Die Patientenorganisationen aus Frankreich, Belgien, den Niederlanden, Deutschland und UK stellten das erste virtuelle EYIM als Videomeeting auf die Beine (9. /10. März 2022). Ein kleiner Vorteil konnte so genutzt werden, denn erstmals wurden alle Bewerber (85 junge Forscher und Forscherinnen) zu den Einführungsvorträgen der Moderatoren eingeladen. Das kam gut an, bis zu 70 Teilnehmer saßen vor ihren Bildschirmen und verfolgten die Einführungsvorträge zu den Themen Zellbiologie, Mikrobiologie, Immunologie, Genetik und Gentherapie, sowie klinische Forschung. Drei dieser Vorträge wurden in diesem Jahr von ehemaligen Nachwuchsforschern gehalten, die am EYIM vor einigen Jahren selber teilgenommen hatten. Aber nicht nur Forscher kamen zu Wort, denn es gehört zu dem Treffen dazu, dass auch die Patientenperspektive dargestellt wird. Der sehr persönliche Vortrag über das Auf und Ab im Leben einer CF-Betroffenen war bestens geeignet, die Motivation der Forschenden weiter hoch zu halten!
Insgesamt wurden 40 Nachwuchswissenschaftler eingeladen, ihre Arbeiten in einem Vortrag oder auf einem Poster vorzustellen. Aufgrund des virtuellen Formats wurden die Vorträge in diesem Jahr in parallel stattfindenden Sessions durchgeführt, was es leider unmöglich machte, dass alle Teilnehmer alle Beiträge der anderen hören konnten. Es ist geplant, bei dem nächsten echten Zusammentreffen in Paris 2023 zu dem gewohnten Format zurückzukehren – schließlich lebt das EYIM davon, dass interdisziplinäre Kontakte geknüpft werden und nicht jeder in seinem Fachgebiet versinkt.
Einige Vorträge vor allem von Teilnehmern von Arbeitsgruppen aus Deutschland haben wir hier zusammengefasst.
Session Gentherapie/Genetik
„mRNA-Therapie in vitro“: Nanokapseln bringen CFTR-mRNA in Zellen der oberen Atemwege
Vanessa Mete arbeitet in der Arbeitsgruppe von Professor Weber in Münster. In ihrem Vortrag zeigte sie, dass in der AG entwickelte „Nanokapseln“ (Chitosan nanocapsules) mRNA in Zellen aus Nasenabstrichen eingebracht werden können. Die Zelle nutzt mRNAs, d. h. Abschriften von Genen als Bauanleitung zur Herstellung von Proteinen. Das Einbringen von CFTR-mRNA ist daher ein interessanter Ansatz um das fehlende CFTR-Protein von der Zelle herstellen zu lassen. Untersuchungen von Zellen, in die CFTR-mRNA im Labor eingebracht wurde, zeigten daraufhin einen funktionierenden CFTR-Kanal. Die Forschung ist noch weit von der Anwendung entfernt, beweist aber, dass Atemwegszellen von Mukoviszidose-Betroffenen den CFTR-Kanal herstellen können, wenn eine entsprechende CFTR-mRNA eingebracht wird. Wie erwartet, ist so eine Behandlung allerdings nur vorübergehend wirksam, denn über mRNA werden der Zelle „aktuelle Bauaufträge“ zur Herstellung von Proteinen vermittelt. Die mRNA wird nach kurzer Zeit abgebaut. Die Proteine selber, entsprechend auch der CFTR-Kanal, haben eine bestimmte Lebensdauer und werden ebenfalls danach von der Zelle abgebaut und dem Protein-Recycling zugeführt. Das heißt, dass eine mRNA-Therapie keine Heilung durch einmalige Verabreichung erreichen kann, es könnte aber bei regelmäßiger Anwendung den Gendefekt korrigieren.
