Untersuchungen zu den molekularen Ursachen der beiden Makulopathien Sorsby Fundusdystrophie und X-gebundene juvenile Retinoschisis. Von der Charakterisierung krankheitsreflektierender Mausmodelle zum Einsatz geeigneter Therapiemöglichkeiten

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-9921
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10755

Janßen, Andreas

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Date of publication of this fulltext: 30 Jul 2008 16:26

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	29 July 2008
Referee:	Bernhard (Prof. Dr.) Weber
Date of exam:	30 May 2008
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Humangenetik Biology, Preclinical Medicine
Keywords:	Humangenetik , Erbkrankheit , Netzhaut , Retinalproteine , Tiermodell , Gentherapie , Makulopathie , Metalloproteinaseninhibitor , TIMP3 , Sorsby Fundusdystrophie , Retinoschisin , X-gebundene juvenile Retinoschisis , Human genetics , retina , Sorsby Fundusdystrophy , X-linked juvenile retinoschisis , mouse model , gene therapy
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10755

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Abstract (German)

Abstract (German)

Sorsby Fundusdystrophie (SFD) ist eine erbliche autosomal-dominate Degeneration der Makula, die zu einem schwerwiegenden Verlust der Visusfunktion führt, der hauptsächlich durch neovaskuläre Komplikationen ausgelöst wird. Als ursächlich für diese Augenpathologien wurden Mutationen im Gewebsinhibitor der Metalloproteinasen-3 (TIMP3)-Gen beschrieben. TIMP3 ist ein starker Inhibitor von Matrix Metalloproteinasen (MMPs) und reguliert die durch den vaskulären, endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF)-vermittelte Angiogenese. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Timp3-defiziente Mäuse (auf C57/BL6- und CD1-Hintergrund) abnormal veränderte Gefäßstrukturen mit erweiterten Kapillaren im Bereich der Choroidea ausbilden. Die in der vorliegenden Arbeit generierten Daten lassen auf eine unbalancierte VEGF-vermittelte Angiogenese in Timp3-defizienten Mäusen schließen.

Die Timp3-S156C-Mutation auf dem CD1-Hintergrund stellt ein geeignetes Mausmodell zur Erforschung der molekularen Grundlagen der Sorsby Fundusdystrophie (SFD) dar. Die heterozygote Timp3-S156C-Mutante weist distinkte morphologische Veränderungen mit großen Ähnlichkeiten zum klinischen Bild der SFD auf. Zusammenfassend deuten die Daten auf eine direkte oder indirekte Interaktion des SFD-mutierten TIMP3-Moleküls mit Strukturproteinen der EZM des Auges, der Bruchschen Membran (BM) hin. Dies lässt den Rückschluss zu, dass S156C-TIMP3 in der BM eine bisher nicht bekannte Funktion (Funktionsgewinn-Mutation, gain of function) übernimmt, die für den Pathomechanismus der SFD von entscheidender Bedeutung ist.

X-gebundene juvenile Retinoschisis (RS1) ist eine verbreitete Form einer Makuladegeneraton bei Männern. RS1 ist durch zahnradförmige Makulopathie, periphere Schisis der Netzhaut und eine typische �negative� b-Welle im Elektroretinogramm (ERG) charakterisiert. Die Rs1h-defiziente Maus zeigt charakteristische Veränderungen der Netzhaut, die typisch für die RS1 sind. Konsequenterweise stellt diese Mauslinie ein exzellentes Modellsystem für die Analyse der frühen molekularen Ereignisse der RS1 dar. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Aktivierung von Mikroglia/Makrophagen der Hochregulation von Apoptose-induzierenden Genen vorausgeht und eine Mikroglia-/Makrophagen-Aktivierung den eigentlichen molekularen Mechanismus darstellt, der eine Apoptose-bedingte Photorezeptordegeneration in Rs1h knock-out Mäusen auslösen könnte.

Für die RS1 ist zurzeit keine therapeutische Medikation verfügbar. In der vorliegenden Studie konnte nachgewiesen werden, dass in diesem Rs1h-defizienten Mausmodell die Verabreichung des humanen RS1-Gens (eine einmalige Injektion am postnatalen Tag 15, P15) über einen AAV-Vektor in den sub-retinalen Bereich betroffener Augen die Expression des RS1-Gens in den Photorezeptorzellen und Zellen der inneren Retina Rs1h-defizienter Augen den Wildtyp-Augen vergleichbar restauriert hat. Sechs Monate nach erfolgter Vektor-Applikation konnte die retinale Funktion durch eine Revertierung der �negativen� b-Welle im ERG in den behandelten Augen wiederhergestellt werden. Zudem wurde die Morphologie und Integrität der Photorezeptorzellen in der Netzhaut durch den therapeutischen Eingriff aufrechterhalten, die ohne medizinische Intervention progressiv degenerieren würde. Die Effekte des therapeutischen Eingriffs bleiben im Mausmodell lebenslang erhalten.

Translation of the abstract (English)

Sorsby fundus dystrophy (SFD) is a rare, late-onset macular dystrophy caused by mutations in the tissue inhibitor of metalloproteinases-3 (TIMP3) gene. The tissue inhibitor of metalloproteases-3 (TIMP3) is an inhibitor of matrix metalloproteases (MMPs) and regulates vascular endothelial growth factor (VEGF)-mediated angiogenesis. Here it is shown that TIMP3-deficient mice develop abnormal vessels with dilated capillaries throughout the choroid. These data provide evidence for an unbalanced VEGF-mediated angiogenesis in TIMP3-deficient animals.

The generation of the Timp3S156C mouse model on CD1 background promises to be a helpful tool to further investigate the primary mechanisms of SFD. It is interesting to note that the mutant mouse displays severe phenotypic characteristics than do patients with SFD. Taken together the data suggest a direct or indirect interaction between mutated Timp3 and structutral proteins of Bruchs Membrane, the ECM of the eye. S156C-TIMP3 seems to gain a new function which is of significant importance for the development of the disease phenotype.

Retinoschisis (RS1) is a recessively inherited retinal dystrophy with macular disease often resulting in early-onset vision loss. A hallmark of the disease is a limited splitting of the central retina typically presenting as a spoke-wheel pattern. The Rs1h knockout mouse displays retinal features typical for X-linked juvenile retinoschisis (RS1). Consequently, this mouse line represents an excellent model to study early molecular events in RS. The findings imply that microglia/glia activation may be triggering events in the photoreceptor degeneration of retinoschisin-deficient mice.

No medical treatment is currently available. This study shows that in an Rs1h-deficient mouse model of human RS, sub-retinal delivery of the human RS1 cDNA with an AAV vector at P14 restored expression of retinoschisin to both photoreceptors and the inner retina essentially identical to that seen in wild-type mice. AAV5-opsin promoter vector leads to progressive and significant improvement in both retinal function (ERG) and morphology, with preservation of photoreceptor cells that, without treatment, progressively degenerate. This effect lasts livelong.

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