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Aktueller Stand der Forschungen an der Universität von Sevilla:

Nicht nur in Cambridge, auch in Sevilla wird für eine Heilung an Tay-Sachs und Sandhoff geforscht. Melanie Mende hat netterweise das aktuelle Update (Januar 2017) übersetzt und eine Zusammenfassung erstellt.

Zusammenfassung Sevilla Update

An der Universität von Sevilla wird seit 2016 gesponsert von unserem spanischen Partner ACTAYS zu verschiedenen Therapieansätzen für Tay-Sachs und Sandhoff geforscht. Hier wird vor allem der Zellreinigungsprozess (genannt Autophagie) genauestens untersucht, um dies für die Entwicklung von Medikamenten nutzen zu können. Die Untersuchungen werden an menschlichen Fibroblasten und einer speziellen Wurmart durchgeführt, die Mutationsstränge aufweist, die dem Funktionsverlust von Hexosaminidase gleichkommen und sich deswegen hervorragend zu Testzwecken eignen. Jene Medikamente, die sich in den Fibroblasen und den Würmern als erfolgsversprechend erweisen, sollen dann gemeinsam mit der Universität in Cambridge in Maus-Modellen getestet werden.

Bei der Beobachtung des Autophagieprozesses (Zellreinigung) konnten bereits die ersten aufschlussreichen Erkenntnisse gewonnen werden, die wahrscheinlich sehr hilfreich und nützlich bei der Entwicklung von Behandlungsmöglichkeiten sein werden. Darüber hinaus werden Untersuchungen durchgeführt, die Rückschlüsse auf den individuellen Krankheitserlauf der Patienten zulassen sollen und so eine maßgeschneiderte Behandlung ermöglichen sollen.

Das Forschungsteam aus Sevilla hofft, bereits zu unserer Europäischen Konferenz im Sommer wieder ein Stück weitergekommen zu sein und uns dort ein neues Update geben zu können.

 

Auswertung des Autophagieprozesses und des Inflammasom Komplex als mögliche Behandlungsalternative für Tay-Sachs und Sandhoff

 

Dieser Report beschreibt die Ergebnisse der Forschungsstudie, finanziert von ACTAYS und durchgeführt an der Universität von Sevilla, in ihrem ersten Jahr (2016) bezogen auf die krankheitserregenden Mechanismen bei Tay-Sachs und Sandhoff in Fibroblasten, die von Patienten, die von einer der beiden Krankheiten betroffen sind, erhalten haben.

Projektansatz:

Um unsere Ziele zu erreichen, haben wir drei verschiedene Ansätze festgelegt:

  1. Das Studium der Physiopathologie des Zellreinigungsprozesses (Autophagie) genauso wie die Aktivierung eines neuen entzündlichen Prozesses genannt Inflammasom und deren Veränderung durch verschiedene Medikamente, mit dem Ziel, eine mögliche Therapie zu finden, die den Krankheitsverlauf verlangsamen kann.
  2. Die Auswertung der Effektivität jener Medikamente, die die besten Erfolge in der Behandlung von Hautfibroblasten im Model mit „Caenorabditis elegans“ gezeigt haben, einem Wurm, der gerade mal 1 Millimeter misst, mit einer durchschnittlichen Lebenserwartung von 2 Wochen, dessen Genom sehr gut bekannt ist und es uns möglich machen würde, menschliche Modelle zu entwickeln.
  3. Die Medikamente, die im Wurm-Model und in den menschlichen Fibroblasten die höchste Effektivität gezeigt haben, sollen in einem Maus-Model getestet werden mit der Unterstützung des Forschungsteams in Cambridge (Dr. Cox und Dr. Cachón-González)

Haupterfolge in 2016:

Alle Zellkulturen zeigten sich als geeignet, mit Ausnahme der Fibroblasten der adulten Fälle, da deren Zellwachstum wesentlich langsamer verläuft. Dies hat letztendlich zu einem Problem in der Erschaffung dieser speziellen Testreihe geführt und wir planen die Hautbiopsie bei diesen Patienten zu wiederholen, um die adulte Testreihe erneut einrichten zu können.

Auf der anderen Seite haben wir ein Ungleichgewicht im Redox Equilibrium entdeckt. Es zeigt ein hohes Maß an freien Radikalen mitochondrialen Ursprungs genauso wie einen erhöhten Stoffwechsel in den Mitochondrien, was ein hohes Level an oxidativen Stress zur Folge hat. Es existiert außerdem ein Mangel an energetischer Produktion, was eine Abnahme im Zellwachstum mit sich bringt. Die geänderte Stoffwechsel verursacht eine hohe Produktion von anderen Abfallstoffwechseln in den Patientenzellen, wie z.B. Milchsäure. Dies geschieht als Konsequenz aus der Aktivierung einer anderen Stoffwechselroute, der Glykolyse.

