makuladegeneration (amd)
Universitäts-Augenklinik Bonn
Abbildung 1
n Humane RPEZellinie ARPE19 und primäre humane RPE Zellen (pRPE).
[Abbildung aus: Brandstet
ter C. et al. © Journal of Biological Chemistry 2015 Dec 25; 290 (52):
31189 – 98.]
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Abbildung 2
n Infammasomaktivierung durch LipofuszinPhototoxi
zität in RPEZellen. Primäre humane RPEZellen (pRPE) und Zellen der humanen RPEZellinie ARPE19 wurden mit Lipofuszin beladen und anschließend mit Blaulicht bestrahlt. Die Behandlung führte zu einer signifikanten Aktivierung des NLRP3In
flammasoms mit Aktivierung von Caspase1 und Freiset
zung der inflammatorischen Zytokine IL1b (dargestellt) und IL18. [Abbildung aus:
Brandstetter C. et al.
© Journal of Molecular Medicine 2015 Aug; 93 (8):
905 – 16.]
tooxidative Schädigung zu einer Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms mit Akti vierung von Caspa-se-1 und Freisetzung der inflammatorischen Zytoki-ne IL-1b und IL-18 führt (Abbildung 2). Als Mecha-nismus der Inflamma somaktivierung identifizierten wir eine oxidative Permeabilisierung der len Membran mit zytosolischer Leckage lysosoma-ler Enzyme with Cathepsin B. Dieser Mechanismus stellt eine Verbindung zwischen oxidativer Schädi-gung und chronischer Immunaktivierung im Be-reich des RPE als zwei Schlüsselfaktoren der AMD-Pathogenese her.
z u s a m m e n s p i e l m i t K O m p l e m e n t-s y t-s t e m u n d m i K r O g l i a
Als Priming-Signal der Inflammasomaktivierung in Zellen haben wir u. a. das von den
RPE-Zellen freigesetzte IL-1b ausgemacht, dass so-mit über einen parakrine Verstärkungsschleife die Inflammasomaktivierung amplifizieren kann.
Als weiteres Priming-Signal identifizierten wir die aktivierte Komplementkomponente C5a (Abbildung 3), die bei der AMD im subretinalen Raum nachweisbar ist. Eine Hemmung dieser beiden Signalwege konnte die Inflammasomak-tivierung unterdrücken und stellt somit einen Ansatzpunkt für therapeu tische Interventionen in vivo dar.
Die neovaskuläre Form der AMD beruht auf einer VEGF-vermittelten choroidale Neovasku-larisation (CNV). Wir haben mögliche Auswir-kungen der Inflammasomaktivierung auf die VEGF-Sekretion des RPE untersucht. Durch die Aktivierung des Inflammasoms kam es in RPE-Zellen zu einer signifikanten Runterregulation
Abbildung 3
n ComplementKomponente C5a als PrimingSignal des Inflammasoms in RPEZellen. Inkubation von primären humanen RPEZellen und ARPE19Zellen mit Komplementaktiviertem normalen humanen Serum (NHS) führt zu einem Priming des NLRP3Inflammasoms und ermöglicht seine Aktivierung durch LipofuszinPhototoxizität. Versuche mit HitzeInaktivierung des Komplementsystems (HINHS), Hemmung des C5aRe
zeptors (C5aR) und C5Depletion des Serums identifizierten die Comple mentKom ponente C5a als das aktive Primingsignal. [Abbildung aus:
Brandstetter C. et al. © Journal of Biological Chemistry 2015 Dec 25; 290 (52): 31189 – 98.]
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Abbildung 4
n Antiangiogener Effekt der Inflammasomaktivierung in RPEZellen. Inflammasomaktivierung durch LipofuszinPhototoxizität resultiert in einer signifikanten Runterregulation der konstitutiven VEGFSekretion der Zellen. Konditioniertes Medium von RPEZellen nach Inflamma
somaktivierung (Le) reduziert die Proliferation und Migration von vaskulären Endothelzellen. [Abbildung aus: Mohr L. K. M. et al.
© Investigate Ophthalmology and Visual Sciences 2015 Oct 1; 56 (11): 6404 – 13.]
der kon stitutiven Sekretion von VEGF (Abbil-dung 4). Durch diese Zellen konditioniertes Medium bewirkte zudem eine reduzierte Akti-vierung der Proliferation und Migration vasku-lärer Endothelzellen. Diese Effekte in vitro deuten nicht auf eine direkte Beteiligung der Inflamma somaktivierung im RPE an der CNV-Entstehung hin.