Die vorgestellten Arbeiten hat Vanessa Mete in Zellkulturen durchgeführt und eine große Hürde ist noch zu überwinden: Wie kann die mRNA – ein sehr empfindliches und instabiles Molekül – effizient in eine entzündete und mit Schleim verlegte Lunge gebracht werden? Und das nicht einmalig, sondern wiederholt? Und es sollen auch nur die Zellen erreicht werden, wo das CFTR-Gen natürlicherweise abgelesen wird.
Vor diesen Fragen steht die Arbeitsgruppe nicht alleine, die mRNA-Forschung boomt regelrecht. Einen ganz großen Vorteil hat die mRNA-Therapie: Eine erfolgreiche CFTR-mRNA-Entwicklung könnte für alle Mukoviszidose-Betroffenen eine Therapieoption sein – egal welche Mutationen vorliegen.
Auch die molekulare Schere CRISPR/Cas ist bei CF-Forschern im Einsatz
Mattijs Bulcaen forscht in Leuven, Belgien, ebenfalls an einer Gentherapie. In seinem Ansatz nutzt er die molekulare Schere CRISPR/Cas und verfeinert das Werkzeug durch einen spezifischen „Primer“, der dafür sorgt, dass Gen-Korrekturen besonders präzise und wenig fehleranfällig durchgeführt werden. Die Methode ist den Genforschern unter Prime-Editing geläufig, Mattijs Bulcaen hat das Werkzeug auf die CF-Mutation L227R angepasst. Diese für die Mutation spezifische Genschere hat er in Experimenten mit humanen Zellkulturen zur Korrektur der L227R-Mutation erfolgreich eingesetzt. Den Nachweis erbrachte er über Experimente, die die Wiederherstellung des Chloridtransports durch den CFTR-Kanal in den Zellen anschließend zeigten. Den gleichen Ansatz wählte er auch für eine weitere CF-Mutation, G85E, auch hier natürlich mit auf die Mutation angepassten Werkzeugen – allerdings ohne Erfolg. Er erklärt das damit, dass die Gene im Zellkern sehr dicht gepackt vorliegen und nicht jeder Bereich auf dem Gen durch die molekularen Werkzeuge gleich gut zugänglich ist. Dennoch, die Machbarkeit eines solchen Ansatzes – die Genkorrektur direkt in der Zelle, indem die „Werkzeuge als potentielles Medikament“ verabreicht werden – ist gezeigt. Aber auch hier wurde mit Zellkulturen gearbeitet und bis zur Anwendung am Menschen ist es noch ein weiter Weg, da die Sicherheit der molekularen Scheren unbedingt garantiert werden muss – immerhin wird bei dieser Methode die Korrektur direkt im Genom vorgenommen!
Session Zellbiologie
System Biologie: Die Struktur hinter komplexen biologischen Vorgängen sichtbar machen
Das CFTR-Protein hat einen langen Weg hinter sich, wenn es als Ionenkanal in der Zellmembran angekommen ist. Die CFTR-Reifung ist vergleichbar mit einer Autokarosserie, die in der Fertigungsstraße verschiedene Montageschritte und Qualitätsprüfungen durchläuft, bevor ein fertiges Auto vom Band läuft. Anhand der mRNA als Bauanleitung entsteht zunächst eine lange Kette von Bausteinen (Aminosäuren). Diese reine Aneinanderreihung von Aminosäuren, d. h. der „CFTR-Rohling“ wird in der Zelle an verschiedenen Orten weiterbearbeitet, es werden weitere Moleküle seitlich angefügt. Es müssen mehrere Schritte abgeschlossen werden, um aus linearen CFTR-Rohlingen den dreidimensionalen CFTR-Kanal entstehen zu lassen. Die Forscher haben in der Zelle verschiedene Checkpoints gefunden, wo die Qualität des CFTR-Proteins überprüft wird – unvollständige oder fehlerhafte Proteine werden aussortiert. Nur ein vollständig gereiftes CFTR-Protein darf die Zellmembran erreichen und dort eine ebenfalls durch die Zelle festgelegte Zeit verbleiben.