Bei der Autophagieroute haben wir interessante Veränderungen im molekularen Autophagieprozess festgestellt. Im normalen Prozess ist der Zellabfall in der Zellmembran enthalten. Es bleibt in den Zellen und wird zu einem Teil des Autophagosom, welches sich letztlich mit dem Lysosom verbindet. Dieses wiederum enthält Verdauungsenzyme, die das Autophagosom degradieren und den Zellabfall entfernen.

In dieser Studie waren wir in der Lage zu beobachten, dass hohe Level (über dem normalen) von anderen degradierenden Enzymen innerhalb der Lysosomen vorkommen, wie z.B. Kathepsin B. Dieses ist giftig für die Zellen in hohen Dosen. Wir konnten außerdem einen wesentlichen Anstieg in den Zellen unserer Patienten beobachten. Dieser Überschuss verursacht etwas, das bekannt ist als Durchlässigkeit der Lysosomen und als Konsequenz verlässt das Kathepsin B das Lysosom und verursacht Schaden in der Zelle wie eine verlangsamte Verbindung von dem Lysosom und dem Autophagosom. (d.h. die Verdauungsenzyme mit den giftigen Abfallprodukten). Auf der anderen Seite scheint die Autophagie diesen Verlust der Vereinigung zwischen dem Enzym und dem Abfall (Lysosom und Autophagosom) zu versuchen auszugleichen, indem es Proteine ansteigen lässt in der letzten Stufe des Autophagieprozesses. All das bringt uns zu der Schlussfolgerung, dass der Fehler im letzten Schritt des Prozesses liegt und nicht im Beginn.

Interessanterweise haben wir zusätzlich festgestellt, dass dies auch mit den Poben der Gehirne der Mäuse in Cambridge geschieht. Dies biete uns ein perfektes Model, um Medikamente testen zu können. Auch für die Versuche in den Wurm-Modellen wurde ein Ablaufplan erstellt. Es wurden zwei Mutationsstränge identifiziert, HEX-1 und HEX-2, die dem Funktionsverlust der menschlichen Hexosaminidase entsprechen und somit Modelle für Tay-Sachs und Sandhoff darstellen. Wir hoffen also, dass wir Anfang 2017 mit den Wurm-Kulturen beginnen können.

Ein weiteres Ergebnis (in den Fibroblasten und den Mäusen) ist die scheinbare Veränderung der AMPK Route, dies muss aber noch bestätigt werden. Das ist ein Master-Stoffwechselregulator, der die Autophagieroute, das Zellwachstum, den Zellstoffwechsel, Zellsterben, usw reguliert. Diese Entdeckung ist wichtig, da es Moleküle gibt, die eine Aktivierung bewirken und deswegen Kandidaten für Tests sind. Wir hoffen, dass wir noch vor dem Sommer zu endgültigen Schlussfolgerungen kommen werden.

Aufgrund der hohen Komplexität der Erkrankungen haben wir einen massiven Ansatz verschiedenster molekularer Routen aufgelegt. Damit ein Gen im Körper zu einem endgültigen Produkt führt (z.B. Hormon, Protein), muss das Gen einen Prozess durchlaufen, den man Transkription nennt, den Schritt von DNAN zur RNA. Die Studie der Transkriptoren, bekannt als Transkriptomie, bringt uns eine große Anzahl an Informationen über einen pathologischen Plan einer Krankheit, genauso wie einen individualisierten Plan von jedem Patienten. Wir haben eine Studie der Transkriptome aller Patienten kreiert, ebenso wie bei dem Maus-Modell in Cambridge. Das beinhaltet nicht nur mehr als 48.000 Gene, sondern auch neue Sequenzen der RNA wie die microRNA (sehr kleine Moleküle), usw. Das macht es uns möglich, maßgeschneiderte Studien für jeden Patienten durchzuführen, um zu sehen, welche Routen sich verändern und daraus können wir mögliche Medikamente für eine Behandlung entwickeln.

Dieser Teil des Projekts hat bereits begonnen und der Studienkollege, der von ACTAYS angestellt wurde, konnte die RNA von den Mäusen isolieren, die bereits analysiert wurden. Wir hoffen, dass wir die Daten innerhalb des nächsten Monats erhalten werden. Der Studienkollege hat außerdem bereits damit begonnen, die RNA der Patienten zu extrahieren, um die menschlichen Ergebnisse parallel untersuchen zu können. Die Analyse einer solchen Summe von Daten wird einige Monate dauern. Wir hoffen, dass wir einen ersten Report kurz vor dem Sommer haben werden, um ihn den Familien präsentieren zu können.