Im Rahmen der AMD kommt es zur Rekrutierung retinalen Mikrogliazellen in den subretinalen Raum, für die eine Beteiligung an der Krankheits-pathogenese vermutet wird. In unseren polari-sierten RPE-Zellkulturen erfolgte die Inflamma-som-gesteuerte Freisetzung der Zytokine IL-1b
und IL-18 fast ausschließlich zur apikalen Zellseite (Abbildung 5), entsprechend der Seite der neuro-sensorischen Netzhaut in vivo. In Kokul tur-Ex pe-rimenten war zudem ein signifikanter chemotakti-scher Effekt der von den RPE-Zellen frei gesetzten Zytokine auf Mikrogliazellen zu beobachten. Diese Prozesse liefern einen möglichen Mechanismus der subretinalen Mikrogliaakkumulation in vivo.
i n f l a m m a s O m a l s t h e r a p i e ta r g e t Der siRNA-vermittelte Knockdown der Inflamma-som-Komponente NLRP3 führte in humanen RPE-Zellen zu einer signifikanten Suppression der
Abbildung 5
n Apikale Zytokinsekretion und chemotaktischer Effekt auf Mikrogliazellen. In polarisierten RPEZellkulturen erfolgte die Freisetzung von IL1b und IL18 (dargestellt) fast ausschließlich in apikaler Richtung. In ChemotaxisAssays bewirkten die von den RPEZellen sezernierten Zytokine einen signifikanten Anstieg der gerichteten Migration von Microgliazellen. [Abbildung aus: Mohr L. K. M. et al. © Investigate Ophthalmology and Visual Sciences 2015 Oct 1; 56 (11): 6404 – 13.]
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Abbildung 6
n SiRNAKnockdown von NLRP3 in RPEZellen.
Die Inflammasomaktivierung durch Lipofuscin
Phototoxizität war nach siRNAKnockdown von NLRP3 signifikant reduziert. [Abbildung aus:
Brandstetter C. et al. © Journal of Molecular Medicine 2015 Aug; 93 (8): 905 – 16.]
durch Lipofuszin-Phototoxizität induzierten In-flammasomaktivierung (Abbildung 6) und bestä-tigte somit die zentrale Rolle des NLRP3-Subtyps für die Inflammasomaktivierung in RPE-Zellen.
Auch in RPE-Organkulturen aus NLRP3-Wild typ-Mäusen kam es nach Blaulicht-Bestrahlung ana-log zu unseren Ergebnissen in humanen RPE-Zellen zu einer signifikanten Inflammasom-Aktivierung mit Freisetzung von IL-1b, die in RPE-Kulturen NLRP3-defizienter Knockout-Mäuse nicht nach-weisbar war.
In mehreren auf den dargestellten Ergebnissen aufbauenden Anschlussprojekten sollen die
be-schriebenen Mechanismen der Inflammasomakti-vierung in geeigneten in-vivo-Modellen bestätigt und weiter charakterisiert werden. Dafür werden wir u. a. genetische veränderte Mäuse mit ver-stärkter Lipofuszin-Akkumulation im RPE (Abca4
/) in Kombination mit dem Mausmodell der Licht-induzierten retinalen Degeneration (LIRD) verwenden. Zudem werden wir mehrere Strategien zur pharmakologischen Intervention u. a. mit spe-zifischen NLRP3-Inhibitoren evaluiert. Dafür wur-de eine Kollaboration mit verschiewur-denen Firmen wie der IFM Therapeutics GmbH, Bonn, etabliert, die uns geeignete Substanzen zur präklinischen Testung zur Verfügung stellt. Mittelfristiges Ziel ist die Initiierung einer klinischen Studie bei Pati-enten mit atrophischer AMD.
l i t e r at u r
Brandstetter C., Mohr L. K. M., Latz E., Holz F. G., Krohne T. U.
Light induces NLRP3 inflammasome activation in retinal pigment epithelial cells via lipofuscin-mediated pho-tooxidative damage. J Mol Med 2015 Aug; 93 (8):
905 – 16.
Mohr L. K. M., Hoffmann A. V., Brandstetter C., Holz F. G., Krohne T. U. Effects of inflammasome activation on secretion of inflammatory cytokines and vascular endo-thelial growth factor by retinal pigment epiendo-thelial cells.
Invest Ophthalmol Vis Sci 2015 Oct 1; 56 (11): 6404 – 13.
Brandstetter C., Holz F. G., Krohne T. U. Complement com-ponent C5a primes retinal pigment epithelial cells for inflammasome activation by lipofuscin-mediated pho-tooxidative damage. J Biol Chem 2015 Dec 25; 290 (52):
31189 – 98.
Brandstetter C., Patt J., Holz F. G., Krohne T. U. Inflammasome priming increases retinal pigment epithelial cell suscep-tibility to lipofuscin phototoxicity by changing the cell death mechanism from apoptosis to pyroptosis. J Pho-tochem Photobiol B 2016 May 21; 161: 177 – 183.
Prof. Dr. med. Tim U. Krohne ist geschäftsfüh
render Oberarzt und Leiter des molekularbio
logischen Forschungslabors der Universitäts
Augenklinik Bonn. Nach seinem Studium an den Universitäten Freiburg, London und Hei
delberg absolvierte er seine Weiterbildung an der UniversitätsAugenklinik Bonn und eine zellbiologische PostdocTätigkeit am Scripps Research Institute, La Jolla/ Kalifornien. Seine klinischen Schwerpunkte liegen auf Netz haut
erkrankungen, vitreoretinaler Chirurgie und Kataraktchirurgie. Seine Forschungstätigkei
ten umfassen Pathogenese und Therapie der
altersabhängigen Makuladegeneration, reti
nale Zellbiologie und Stammzellbiologie.
