Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde, Experimentelle Ophthalmologie
Abbildung 1
n Verlust von Recoverinpositiven Photorezeptoren (b), erhöhte Expression von glial fibrillary acidic protein (GFAP, »reaktive Astrogliose«) in Müllerzellen und retinalen Astrozyten (d) und Dysregulation des lysosomalen Membranproteins LAMP1 (f) in Netzhäuten 4 Monate alter CLN7defizienter Mäuse im Vergleich zu gleichaltrigen WildtypNetzhäuten (a, c, e). gcl, Ganglienzellschicht; inl, innere nukleäre Schicht;
ipl, innere plexiforme Schicht; onl, äußere nukleäre Schicht; opl, äußere plexiforme Schicht. Balken in (f): 50 µm.
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zudem ähnlich wie CLN6 Patienten [Sharp et al., 2003] eine früh einsetzende und rasch fortschrei-tende retinale Degeneration, und kann damit als ein geeignetes Tiermodell für die CLN6 Erkran-kung (variant late infantile NCL (vLINCL)) angese-hen werden [Bronson et al., 1998; Bartsch et al., 2013; Mirza et al., 2013; Morgan et al., 2013].
Zusätzlich zu einer apoptotischen Degeneration der Photorezeptoren ist die Netzhaut der nclf Maus durch eine massive reaktive Astrogliose, eine Hochregulation des lysosomalen Enzyms Cathepsin D und des lysosomalen Transmembran-proteins Lamp1, sowie eine Akkumulation von Speichermaterial mit der typischen Ultrastruktur von »fingerprint profiles« und »curvilinear bo-dies« charakterisiert [Bartsch et al., 2013].
Die CLN7 Erkrankung wird durch Mutationen im CLN7/ MFSD8 Gen verursacht, das für ein
lysoso-males Membranprotein mit einer vermuteten Transporter-Funktion kodiert [Wheeler et al., 1999; Siintola et al., 2007]. Betroffene Patienten zeigen die charakteristischen Symptome einer NCL Erkrankung, einschließlich einer retinalen Degeneration [Kousi et al., 2009]. Interessanter-weise wurden in einigen Patienten außerdem compound-heterozygote Mutationen im CLN7/
MFSD8 Gen identifiziert, die isolierte retinale Pathologien ohne die weiteren typischen neuro-logischen Symptome einer NCL Erkrankung ver-ursachen [Roosing et al., 2015; Khan et al., 2017].
In Untersuchungen einer hypomorphen [Damme et al., 2014] und einer CLN7-defizienten Mauslinie [Brandenstein et al., 2016; Jankowiak et al., 2016]
konnten viele phänotypische Merkmale nach-gewiesen werden, die auch für CLN7 Patienten charakteristisch sind – einschließlich einer früh einsetzenden und schnell fortschreitenden
retina-Tabelle 1
n +: retinale Degeneration beschrieben; : keine retinale Degeneration beschrieben; n. d.: Retina nicht untersucht [1] auch nichtsyndromale retinale Degenerationen beschrie
ben; [2] retinaler Phänotyp in allen vier vorhandenen Mausmodellen nur sehr NCL Erkrankung ist die Variante fett markiert, bei der Patienten mit einer retinalen Degeneration beschrieben wurden.
Erkrankung Gen Protein Krankheitsbeginn bei Patienten
CLN4 DNAJC5 Soluble cysteine
string protein α (CSP α)
adult - +
CLN5 CLN5 CLN5 spät-infantil,
juvenil, adult
+ +
CLN6 CLN6 CLN6 spät-infantil,
adult
+ +
CLN7 MFSD8 Major facilitator superfamily domain containing 8
spät-infantil + [1] +
CLN8 CLN8 CLN8 spät-infantil + +
CLN9 unbekannt CLN9 juvenil + kein
Mausmodell vorhanden
CLN10 CTSD Cathepsin D kongenital [3],
infantil [3], spät-infantil, juvenil, adult [3]
+ +
CLN11 GRN Progranulin adult + +
CLN12 ATP13A2 P-Typ ATPase juvenil - n.d.
CLN13 CTSF Cathepsin F adult - n.d.
CLN14 KCTD7 Potassium channel tetramerization
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len Degeneration, die zu einem Verlust von etwa 70 % der Stäbchen-Photorezeptoren in 4 Monate alten Mutanten führt (Abb. 1). Die retinale Degene-ration wird von einer ausgeprägten Astrogliose und Mikrogliose begleitet. Außerdem konnten wir in den Netzhäuten der CLN7-defizienten Mäuse eine Akkumulation von Speichermaterial mit der Untereinheit C der mitochondrialen ATP-Synthe-tase und dem Sphingolipid Aktivator Protein D (Saposin D) sowie eine massive Dysregulation der lysosomalen Enzyme Cathepsin D und Cathepsin Z und des lysosomalen Proteins Lamp1 beobachten (Abb. 1) [Jankowiak et al., 2016].
