Gezielte Modifikationen verbessern die Funktion von Suppressor-tRNA zur Wiederherstellung der CFTR-Funktion bei Stopp-Mutationen
Stine Behrmann (Arbeitsgruppe von Prof. Ignatova und Dr. Suki Albers-Fomenko an der Universität Hamburg) arbeitet an Therapien zur Behandlung von Stopp-Mutationen. Die Arbeitsgruppe nutzt dafür im Labor von ihnen entwickelte Suppressor-tRNAs (sup-tRNAs). Die Zelle nutzt natürlicherweise tRNAs als Werkzeuge, die einzelne Bausteine (Aminosäuren) für Proteine tragen und dafür sorgen, dass diese Aminosäuren in der Reihenfolge, wie es die genetische Sequenz vorgibt, zu einem Protein zusammengesetzt werden. Die von der Arbeitsgruppe hergestellten sup-tRNAs sind den natürlichen tRNAs sehr ähnlich, mit einem wesentlichen Unterschied: Sie können fehlerhafte Stopp-Signale lesen und die Proteinkette durch den Einbau des richtigen Bausteins (die natürlicherweise an der Stelle im CFTR-Kanal vorkommende Aminosäure) fortsetzen. Die Arbeitsgruppe hat bereits verschiedene tRNAs für verschiedene Stopp-Mutationen bei Mukoviszidose entwickelt. Es ist nun die Aufgabe von Behrmann, diese tRNAs durch geschickte chemische Modifikationen weiter zu optimieren und im Labor zu untersuchen, um sup-tRNAS zu entwickeln, die möglichst effizient und mit anhaltender Wirkung in Zellen eingebracht werden können. Erste Ergebnisse zeigen, dass die optimierten sup-tRNA sehr stabil sind und deshalb länger in den Zellen aktiv sind. Auch die Wiederherstellung der Funktion des CFTR-Proteins war bei verschiedenen krankheitsverursachenden Mutationen so gut, dass es für eine therapeutische Wirkung ausreichen könnte. Weitere Experimente stehen nun an, um die sup-tRNAS weiter präklinisch zu untersuchen. Die Entwicklung von sup-tRNAs wird vom Mukoviszidose e.V. im Rahmen der Forschungsförderung unterstützt.
Der Vortrag von Stine Behrmann ist sehr gut angekommen und sie wurde am Gesellschaftsabend von der Europäischen CF-Gesellschaft mit einem Preis für ihren guten Vortrag gewürdigt!
Ein Mini-Antikörper zeigt additive Wirkung zu den Modulatoren ETI und stellt die nahezu normale Funktion von F508del-CFTR in Atemwegsepithelzellen her
Tihomir Rubil (Arbeitsgruppe von Prof. Marcus Mall, Charité Berlin) ist es gelungen, durch eine zusätzliche Stabilisierung einer relevanten Stelle im CFTR-Protein eine fast vollständige Aktivität des CFTR-Kanals, trotz F508del-Mutation, zu erreichen. Schon in früheren Studien hatte die Arbeitsgruppe gezeigt, dass die klinisch sehr wirksamen Modulatoren (ETI) hinsichtlich der Verbesserung der CFTR-Funktion noch Potential nach oben haben – denn in Untersuchungen an Nasenepithelzellen konnte maximal 50% CFTR-Funktion im Vergleich zu Gesunden gemessen werden. Tihomir Rubil ist es gelungen, diese Aktivität auf knapp 90% in den Nasenepithelzellen zu steigern. Erreicht wurde das durch das erfolgreiche Einschleusen eines Nanobodies (eine besondere Art sehr kleiner Antikörper), welcher spezifisch am CFTR-Protein bindet, aber an einer ganz anderen Stelle als ETI. Dadurch hatte sich die Arbeitsgruppe einen zusätzlichen, CFTR-stabilisierenden Effekt in Zellen mit der F508del Variante erhofft - das konnte nun durch die Arbeit von Rubil bestätigt werden. Die Grundlage für das Projekt, die Herstellung der CFTR-bindenden Nanobodies, wurde übrigens bereits vor mehreren Jahren in einem vom Mukoviszidose e.V. geförderten Forschungsprojekt gelegt und 2019 in der Fachzeitschrift Nature Communications publiziert.
