.

TP4: Interaktionsnetzwerke zur Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen TP5: Pathogenese der RASopathie-assoziierten Kardiomyopathie

Förderkennzeichen: 01GM1519D
Gesamte Fördersumme: 751.442 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Prof. Dr. Reza Ahmadian
Adresse: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät, Institut für Biochemie und Molekularbiologie II
Universitätsstr. 1
40225 Düsseldorf

TP4: Interaktionsnetzwerke zur Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen TP5: Pathogenese der RASopathie-assoziierten Kardiomyopathie

Die hypertrophe Kardiomyopathie stellt die wichtigste Ursache für eine erhöhte Mortalität beim Noonan-Syndrom dar. Es ist bekannt, dass die RAS- und RAF1-Signale in Herzmuskelzellen hyperaktiv sind und sehr wahrscheinlich zur Entwicklung hypertropher Kardiomyopathie beitragen. Die Entschlüsselung neuer funktionaler Kontrollmechanismen, die Stärke, die Effizienz und die Spezifität der Signaltransduktion feinregulieren, und die Definition neuer Zielstrukturen sind nicht nur fundamental von großer Bedeutung sondern auch essentiell für die rationale Entwicklung hochselektiver Pharmaka, welche die RAS-Signaltransduktion abschwächen, aber nicht vollständig inhibieren. Die Düsseldorfer Teilprojekte haben folgende Ziele: (TP4-i) Eine detaillierte Charakterisierung der Auswirkungen nicht-konventioneller Klasse-A-RAS-Mutationen auf die Interaktionsnetzwerke und somit auf die Hyperaktivierung des RAS-MAPK-Signalwegs; (TP4-ii) Mehrstufige in vitro-Rekonstitution der RAS-Membran-Interaktion und -Signaltransduktion auf der Grundlage von RASopathie-relevanter Mutationen an natürlichen und synthetischen Liposomen sowie Nonodiscs; (TP4-iii) Identifikation und strukturell-funktionelle Charakterisierung RASopathie-relevanter akzessorischer Proteine in z. B. HL-1 Kardiomyozyten-Zelllinie; (TP4-iv) Etablierung und quantitative Beobachtung der Aktivierung der RAS-Signalwege mittels fluoreszierenden ERK und AKT in Echtzeit; (TP5-i) Generierung genkorrigierter patientenspezifischer iPSCs mittels der CRISPR/Cas9-Technologie zu Differenzierung von z. B. Kardiomyozyten; (TP5-ii) Funktionelle Charakterisierung der RAS-Signalkaskade in patientenspezifischen Kardiomyozyten; (TP5-iii) Charakterisierung von pathobiochemisch relevanten nativen RAS- und RAF1-Proteom in patientenspezifischen Kardiomyozyten; (TP5-iv) Mechanismus-basierte Charakterisierung RASopathie-relevanter RAS-Interaktionsnetzwerke in patientenspezifischen Kardiomyozyten.

TP6: Untersuchung der pathophysiologischen Veränderungen bei konstitutioneller Aktivierung des RAS-Signalweges bei Hautphänotyp beim Costello Syndrom

Förderkennzeichen: 01GM1519E
Gesamte Fördersumme: 292.752 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: PD Dr. Georg Rosenberger
Adresse: Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Zentrum für Geburtshilfe, Kinder- und Jugendmedizin, Institut für Humangenetik
Martinistr. 52
20251 Hamburg

TP6: Untersuchung der pathophysiologischen Veränderungen bei konstitutioneller Aktivierung des RAS-Signalweges bei Hautphänotyp beim Costello Syndrom

Im Mittelpunkt dieses Teilprojektes steht die Aufklärung der molekularen Veränderungen, welche beim Costello-Syndrom den typischen Hautphänotyp verursachen. Unter Verwendung von  humanen Keratinozytenzelllinien mit Costello Syndrom-typischen Mutationen von kultivierten Hautfibroblasten von Patienten mit Costello-Syndrom bzw. Kardio-Fazio-Kutanem-Syndrom (CFC-Syndrom) sowie von Hautfibroblasten transgener Mäuse mit CFC-typischen Mutationen werden folgende Hauptziele verfolgt:  Mittels immunologischer Methoden soll eine detaillierte (qualitativ und quantitativ) molekulare Charakterisierung der pathophysiologischen Veränderungen in Hautzellen mit RASopathie-assozierten Mutationen erfolgen. Mittels diverser molekularbiologischer Methoden sollen die durch die gegebenen RASopathie-Mutationen veränderten zellulären Signalwege identifiziert werden; insbesondere soll Augenmerk auf die Regulation der Integrin-Proteine gelegt werden. Mittels Massenspektrometrie sollen allfällige neue hautspezifische Signalwege identifiziert und diese auf RASopathie-typische Deregulierung analysiert werden. Es wird ein signifikanter Erkenntnisgewinn hinsichtlich der RAS-abhängigen Regulation der epidermalen Homöostase und der molekularen Pathologie des Hautphänotyps bei RASopathien erwartet. Arbeitsschritte sind: 1. Etablierung der stabilen HaCaT Keratinozytenzelllinien; 2. Charakterisierung der pathophysiologischen Veränderungen in den Keratinozyten und den humanen Hautfibroblasten; 3. Statusfeststellung von den bekannten HRAS-abhängigen Signalwegen in den Keratinozyten; 4. Zuordnung veränderter Signalkaskaden zu Veränderungen in der Zellphysiologie in den Keratinozyten und Hautfibroblasten von Patienten; 5. Identifikation von neuen HRAS-abhängigen Signalwegen in Keratinozyten; 6. Verifikation der neuen Keratinozyten-spezifischen HRAS-Signalwege hinsichtlich Ihrer Relevanz für die Pathophysiologie beim Costello-Syndrom und 7. Ausweitung der Analysen auf Hautfibroblasten von Patienten mit CFC und von transgenen Mäusen.