Dr. Mario David Cordero Morales

Universität von Sevilla

Erste Informationen zu den Forschungen an der Universität in Sevilla (Spanien):

(Informationen von der spanischen Selbsthilfegruppe ACTAYS)

Abstract: Dr. Mario Cordero. Forschungslabor Seville University.
Dr. rer. nat. Mario D. Cordero, ist Forscher an der Universität Sevilla, Spanien. Er ist ausgebildeter Ernährungswissenschaftler und trägt einen Mastertitel in Molekularbiologie für Seltene Erkrankungen (Universität Pablo de Olavide in Sevilla, Spanien). In den letzten Jahren konnte er in seinen Arbeiten die Bedeutung von Autophagie bei mitochondrialen Erkrankungen aufzeigen.
Gegenwärtig beschäftigt er sich wissenschaftlich unter anderem mit den molekularen Aspekten von Mitochondrien, AMPK und des Inflammasom Komplexes in entzündlichen und seltenen Erkrankungen mit besonderer Interesse an neuen Therapiemöglichkeiten.
Alternative Therapien: Vorstellung einer neuen Inflammasom Komplex-basierten Therapie für Tay-Sachs.

„Wir betreiben ein grundlagenwissenschaftliches Labor und unser Schwerpunkt liegt auf der Biochemie und Molekularbiologie von seltenen Erkrankungen und dem Alterungsprozess. In diesem Sinne arbeiten wir mit Fibroblasten, die aus Hautproben von Patienten gewonnen wurden, um die molekularen Grundlagen von Erkrankungen zu untersuchen. Wir können einen sehr interessanten zellulären Prozess vorstellen, die Autophagie. In diesem Prozess werden verschiedene Zellbestandteile in doppelmembranösen Vesikeln zum Lysosom/ zur Vakuole transportiert, um dort abgebaut bzw. für das Recycling der Makromoleküle umgebaut zu werden. Autophagie wird typischerweise von verschiedenen Vorgängen aktiviert, damit Aminosäuren und Stoffwechselprodukte für die Aufrechterhaltung der Energieproduktion (ATP) gebildet werden. Sowohl ein Mangel als auch ein Überschuss an Autophagy kann zur Zellschädigung führen. Eine präzise Regulation der Autophagie ist daher wesentlich für das Gleichgewicht der Zelle. Eine Störung der Autophagie führt zur Anhäufung von „Abfall“ in der Zelle. Der „Abfall“ führt zu einer Entzündungsreaktion.
Unser Projekt geht grundlegenden Fragestellungen zum molekularen Prozess von Tay-Sachs auf den Grund. Neben der Autophagie spielt hierbei das neue interessante Konzept des Inflammasom-Prozesses eine Rolle, der als Sensor für metabolischen Stress gilt. Tatsächlich wird der Inflammasom-Prozess im Zusammenhang mit der Entstehung von Erkrankungen wie Gicht, Altersdiabetes, und in zunehmendem Maße auch häufigen neurodegenerativen Erkrankungen gebracht. NLRP3 ist ein Inflammasom, das von einer Vielzahl von Stresssignalen aktiviert wird. Unsere Arbeiten haben gezeigt, dass das NLRP3-Inflammasom in vielen verschiedenen zellulären Stress-Situationen überaktiviert wird. In diesem Sinne ist Autophagie in die Inflammasom-Regulierung involviert. In unserem Projekt werden wir somit untersuchen, welche Rolle Autophagie als eine Zellreinigungsmechanismus und das NLRP3-Imflammasom als Mechanismen bei Neuro-Inflammation und Zelltod spielen. Darüber hinaus werden wir eine Screening-Plattform vorstellen, die uns helfen soll, aus verschiedenen Substanzen diejenigen zu identifizieren, welche als Medikament zur Wiederherstellung korrekter Abbauprozesse in der Zelle und zur Hemmung des NLRP3-Inflammasoms in Frage kommen.
Vorläufige Ergebnisse unseres Projektes:  Wir konnten nachweisen, dass in Fibroblasten von Tay-Sachs-Patienten eine erhöhte NLRP3-Inflammasom-Aktivierung vorliegt. Zudem werden verschiedenste Beobachtungen zu einer bioenergetischen Dysregulation und Biomarker beschleunigter Alterungsprozesse in diesen Zellen in ihrer Bedeutung diskutiert.“