Die verschiedenen charakteristischen zellulären und molekularen Veränderungen in den Netz-häuten der nclf Maus, der CLN7-defizienten Maus sowie weiteren NCL Mausmodellen mit dysfunk-tionalen lysosomalen Enzymen werden von uns genutzt, um die Effektivität experimenteller Therapieansätze an der Netzhaut zu evaluieren.
Für NCL Varianten, die durch Dysfunktionen trans-membraner Proteine verursacht werden (z. B.
CLN6, CLN7), gehören beispielsweise eine korrek-tive Gentherapie oder neuroprotekkorrek-tive Therapie-ansätze zu den denkbaren Therapieoptionen. Da neuroprotektive Faktoren i.d.R. kurze Halbwerts-zeiten haben und die Blut-Hirn-Schranke nicht überqueren können, müssen für diesen Therapie-ansatz Methoden entwickelt werden, mit denen man neuroprotektive Proteine lokal, kontinuier-lich und über lange Zeiträume in die dystrophen Netzhäute einschleusen kann. Um diese Ziele zu erreichen, haben wir mittels polycistronischer lentiviraler Vektoren eine sezernierbare Variante des »ciliary neurotrophic factor« (CNTF) in neu-ralen Stammzellen stabil überexprimiert. Über intravitreale Injektionen dieser genetisch modifi-zierten Stammzelllinien in nclf Mäuse zu Beginn der retinalen Degeneration konnten wir das Fort-schreiten der Photorezeptordegeneration signifi-kant verzögern [Jankowiak et al., 2015]. Neben den genannten neuroprotektiven Therapieansätzen haben wir zudem mit dem Aufbau einer korrek-tiven Gentherapie begonnen. Bei NCL Varianten, die durch Dysfunktionen lysosomaler Enzyme verursacht werden, ist die Applikation eines funktionalen Enzyms – beispielsweise durch In-jektionen rekombinanter Proteine, einen Virus-vermittelten Gentransfer oder eine zellbasierte Applikationsstrategie – eine zusätzliche vielver-sprechende Therapieoption [Neverman et al., 2015; Geraets et al., 2016]. Auch hier haben wir Projekte initiiert, um zu untersuchen, ob und in welchem Umfang mit diesen Therapiestrategien eine retinale Degeneration in entsprechenden NCL Mausmodellen verzögert oder eventuell auf-gehalten werden kann.
Das klinische Erscheinungsbild von NCL Patienten – einschließlich des retinalen Phänotyps – ist so-wohl zwischen verschiedenen genetisch
definier-ten NCL Formen als auch innerhalb einer genetisch definierten NCL Form zumeist hoch variabel. Die CLN3 Erkrankung ist aus ophthalmologischer Sicht eine besonders relevante NCL Form, da sie zu den häufigsten NCL Varianten gehört und zu-dem eine rasch voranschreitende Visusminde-rung meistens als erstes klinisches Symptom auf-tritt [Ouseph et al., 2016]. In der Literatur sind elek trophysiologisch reduzierte bis erloschene skotopische und photopische Elektroretinogram-me und ähnliche morphologische Veränderungen wie bei einer Retinitis pigmentosa (Optikusatro-phie, Gefäßrarefizierung, periphere Knochenkör-perchen, Pigmentalterationen in der Makula) be-schrieben [Weleber, 1998; Eksandh et al., 2000;
Krohne et al., 2010]. Auch wenn die Diagnose-stellung aus ophthalmologischer Sicht weiterhin außerordentlich schwierig ist, konnte die Arbeits-gruppe von Dulz mittels optischer Kohärenzto-mographie (OCT) vertikal verlaufende makuläre Striae in der inneren Netzhautschicht von CLN3 Patienten detektieren [Dulz et al., 2016], und so entscheidend zur Phänotypisierung der Retina und damit zur verbesserten Diagnostik der CLN3 Erkrankung beitragen. Zugleich zeigen laufende Untersuchungen der Arbeitsgruppe, dass die OCT Bildgebung bei der CLN3 Erkrankung eine geeig-nete Methode darstellt, um das Ausmaß der reti-nalen Dege neration abzuschätzen. Diese Tat-sache, sowie die robuste Korrelation zwischen der Ausprägung der retinalen und der zerebralen Neurodegeneration, machen die OCT Bildgebung zu einem attraktiven nicht-invasiven Instrument für künftige klinische Therapiestudien [Dulz et al., 2017].
l i t e r at u r
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Prof. Dr. Udo Bartsch
Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde Experimentelle Ophthalmologie
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