TP7: Die Rolle der Onkogen-induzierten Seneszenz als tumorsuppressiver Mechanismus und als potentielle Ursache des vorzeitigen Alterns im Costello-Syndrom (CS)

Förderkennzeichen: 01GM1519F
Gesamte Fördersumme: 178.885 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Dr. Ion Cristian Cirstea
Adresse: Leibniz-Institut für Altersforschung, Fritz-Lipmann-Institut e. V. (FLI)
Beutenbergstr. 11
07745 Jena

TP7: Die Rolle der Onkogen-induzierten Seneszenz als tumorsuppressiver Mechanismus und als potentielle Ursache des vorzeitigen Alterns im Costello-Syndrom (CS)

HRAS-Keimbahnmutationen verursachen eine Entwicklungsstörung namens Costello-Syndrom (CS, G12-Mutationen > 80%). Erwachsene CS-Patienten scheinen einen Phänotyp der vorzeitigen Alterung aufzuweisen. Onkogene HRAS-G12V Mutationen führen zu einer Onkogen-induzierten Seneszenz (OIS). Demnach könnte die zelluläre Seneszenz ein kritischer Faktor in der Förderung von vorzeitigem Altern und Krebs darstellen. In diesem Sinne ist es notwendig, OIS in einem Mausmodell zu validieren, den in CS-Patienten festgestellten Phänotyp der vorzeitigen Alterung zusammenzufassen und schlüssig nachzuweisen, sowie die wichtigsten Proteine und Signalwege aufzudecken, die im vorzeitigen Altern und in der altersbedingten Tumorigenität involviert sind. Zur Belegung dieser Hypothese verwenden wir ein CS-Mausmodell mit einer HRAS-G12V Keimbahnmutation. Wildtyp- und primäre CS-Fibroblasten werden auf Seneszenz, Proliferation, Apoptose, Zellzyklusarrest und DNA-Schäden untersucht. Zudem wird eine Untersuchung der Fibroblasten auf RAS-MAPK- und RAS-AKT-Aktivierung und auf Expression rational ausgewählter Targetgene (z.B. c-Myc) erfolgen. Als Nächstes werden die in Primärzellen festgestellten biologischen Prozesse in den von CS-Mäusen entnommenen Organen, Geweben und Tumoren nachgeprüft. Falls keines der Targetproteine eine differentielle Expression zwischen normalen Geweben und Tumoren zeigt, wird eine Genexpressionsanalyse durchgeführt zur Identifizierung neuer Targets, die das Seneszenz-Proliferation-Gleichgewicht beeinflussen könnten. Schließlich soll gezeigt werden, dass OIS ein Auslöser des vorzeitigen Alterns im CS-Mausmodell ist. Dazu werden die Lebensdauer, Krebsinzidenz, externe Morphologie, Gewebeanomalien, Tumoren und Verteilung der Alterung/Seneszenz-Marker beobachtet. Zum Abschluss der Analyse der jungen/alten CS-Mäuse wird eine Testung auf RAS-MAPK- und RAS-AKT-Aktivierung, der Regenerationsfähigkeit (Wundheilung der Haut), sowie eine vergleichende Genexpressionsanalyse stattfinden.

TP2B: Neuronale Funktionen in Mausmodellen von RASopathien

Förderkennzeichen: 01GM1519G
Gesamte Fördersumme: 147.108 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2019
Projektleitung: Prof. Dr. Anna Fejtova
Adresse: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Universitätsklinikum, Klinik mit Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie
Schwabachanlage 6
91054 Erlangen

TP2B: Neuronale Funktionen in Mausmodellen von RASopathien

Der Verbund des Deutschen Netzwerks für RASopathie-Forschung (German Network for RASopathy Research, GeNeRARe) hat sich zum Ziel gesetzt, in einem interdisziplinären Ansatz Lücken im bisherigen Wissen über die Pathogenese und Pathophysiologie der RASopathien (einer Gruppe von seltenen genetisch bedingten Erkrankungen) zu schließen und so neue therapeutische Ansatzpunkte zu erforschen. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf den für die langfristige Prognose bedeutsamen Krankheitserscheinungen, den neurokognitiven Defiziten und der hypertrophen Kardiomyopathie. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Untersuchung gestörter neuronaler Funktionen infolge der aus RASopathien bekannten Mutation von Komponenten des Ras-MAPK Signalweges. Hierzu werden Tiermodelle mit spezifischer Mutation in Nervenzellen, erzeugt und umfassend molekular und zellulär-physiologisch charakterisiert. Durch einen Vergleich verschiedener Mutationen sollen dabei übergeordnete Störungen des Signalwegs und selektive Effekte einzelner Signalwegkomponenten differenziert und bezüglich ihrer Bedeutung für die Ausprägung neuronaler Störungen analysiert werden. So sollen diese Mausmutanten als Modelle für präklinische Forschung im Bereich der RASopathien validiert werden und damit begonnen werden das therapeutischen Potential von pharmakologischen Modulatoren des RAS Signalwegs auf zellulärer und Systemebene zu eruieren.