Therapeutische Genomeditierung als Behandlungsform für Morbus Stargardt - Herstellung und Phänotypisierung eines Schweinemodells und Entwicklung eines Behandlungsansatzes

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Stieger
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412915769

Morbus Stargardt ist die häufigste Form der juvenilen Makulopathie und wird durch Mutationen im ABCA4 Gen ausgelöst. Klinische Symptome werden häufig zunächst in der Makula als RPE und Zapfendegeneration beobachtet, gefolgt von einer generalisierten Zapfen-Stäbchen Degeneration im späteren Stadium. Das ABCA4 Protein transportiert Retinoide durch die Photorezeptordisk-Membran, wodurch diese für den Eintritt in den visuellen Zyklus zugänglich werden. Funktionsverlust oder Abwesenheit des Proteins führt zur Akkumulation toxischer Retinoide im RPE und dadurch zum Zelltod. Der Mangel an geeigneten Tiermodellen mit einer zapfenangereicherten Netzhaut hat die Erforschung der Pathogenese vor allem der frühen Zapfendegeneration sowie die Entwicklung von effektiven Therapien deutlich verlangsamt.Therapeutische Genomeditierung mithilfe von Endonukleasen wie dem CRISPR-Cas9 System haben deutliche Beachtung in der Gentherapie gefunden. Die Endonukleasen induzieren einen Doppelstrangbruch im Bereich der Zielsequenz, der im Anschluss durch zelleigene Reparaturprozesse repariert wird. Im Idealfall kann dabei durch Zugabe einer DNA Matrize mit der korrekten Sequenz eine krankheitsauslösende Mutation im Bereich des Doppelstrangbruchs korrigiert werden. Allerdings ist kaum etwas über die Aktivität der DNA Reparatur in Photorezeptoren bekannt.Das Minischwein ist durch seine Größe, die vergleichbare Physiologie, die Netzhautmorphologie und die zapfenangereicherte zentrale Region ein hervorragendes Modellsystem für Netzhauterkrankungen des Menschen. Um die Pathogenese der RPE und Zapfenerkrankung bei ABCA4 Mutationen besser zu studieren und um eine Behandlung basierend auf der therapeutischen Genomeditierung zu entwickeln, planen wir ein Schweinemodell mit der humanen pathologischen V1973X Mutationen zu generieren. Dies soll durch einen interdisziplinären Ansatz ermöglicht werden. Wir werden zunächst Tiere durch CRISPR-Cas vermitteltes genome editing im Einzellstadium genieren. Nach erfolgreicher Herstellung werden diese Tiere dann in vivo (Elektroretinographie, optische Kohärenztomographie) und post mortem (Netzhautmorphologie, Ultramorphologie, Immunhistochemie, Proteomics, RNA Seq, Quantifizierung von Retinoiden) charakterisiert und eine Kolonie gegründet. Parallel hierzu werden wir die DNA Reparaturprozesse in Photorezeptoren des Schweins studieren und durch gezielte Eingriffe mittels RNA Interferenz optimieren. Zusätzlich wird der Gentransfer aller notwendigen Bestandteile für die Genomeditierung in vivo am Wild-typ Schwein optimiert und im Anschluss im Krankheitsmodell getestet.Die Daten dieses Projektes erlauben es uns, die Therapiemethode in zukünftigen Projekten weiter zu optimieren und andere Therapiemethoden, wie die Zelltransplantation, ebenfalls zu studieren. Durch das gemeinsame interdisziplinäre Projekt wird ein relevantes Großtiermodell entstehen, welches die Grundlage für eine schnelle und effektive Translation der Ergebnisse in die Klinik legt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jan Motlik, Ph.D.