Viele Forscher haben das CFTR-Protein auf dem Weg vom Gen zum fertigen CFTR-Kanal in der Membran erforscht. Es gibt entsprechend viele Informationen in Fachpublikationen, die die Schritte der CFTR-Reifung beschreiben. Die Zelle arbeitet routiniert nach vorgegebener Anleitung – nach welchem System und mit welchen biologischen „Monteuren“ die Zelle das macht, untersuchen System-Biologen mit computergestützten Methoden.
Liza Vinhoven (Göttingen) macht genau das für das CFTR-Protein: Sie hat systematisch das Wissen aus verschiedenen Publikationen zusammengetragen und mit der Datenbank CandActCFTR verknüpft. Eine spezielle Software gruppierte und sortierte relevante Informationen und herausgekommen ist die CFTR-Life-Cycle Map – eine schematische räumliche Darstellung der Zelle und den verschiedenen CFTR-Reifungsschritten und CFTR-Interaktionspartnern. Forschende können die CFTR- Life-Cycle-Map nutzen, um nach Interaktionspartnern des CFTR-Proteins zu suchen und eine Auskunft zu erhalten, was darüber bislang bekannt ist. Die CFTR-Life-Cycle Map macht sichtbar und verwertbar, was im Dschungel der Forschungsergebnisse und Fachpublikationen sonst nicht leicht zugänglich ist.
Session Immunologie
Entzündungsgeschehen: CFTR-Mutation und TGFß1 nehmen beide Einfluss darauf
Jan-Christoph Thomassen (Köln) untersucht das Entzündungsgeschehen bei Mukoviszidose. Was kommt zuerst? Die Infektion und dann die Entzündung? Oder gibt es bei Mukoviszidose auch ein Entzündungsgeschehen ohne wesentliche mikrobielle Infektion? Untersuchungen an Neugeborenen deuten auf letzteres hin, da schon in der Atemwegsflüssigkeit von ganz kleinen Kindern entzündliche Prozesse nachweisbar waren. Jan Christoph Thomassen untersucht die Rolle eines bestimmten Zytokins, TGFß1, von dem schon bekannt ist, dass es Immunantworten und damit Entzündungsprozesse beeinflusst. Die Rolle von TGFß1 im Zusammenspiel mit dem (defekten) CFTR-Protein ist hingegen noch nicht gut verstanden. Es gibt Veröffentlichungen, die TGFß1 eine Schlüsselrolle im Entzündungsgeschehen bei CF zuweisen, in Sputum von Mukoviszidose-Betroffenen ist TGFß1 erhöht, TGFß1 hat einen negativen Einfluss auf Beschaffenheit der Atemwegsflüssigkeit und Zilienaktivität. TGFß1 kann sogar die Aktivität des CFTR-Kanals verringern, sowie die Wirksamkeit von CFTR-Korrektoren einschränken. Jan Christoph Thomassen hat TGFß1 systematisch in Zellkulturen mit und ohne CFTR-Defekt untersucht. Er kann Unterschiede in der Immunantwort von CF-Zellen und Nicht-CF-Zellen sichtbar machen, es gibt Unterschiede im Muster von immunmodulatorisch wirksamen Zytokinen und Enzymen. CFTR-Mutation und TGFß1 scheinen dabei beide Einfluss auf die Immunreaktion zu nehmen –auch ohne vorherige mikrobielle Infektionen als Trigger der Entzündungsreaktion. Die Erkenntnisse untermauern die Vermutung, dass TGFß1 als möglicher Angriffspunkt für anti-entzündliche Therapien zur Behandlung der Mukoviszidose genutzt werden könnte.
Session Mikrobiologie
Prophagen: Ursache für Resistenz von Pseudomonas aeruginosa gegen Bakteriophagen?
