Untersuchungen zur gentherapeutischen Behandlung der X-gebundenen juvenilen Retinoschisis

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-376758
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.37675

Joos, Stefanie Johanna

License: Creative Commons Attribution No Derivatives 4.0
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Date of publication of this fulltext: 19 Sep 2018 13:27

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	20 September 2018
Referee:	Prof. Dr. Bernhard Weber
Date of exam:	19 September 2018
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Humangenetik
Keywords:	Gentherapie, X-gebundene juvenile Retinoschisis, XLRS, Mausmodell, Retinoschisin, physiologische RS1-Expression
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	37675

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Abstract (German)

Abstract (German)

Bei der XLRS handelt es sich um eine X-chromosomal rezessive Netzhaut-degeneration. Sie wird verursacht durch Mutationen im RS1-Gen und ist eine der häufigsten Ursachen für eine frühe zentrale Netzhautdegeneration beim männlichen Geschlecht. Charakteristisch für die Erkrankung ist eine Aufspaltung der Netzhautschichten und eine Signalweiterleitungsstörung zwischen Photorezeptoren und den nachgeschalteten Bipolarzellen. Die überwiegende Mehrheit der bekannten RS1-Mutationen führt zu einem Funktionsverlust des kodierten Proteins, Retinoschisin. In früheren Versuchen verschiedener Arbeitsgruppen konnte bereits ein therapeutischer Erfolg eines RS1-Gentransfers im Mausmodell gezeigt werden. Da mehrere Studien den Vorteil einer möglichst physiologischen heterologen Genexpression bei gentherapeutischen Anwendungen zeigen, war es Ziel dieser Dissertation, ein gentherapeutisches Konstrukt zu testen, bei dem das RS1-Gen unter Kontrolle der bisher bekannten humanen regulatorischen Regionen von RS1 steht (pcDNA3_natives-RS1).
In in vitro Studien an verschiedenen retinalen und nicht-retinalen Zelllinien konnte eine RS1-Expression ausgehend von diesem Konstrukt (pcDNA3_natives-RS1) nachgewiesen werden. Es wurde zudem gezeigt, dass die Expression, wie auch im endogenen RS1-Promotor, abhängig vom retinalen Expressionsfaktor CRX ist. Im zweiten Versuchsteil wurde das neue Gentherapiekonstrukt in explantierten murinen Rs1h-/Y-Netzhäuten getestet. Nach Elektroporation dieser Netzhäute und 8-tägiger Inkubation konnte jedoch keine RS1-Expression nachgewiesen werden. Möglicherweise weist dies auf eine physiologische Expression des RS1-Konstruktes hin, da zum Zeitpunkt der Entnahme des Gewebes (p0) natürlicherweise nur eine sehr schwache Expression im Mausauge detektierbar ist. Zuletzt wurden die Konstrukte in vivo nach Elektroporation in die Netzhäute von Rs1h -/Y-Mäusen getestet. Hier zeigte sich eine schwache, aber deutliche, RS1-Expression. Interessanterweise wurde jedoch auch bei verwendeten Kontrollkonstrukten, mit denen schon erfolgreich eine gentherapeutische Behandlung an Rs1h-/Y-Mäusen durchgeführt worden war, ein schädigender Einfluss auf die retinale Integrität gezeigt. Dies lässt eventuell darauf schließen, dass die Art des Konstrukttransfers mittels Elektroporation schädlich für die Netzhaut war.
Insgesamt lässt sich sagen, dass die von Kraus et al. identifizierten humanen regulatorischen Elemente in vitro und im Mausmodell in vivo eine RS1-Expression ermöglichen. In weiterführenden Studien könnte ein möglicher Vorteil einer von diesem Konstrukt ausgehenden räumlich, zeitlich und quantitativ kontrollierten RS1-Expression gegenüber anderen gentherapeutischen Konstrukten, zum Beispiel durch die Verwendung von AAV als Vektorsystem im Mausmodell, deutlich werden.

Translation of the abstract (English)

XLRS is a X-linked recessively inherited retinal degeneration. It is caused by mutations in the RS1 gene and is one of the most common causes of early central retinal degeneration in males. Characteristic for the disease is splitting of the retinal layers and disruption of signal transmission between photoreceptors and bipolar cells. The vast majority of all known RS1 mutations results in a loss of function of the encoded protein retinoschisin. Different research groups already demonstrated a therapeutic effect of RS1 gene transfer into the XLRS mouse model. Moreover, several studies showed the advantage of heterologous gene expression as physiological as possible. Therefore, the aim of this thesis was to test a gene therapy construct in which the RS1 gene is controlled by the currently known human regulatory regions of RS1 (pcDNA3_natives-RS1).
In vitro studies on various retinal and non-retinal cell lines showed that RS1 expression can be detected using this gene therapy construct (pcDNA3_natives-RS1). Additionally, it was demonstrated that heterologous RS1 expression from this construct was dependent on the retinal expression factor CRX, which is characteristic for endogenous RS1 expression. In the second part of the experiments, the new gene therapy construct was inserted into explanted murine Rs1h -/Y retinas. However, after electroporation of these retinas and an 8-day incubation, no RS1 expression could be detected. This might indeed indicate physiological regulation of RS1 in the gene therapy construct, since at the time of removal of the tissue (postnatal day 0) endogenous RS1 expression is hardly detectable in the mouse eye, too. Finally, the constructs were tested in vivo after electroporation into the retina of Rs1h -/Y mice. Here, a weak RS1 expression was observed. However, a harmful influence on the retinal integrity occurred with both our construct and with control constructs which have already successfully been used in gene therapy approaches on Rs1h -/Y mice. This may suggest that the construct transfer by electroporation lead to retinal damage.
In summary, the human regulatory elements identified by Kraus et al. enable RS1 expression in vitro and in vivo in the mouse model. In further studies, for example using AAV as a vector system, a potential advantage by leading to a spatially, temporally and quantitatively controlled RS1 expression of this construct compared to other gene therapy constructs may become apparent.

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