Zell- und Molekularbiologisches Forschungslabor

Mehr als 200 Mutationen im Bestrophin-Gen sind mit verschiedenen retinalen Dystrophien, wie z.B. dem M. Best, assoziiert. Der Beginn und insbesondere die Progression der Erkrankung, d.h. der Verlust an Sehschärfe, sind sehr unterschiedlich. Aus der Art der Mutation kann nicht geschlossen werden, welchen klinischen Verlauf diese haben könnte.

Ziel der Arbeitsgruppe ist es bekannte aber auch neu identifizierte Mutationen zell- und molekularbiologisch zu charakterisieren und hierdurch Marker zu identifizieren, die es möglich machen sollen, im Sinne einer personalisierten Medizin, eine Prognose über den potenziellen klinischen Verlauf abzugeben.

Hierfür werden Epithelzellen generiert, die das mutierte Bestrophin transgen exprimieren. Durch immunhistochemische Färbungen, zellbiologische Tests sowie molekularbiologische Analysen soll der mutationsbedingte intrazelluläre Stress abgeschätzt und mit dem klinischen Verlauf von Patienten korreliert werden.

Die epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) spielt eine zentrale Rolle in der Pathogenese der proliferativen Vitreoretinopathie (PVR). Dabei transdifferenzieren dislozierte RPE-Zellen zu einem myofibroblastenartigen, migratorischen und proliferativen Phänotyp, welcher die Bildung traktiver fibrozellulärer Membranen initiiert.

Zahlreiche glykosylierte Membranproteine können mit kohlehydratbindenden Proteinen (Lektinen) interagieren und hierdurch die zellbiologischen Eigenschaften von Zellen modifizieren. In vorangegangenen Untersuchungen konnten wir beobachten, dass sich sowohl die Expression von Galektinen als auch das Glykosylierungsmuster von RPE im Rahmen der EMT massiv verändern. Weiterhin konnten bereits verschiedene RPE-spezifische Bindungspartner für rekombinantes Galektin-1 (rGal-1) und rGal-3 identifiziert werden. Die Interaktion dieser Membranproteine mit rekombinantem Galektin kann zu einem Clustering der Interaktoren auf der Zelloberfläche, einer veränderten Endozytose sowie einer modifizierten intrazelluläre Verteilung bzw. Trafficking der internalisierten Rezeptoren führen.

Ziel unseres aktuellen Projektes ist es, unter Verwendung von modifizierten RPE-Zellen die funktionellen Auswirkungen differentieller Glykosylierungszustände von spezifischen Membranproteinen auf die Bindung von Galektinen, auf den Verbleib der Bindungspartner an der Zellmembran bzw. deren Endozytose und letztlich auf die Aktivität der dadurch beeinflussten Signalwege zu untersuchen.

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine progrediente degenerative Stoffwechselerkrankung der Makula, die durch Alterungsprozesse des retinalen Pigmentepithels (RPE) zu schweren Sehstörungen führen kann. In den Industriestaaten ist die AMD die häufigste Erblindungsursache bei Patienten über 65 Jahren.

Bei der altersbedingten Makuladegeration kommt es infolge einer kumulativen Überbelastung des retinalen Pigmentepithels zu einer Anhäufung von Stoffwechselprodukten (Drusen). Dies führt schließlich zu einer Atrophie der retinalen Pigmentepithelzellen (trockene AMD). Wachsen pathologische Gefäße aus der Choriokapillaris durch Lücken in der Bruch-Membran unter das RPE oder unter die Photorezeptoren (choroidale Neovaskularisation, CNV) spricht man von der feuchten AMD.

Neben dem Alter und genetischer Prädisposition gilt Rauchen als erheblicher Risikofaktor für die Entwicklung einer AMD. Verglichen mit Nichtrauchern haben Patienten mit zehn „pack years“ ein doppelt so hohes Risiko eine AMD zu entwickeln. Außerdem beginnt die Erkrankung bei Rauchern durchschnittlich 5,5 Jahre früher als bei Nichtrauchern.

Eine Reduktion der schädlichen Substanzen durch die Verwendung neuer Tabakerhitzer könnte das Risiko für eine AMD im Vergleich zu Rauchern herkömmlicher Zigaretten vermindern. Tabakerhitzer verwenden echten Tabak und erhitzen diesen ohne Verbrennung, wobei nikotinhaltiger Tabakdampf entsteht. Dabei enthält dieser Dampf durchschnittlich 95% weniger potentiellschädliche Schadstoffe im Vergleich zum Rauch einer herkömmlichen Zigarette.

In dem Projekt soll der Einfluss üblichen Zigarettenrauches mit Aerosolen der Tabakerhitzer auf das humane retinale Pigmentepithel verglichen werden. Zelluläre und molekularbiologische Veränderungen werden dabei untersucht und gegenübergestellt.

Die Fuchs’sche Endotheldystrophie ist eine der häufigsten Erkrankungen des Hornhautendothels, bei der es durch Wassereinlagerung in das Hornhautstroma zu einer diffusen, aber reversiblen Trübung der Hornhaut kommt. Betroffene Patienten beschreiben meist eine zunehmende Blendungsempfindlichkeit und Verringerung des Sehvermögens. Der therapeutische Goldstandard ist die sogenannte „Descemet Membrane Endothelial Keratoplasty“ (DMEK), für die ein humaner Hornhautspender benötigt wird. Weltweit werden jährlich 200.000 Hornhauttransplantationen durchgeführt, wovon 40 % in der Therapie der FECD eingesetzt werden. Die ökonomischen und infrastrukturellen Anforderungen für die Bereitstellung führen dazu, dass nur die Hälfte der weltweiten Bevölkerung Zugang zu Hornhauttransplantaten hat. Theoretisch existieren für jede gespendete Hornhaut 70 potenzielle Empfänger. Um diesem Problem zu entgegnen, beschäftigt sich diese Arbeitsgruppe mit der Entwicklung eines neuen Therapieverfahrens zum Abtrag des erkrankten Hornhautendothels und anschließender Regeneration der limbalen kornealen Endothelzellen.