Diese Ergebnisse zeigen, dass sogenannte zellgängige Nanobodies eine vielversprechende Methode sind, um Proteine innerhalb von Zellen gezielt anzusprechen – und um neue, moderne Medikamente zu entwickeln.
Für seine Teilnahme am ECFS Basic Science Kongress erhielt Tihomir Rubil einen der begehrten Travel Grants der Europäischen CF-Gesellschaft.
Domain-interface dynamics of CFTR revealed by stabilizing nanobodies, Nature Communications, 2019
Primäre Nasenepithelzellen für die personalisierte Medizin bei Menschen mit Mukoviszidose und seltenen Mutationen
Jasmin Berger (Arbeitsgruppe von Prof. Marcus Mall und Dr. Simon Gräber, Charité Berlin) untersucht im Labor, ob Zellen aus der Nasenschleimhaut auf ETI ansprechen. Dafür wird aus einem Abstrich der Nasenschleimhaut eine Zellkultur (Highly differentiated primary nasal epithelial cells (pHNEC)) entwickelt, die dem natürlichen Epithel der oberen Atemwege sehr ähnlich ist. Nach in-vitro Zugabe von Modulatoren können die Zellen hinsichtlich der CFTR-aktivierenden Wirkung untersucht werden – eine patienten-individuelle Testungen der Wirksamkeit von Modulatoren ist damit möglich, ohne dass die Person das Medikament einnimmt. Diese Untersuchungen sind wichtig, um für seltene CFTR-Varianten, zu denen es weder klinische Studien noch Zellmodelle gibt, die Wirksamkeit zu testen. Diese Methode ist standardisiert und publiziert, wird bislang aber nur in relativ wenigen Arbeitsgruppen durchgeführt. Sie könnte aber gerade für Menschen mit seltenen CFTR-Varianten sehr hilfreich sein, um Modulatoren zu identifizieren, die auch klinisch wirken könnten.
Jasmin Berger hat in ihrer Arbeit Primärzellkulturen von Nasenabstrichen von 54 Personen mit CF (ohne F508del-Varianten) kultiviert und anschließend elektrophysiologisch die CFTR-Funktion – vor und nach Zugabe von ETI – untersucht. Dabei identifizierte sie Personen mit CFTR-Varianten, die im Labor (d. h. in-vitro) auf Modulatoren ansprachen. Diese Wirkung bestätigte sich anschließend auch klinisch in verschiedenen Biomarkern (Schweißtest und anderen CFTR-Funktionsanalysen wie ICM und nPD), nachdem den Personen die Therapie verabreicht wurde.
Die Daten zeigen, dass CFTR-Modulatoren im Labor an Primärzellkulturen aus Nasenabstrichen getestet werden können, um Personen zu identifizieren, die auch klinisch auf das Medikament ansprechen könnten, die Methode bietet damit einen vielversprechenden Ansatz für die personalisierte Therapie bei Mukoviszidose.
Jasmin Berger wurde für ihre wertvolle Arbeit mit dem Posterpreis der Europäischen CF-Gesellschaft geehrt.
Ein kürzlich abgeschlossenes Forschungsprojekt der gleichen Arbeitsgruppe wurde vom Mukoviszidose e.V. gefördert. Darin wurde ebenfalls mit Zellkulturen von Nasenabstrichen gearbeitet – allerdings wurden diese genutzt um an einzelnen Zellen zu analysieren, welche Gene gerade aktiv sind, d. h. welche Gene in eine mRNA kopiert werden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass Modulatoren (ETI) das Entzündungsgeschehen auf Zellebene herunterregulieren. Die Ergebnisse dieses Projekts sind bereits publiziert.
Loske et al; Am J Respir Crit Care Med. 2024
Weitere Informationen
Weitere Informationen zum ECFS Basic Science Meeting finden Sie auf der Internetseite der ECFS, darunter der Abstractband mit Zusammenfassungen der Beiträge sowie Fotos von der Preisverleihung.