Innovativer Ansatz zur Untersuchung von Mukoviszidose führt zu besserem Verständnis zugrundeliegender Mechanismen
Mukoviszidose, die aufgrund eines fortschreitenden Lungenversagens zu einem vorzeitigen Tod führt, ist eine genetische Erkrankung, die aus Mutationen im CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) resultiert. Das Protein CFTR spielt eine wichtige Rolle für das homöostatische Gleichgewicht bei der Flüssigkeitszusammensetzung. Bei einer Mukoviszidose erhöht ein gestörter CFTR-vermittelter Chlorid-Ionenausfluss das Natriumniveau und folglich die Resorption von Wasser aus der Atemwegsoberfläche. Dies führt zur Ansammlung von dickem Schleim und zu einem Kollaps des mukoziliären Transports, was chronische Infektionen und starke Entzündungen fördert, die gemeinsam zu tödlichen Lungenschäden beitragen. Zusätzlich zu den bekannten mukoziliären Defekten legen mehrere Beweisketten nahe, dass primäre Veränderungen in der Immunreaktion zur pulmonaren Pathologie bei Mukoviszidose beitragen. Die leitende Forscherin Audrey Bernut erklärt hierzu: „Derzeit ist unser Verständnis aufgrund des Mangels an geeigneten Tiermodellen, welche die immunologischen Veränderungen bei Mukoviszidosepatienten wiedergeben, beschränkt.“ Den verfügbaren Mukoviszidosemodellen (z. B. Zellen von Patienten oder Säugetiermodelle) machen mehrere Einschränkungen zu schaffen, allen voran die Bewertung von Phänomenen in einem bereits vorhandenen inflammatorischen Milieu. Die Folge daraus ist, dass die Mechanismen, durch die CFTR die Wirtsimmunität direkt reguliert, und die Art und Weise, wie CF-Mutationen zur infektiösen und inflammatorischen Pathogenese bei Mukoviszidose beitragen, im Verborgenen geblieben sind. Um ein besseres Verständnis über die Zusammenhänge zwischen einem dysfunktionalen CFTR und den schädlichen Immunreaktionen bei Mukoviszidose zu erlangen, wurden im Zuge von Bernuts Forschungsprojekt CFZEBRA Zebrafischlarven als verfolgbares Tiermodell entwickelt. Junge Zebrafische sind lichtdurchlässig und ermöglichen so die nichtinvasive Echtzeit-Überwachung des Immunzellenverhaltens während Entzündungsprozessen im gesamten Organismus. Das Zebrafisch-CFTR behält eine Sequenzidentität, die der des Menschen ähnelt (Sequenzidentität von 56,24 %). Ebenso wie bei Säugetieren, wird das Zebrafisch-CFTR in Epitheloberflächen und Immunzellen exprimiert und spielt das Protein eine wichtige Rolle für das hämostatische Gleichgewicht bei der Flüssigkeitszusammensetzung. „Obgleich die nicht vorhandenen Lungen auf den ersten Blick die Relevanz dieses Modells zu reduzieren scheinen, legen meine Daten nahe, dass Änderungen an der CFTR-Funktion in Epithel- und angeborenen Immunzellen gewebe- und speziesübergreifend aufrechterhalten werden“, sagt Bernut, deren Projekt mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt und von Stephen Renshaw, Professor an der University of Sheffield, Vereinigtes Königreich, betreut wurde. Unter Verwendung der CRISPR-Cas9-Methode, einem einfachen, aber leistungsstarken Instrument für die Genomeditierung, konnte Bernut DNS-Sequenzen „zuschneiden“ und die CFTR-Funktion durch die Erzeugung von Mutationen ändern. Das Ergebnis war die Erzeugung von Zebrafischen mit Mukoviszidose – diese Schöpfung ermöglicht Bernut die In-vivo-Bestimmung der Rolle von CFTR in der direkten Regulation des Entzündungs- und Immunpotentials des Wirts. Bernut enthüllte eine Reihe veränderter Immunitäts- und Entzündungsprozesse, die wichtige grundlegende Mechanismen für Infektions- und Entzündungserkrankungen bei Mukoviszidose sind. Dies könnte therapeutisch zur Prävention von entzündlichen Lungenschäden angegangen werden und zu potentiellen Verbesserungen im Krankheitsverlauf führen. „Ich habe bereits interessante Stoffverbindungen identifiziert, die therapeutisch sein könnten, und die derzeit zur Behandlung anderer Erkrankungen verwendet werden. Jetzt werden experimentelle Studien an Patienten erforderlich sein, um die Wirksamkeit dieser neuartigen immungerichteten Therapien für Mukoviszidose zu ermitteln. Wenn alles gut geht, könnten diese anschließend zu klinischen Studien führen“, lautet das Fazit von Bernut.
Schlüsselbegriffe
CFZEBRA, zystische Fibrose, Mukoviszidose, CFTR, Zebrafisch, Entzündung, Infektion, immungerichtete Therapien, pulmonare Pathologie, Tiermodelle, CRISPR-CAS9
