PHYSIOLOGICAL AND PHARMACOLOGICAL CHARACTERIZATION OF THE N1303K MUTANT CFTR
Autoren:
Samantha DeStefano1,2, Maarten Gees3, Tzyh-Chang Hwang1,2
1 Dalton Cardiovascular Research Center, University of Missouri, Columbia, USA
2 Department of Medical Pharmacology and Physiology, University of Missouri, Columbia, USA
3 Galapagos NV, Mechelen, Belgium
Was war Ihre wissenschaftliche Fragestellung?
In dieser Studie wollten wir messen, wie stark sich die Mutation N1303K auf die Funktion des CFTR-Kanals auswirkt. N1303K verursacht eine Störung im Öffnungsmechanismus des CFTR-Kanals. Das Kanalprotein wird zwar in die Zellmembran eingebaut, der Kanal öffnet sich jedoch nicht richtig, wenn überhaupt. Wir wollten herausfinden, warum dies so ist, und ob CFTR-Modulatoren (sowohl Potentiatoren als auch Korrektoren) diese Funktionsstörung beeinflussen können. Dabei interessierte uns der Einfluss der Modulatoren sowohl auf den Transport des Kanalproteins zur Zellmembran als auch auf die Funktionsfähigkeit des Kanals.
Warum ist das wichtig?
Dies ist wichtig, weil N1303K die fünfthäufigste Mutation im CFTR-Gen ist, die Mukoviszidose verursacht. N1303K verursacht einen schweren Verlauf der Krankheit mit pankreatischer Insuffizienz. Wirksame CFTR-Modulatoren, die auf die Basis des zugrundeliegenden Defekts gerichtet sind, befinden sich in der Entwicklung. N1303K steht an der gleichen Position im CFTR-Gen wie F508del, aber auf der gegenüberliegenden Seite des Proteins. Wie F508del, die häufigste Mutation im CFTR-Gen, ist N1303K eine Klasse 2-Mutation, bei der das Protein fehlerhaft gefaltet ist. Das führt zu einer verringerten Anzahl von CFTR-Kanälen in der Zellmembran und zu einem verminderten Ionentransport durch die Kanäle wegen eines defekten Öffnungsmechanismus des Kanals.
Wie sind Sie vorgegangen?
In der Zellkultur untersuchten wir, wie die CFTR-Kanalproteine mit dieser Mutation von CFTR-Modulatoren beeinflusst wurden. Wir benutzten dabei die Potentiatoren Ivacaftor (VX-770) und GLPG1837 sowie die Korrektoren Lumacaftor (VX-809) und Tezacaftor (VX-661).
Was haben Sie herausgefunden?
Wir fanden heraus, dass vollständig aktivierte CFTR-Kanäle mit der N1303K-Mutation nur etwa 6% der Öffnungswahrscheinlichkeit des „Wildtyp“-CFTR (ohne Mutationen) besitzen. Trotz der vergleichbaren Position der Mutationen N1303K und F508del sind die beiden Kanalproteine in der Art ihrer Fehlfunktion völlig verschieden. Von großer Bedeutung ist, dass sich die Öffnungswahrscheinlichkeit des Kanalproteins mit der Mutation N1303K mit den getesteten CFTR-Potentiatoren dramatisch erhöhen lässt: Mit Ivacaftor wurde etwa 50% der Öffnungswahrscheinlichkeit des Wildtyp-CFTR erreicht und sogar 100% mit GLPG1837. Außerdem konnten wir zeigen, dass die Korrektoren Lumacaftor und Tezacaftor den Transport des Kanalproteins verbessern können. Dabei verschlechterte die Kombination von Korrektoren mit Potentiatoren nicht die Wirkung der Korrektoren, wie es bei der F508del-Mutation der Fall ist.
Was bedeutet das, und warum muss man bei der Bewertung der Ergebnisse vorsichtig sein?
Weitere Studien mit menschlichen Epithelzellen werden benötigt zur Bestätigung unserer Untersuchungsergebnisse, da diese an Zellen gewonnen wurden, die nicht menschlichen Ursprungs sind. Trotzdem legen diese Ergebnisse nahe, bei Menschen mit der Mutation N1303K im CFTR-Gen eine Kombination von CFTR-Potentiatoren und Korrektoren für die Behandlung zu verwenden.
Wie geht es weiter?
Der Weg zur genauen Klärung der Ursachen der Störungen, die von den Mutationen N1303K und F508del verursacht werden, auf molekularer Ebene ist angebahnt durch die Entschlüsselung der atomaren Struktur des CFTR Proteins, die kürzlich gelungen ist, sowie durch laufende Studien.
Übersetzung von Wilhelm Bremer, 28.06.2018