Mark Grevsen Martinet aus Jena stellt sich die Frage, inwieweit Pseudomonas aeruginosa bereits sogenannte Prophagen in sein Genom integriert hat. Bakteriophagen sind Viren, die es speziell auf Bakterien abgesehen haben und diese im Auftrag ihrer eigenen Vermehrung zerstören können. Entsprechend sind Bakteriophagen interessante Kandidaten zur Bekämpfung von Bakterien. Gerade in den letzten Jahren haben Bakteriophagen-Therapien viel Aufmerksamkeit in den Medien erhalten – auch im Zusammenhang mit der Behandlung von Antibiotika-resistenten Bakterien bei Mukoviszidose Betroffenen.
Bakteriophagen sind aber keine neu von Forschern erschaffene Waffe im Kampf gegen Bakterien, sondern sie sind immer da, wo Bakterien sind und infizieren diese, wenn sich ein zu dem Virus passendes Bakterium findet (Viren sind sehr spezifisch, was die Wahl der Bakterien angeht).
Die Bakterien werden nach Eintritt der Viren nicht immer gleich zerstört, es gibt auch lysogene Bakteriophagen (im Gegensatz zu lytischen Bakteriophagen), die sich erst einmal in das Genom der Bakterien integrieren und dort bis zu einem späteren Zeitpunkt der Virusvermehrung verbleiben. Die „schlummernden“ Prophagen werden von Bakteriengeneration zu Bakteriengeneration weitergegeben. Die Bakterien können davon sogar profitieren, indem Resistenzen vermittelt werden oder die Bakterien krankmachender, virulenter, werden.
Mark Grevsen Martinet interessiert, wie häufig solche integrierten Bakteriophagen bei Pseudomonaden von Mukoviszidose Patienten vorkommen. Das ist wichtig zu wissen, da Prophagen im Bakteriengenom möglicherweise dazu führen, dass die Bakterien resistent gegenüber einer Bakteriophagen-Therapie sind. Mark Grevsen Martinet untersuchte Proben von Patienten aus Jena, Leipzig, Warschau und Kopenhagen und stellte fest, dass zwischen 65% und 87% der untersuchten Pseudomonas aeruginosa-Stämme Prophagen enthielten. Ob diese im Genom schlummernden Prophagen eine Resistenz gegenüber einer Bakteriophagen-Therapie vermitteln, soll nun Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.
Session Clinical Issues
MRT ist sensitiv genug, um frühe Lungenveränderungen sichtbar zu machen
Eva Steinke (Berlin) stellte die Ergebnisse einer klinischen Studie vor. Darin wurde an Kindern im Alter von null bis vier Jahren untersucht, ob das Bildgebungsverfahren der Magnet Resonanz Tomographie (MRT) sensitiv genug ist, um frühe Veränderungen in der Lunge von Kindern mit Mukoviszidose sichtbar zu machen. Die Studie untersuchte verschiedene Gruppen: Betroffene, die durch das Neugeborenen-Screening sehr früh diagnostiziert wurden, im Vergleich zu Betroffenen, die anhand der Symptome diagnostiziert wurden. Genotyp und Pankreassuffizienz waren in den Gruppen vergleichbar, was wichtig ist, um Ergebnisverzerrungen durch diese Einflussfaktoren zu vermeiden.
Die MRT ist geeignet, um fortschreitende Veränderungen in der Lunge sichtbar zu machen. Die Diagnose durch das Neugeborenen-Screening macht eine frühe Behandlung möglich, konnte in der untersuchten Gruppe die Veränderungen in der Lunge jedoch nicht aufhalten. Spannend wird es aber nun sein, die Wirksamkeit von Modulatoren bei frühzeitigem Therapiebeginn zu untersuchen. Die MRT bietet als strahlungsfreies bildgebendes Verfahren die diagnostische Methode, die eine engmaschige Überwachung der Lunge zur Therapiekontrolle möglich macht.
In die Organisation und Durchführung der Veranstaltung ist Sylvia Hafkemeyer vom Mukoviszidose e.V. eingebunden.
Dr. Sylvia Hafkemeyer
Forschungsförderung / Registerstudien
Tel.: +49 (0)228 98780-42
E-Mail: SHafkemeyer(at)muko.info