Prof. Dr. med. Tim U. Krohne Universitäts-Augenklinik Bonn Ernst-Abbe-Str. 2
53127 Bonn
Telefon: 0228/287-19839 Telefax: 0228/287-11518 E-Mail: krohne@uni-bonn.de
K O n ta K t
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d e f i n i t i O n
Durch Fortschritte in der computergesteuerten Tomographie der Hornhaut wird der Keratokonus nicht mehr alleine über klinische Zeichen definiert.
Die Früherkennung des Keratokonus wird durch neue Untersuchungsverfahren weiter verbessert.
Messungen mittels der Scheimpflugmethode und optischer Koheränztomographie können, im Ge-gensatz zur Placido-Scheiben-Keratometrie, nicht nur die Vorderfläche der Hornhaut vermessen, sondern auch die Parameter der Hornhautrück-fläche und der Hornhautdicke bestimmen. Gerade die Rückflächenbeschaffenheit, wie die »posterior elevation« haben eine hohe Sensitivität bei der Diagnose eines subklinischen Keratokonus [11].
Andere Parameter umfassen die Hornhaut- und Epitheldicke und deren Abweichungen [12].
Die Implementierung von »machine learning«
Ansätzen auf die maschinell erfassbaren Para-meter soll in Zukunft die Früherkennung des Kera-tokonus weiter vereinfachen [13].
Die Klassifikation nach Amsler und Krumeich gehört zu den ältesten Klassifikationen, die sich bis heute im klinischen Alltag gehalten hat [1, 3, 14]. Eine mögliche neue Klassifikation stellt das ABCD Grading System dar. Anders als bisherige Klassifikationen berücksichtigt dieses sowohl die Kurvatur der Hornhautvorder- und Rückfläche, die dünnste Stelle und den Fernvisus [15].
Nicht nur die Implementierung neuer Parameter und Klassifikationen, auch die fortlaufende Über-prüfung und Validierung von klinischen Daten wird zukünftig wichtig sein. Hierzu bietet sich beson-ders die Nutzung von Routinedaten in Form von Registern an [16, 17].
Im Sinne einer »smart data« Datenbank wurde an der Klinik für Augenheilkunde des Universitäts-klinikums Freiburg ein Keratokonusregister etab-liert [16, 17], in das bereits 1841 Patienten einge-schlossen werden konnten. Eine erste Auswertung dieses Keratokonusregisters ergab, dass das Patientenalter mit der Schwere der Erkrankung e i n l e i t u n g
Der Keratokonus ist mit einer Inzidenz von 1:2000 eine seltene Erkrankung und führt bei betroffenen Patienten zu einer zunehmenden Verdünnung und kegelförmigen Vorwölbung der Hornhaut. Durch die resultierenden Brechkraftveränderungen und Vernarbungen kann im Verlauf der Erkrankung eine Visusminderung auftreten [1]. Der Beginn der Erkrankung liegt typischerweise im zweiten Lebensjahrzehnt und schreitet meist bis zum vier-ten Lebensjahrzehnt fort [2]. Beim Keratokonus handelt es sich stets um eine beidseitige Erkran-kung, wobei die Manifestation zunächst an einem Auge auftreten und die bilaterale Ausprägung stark asymmetrisch sein kann [3]. Die Ursachen des Keratokonus sind multifaktoriell und bein-halten sowohl genetische Faktoren als auch Um-welteinflüsse [4]. Familiäre Häufungen können vorkommen [5, 6]. Bekannte Risikofaktoren für die Entwicklung eines Keratokonus sind eine Trisomie 21, eine atopische Dermatitis und Augenreiben [7 – 9]. Die atopische Dermatitis hat ebenfalls einen Einfluss auf das Überleben eines Transplantates nach Keratoplastik [10]. In den letzten Jahren gab es auf dem Gebiet des Kerato-konus sowohl für die Diagnostik als auch für die Therapie zahlreiche wissenschaftliche Fortschritte.
Neue tomographische, bildgebende Verfahren haben einen Einfluss auf die Definition und Diag-nosestellung der Erkrankung. Daneben wird die Beurteilung und Vorhersage der Progression des Keratokonus für Therapieentscheidungen im Ver-lauf der Erkrankung immer wichtiger. Mit dem kornealen Crosslinking steht erstmals eine The-rapieoption zum Aufhalten der Progression der Erkrankung zur Verfügung, welche Gegenstand von zahlreichen Studien ist. Dabei gibt es bereits Vorschläge zur Modifikation der ursprünglichen Crosslinking-Methode. Weiterhin werden zur Visus-Rehabilitation bei weit fortgeschrittener Erkrankung die Vorteile lamellärer Techniken der Keratoplastik diskutiert.
d r . s t e fa n J . l a n g , p r i v. - d O z . d r . p h i l i p m a i e r , p r O f. d r . t h O m a s r e i n h a r d