Die Entdeckung weist auf ein neues Verständnis des Fortschreitens der Stargardt-Krankheit hin

Unter Verwendung eines neuen stammzellbasierten Modells aus Hautzellen fanden Wissenschaftler den ersten direkten Beweis dafür, dass Stargardt-bezogene ABCA4-Genmutationen eine Zellschicht im Auge betreffen, die als retinales Pigmentepithel (RPE) bezeichnet wird. Die Entdeckung weist auf ein neues Verständnis des Fortschreitens der Stargardt-Krankheit hin und legt eine therapeutische Strategie für die Krankheit nahe, die derzeit nicht behandelt werden kann. Die Studie wurde am National Eye Institute (NEI) durchgeführt, einem Teil der National Institutes of Health. Die Ergebnisse wurden heute online in Stem Cell Reports veröffentlicht.

Dieses neue Modell wird die Entwicklung von Therapien für die Stargardt-Krankheit beschleunigen. Uns fehlt eine Therapie für diese Krankheit, teilweise weil sie selten ist. Dieses Modell schafft theoretisch einen unbegrenzten Vorrat an menschlichen Zellen für Studien.“

Michael F. Chiang, MD, NEI-Direktor

Stargardt betrifft etwa 1 von 10.000 Menschen in den USA

Die Stargardt-Krankheit verursacht einen fortschreitenden Verlust des zentralen und des Nachtsehens. Der Sehverlust ist mit der toxischen Anhäufung lipidreicher Ablagerungen im RPE verbunden, dessen Hauptaufgabe es ist, die lichtempfindlichen Photorezeptoren der Netzhaut zu unterstützen und zu ernähren. Unter normalen Bedingungen stellt das ABCA4-Gen ein Protein her, das diese toxische Anhäufung verhindert. Frühere Untersuchungen zeigten, dass die Stargardt-Krankheit durch eine Vielzahl von Mutationen im ABCA4-Gen verursacht wird. Es ist bekannt, dass mehr als 800 ABCA4-Mutationen mit einem breiten Spektrum von Phänotypen der Stargardt-Krankheit assoziiert sind.

Eine Möglichkeit, wie das RPE die Photorezeptoren unterstützt, besteht darin, ihre verbrauchten äußeren Segmente aufzunehmen, wodurch die Zelle beschnitten und gesund bleibt. Bei der Stargardt-Krankheit glauben viele Wissenschaftler, dass RPE-Zellen absterben, nachdem sie toxische Nebenprodukte aufgenommen haben, wenn sie äußere Segmente aufgenommen haben, und dass dies wiederum zum Tod der Photorezeptoren und zum Verlust des Sehvermögens führt.

Ein Großteil des aktuellen Verständnisses der Stargardt-Krankheit wurde durch das Studium von Mausmodellen gewonnen, die aufgrund der großen genetischen Variabilität der Krankheit beim Menschen von Natur aus begrenzt sind. Mit einem menschlichen RPE-Modell konnten die NEI-Forscher feststellen, ob ABCA4-Genmutationen das RPE unabhängig von Photorezeptoren direkt beeinflussten.

Um das Modell zu entwickeln, nahmen die Forscher Hautzellen von Stargardt-Patienten, wandelten sie in Stammzellen um und überredeten dann die Stammzellen, sich in RPE-Zellen zu differenzieren. Bei der Untersuchung des vom Patienten stammenden RPE entdeckten die Forscher das ABCA4-Protein auf der RPE-Zellmembran. Sie untersuchten die Funktion von ABCA4 bei der RPE-Entwicklung, indem sie die Gen-Editing-Technologie CRISPR/Cas9 verwendeten, um von Patienten stammendes RPE ohne ABCA4 zu erzeugen, das als ABCA4-Knockout bezeichnet wird. Sie fanden heraus, dass der Verlust von ABCA4 die Reifung des vom Patienten stammenden RPE nicht beeinflusste.

Wenn jedoch das RPE, dem ABCA4 fehlt, normalen äußeren Segmenten (Wildtyp) von Photorezeptoren ausgesetzt wurde, sammelten die RPE-Zellen intrazelluläre Lipidablagerungen an.

Weitere Tests der ABCA4-Knockouts zeigten Hinweise auf einen defekten RPE-Lipidstoffwechsel und eine beeinträchtigte Fähigkeit, die äußeren Segmente der Photorezeptoren zu verdauen, was zu Lipidablagerungen in RPE-Zellen führte.

Dies ist der erste Bericht, in dem der Verlust der ABCA4-Funktion in menschlichem RPE mit intrazellulären Lipidablagerungen in diesen Zellen in Verbindung gebracht wurde, ohne dass die äußeren Segmente des ABCA4-mutierten Photorezeptors exponiert waren. Im Laufe der Zeit können diese Lipidablagerungen zur RPE-Atrophie beitragen, was zu einer Degeneration der Photorezeptoren führt.

„Unser Bericht bietet Leitlinien für einen gentherapeutischen Ansatz zur Bekämpfung von RPE“, sagte der leitende Prüfarzt der Studie, Kapil Bharti, Ph.D., leitender Prüfarzt der NEI-Abteilung für Okular- und Stammzellen-Translationsforschung. „Unsere Daten deuten darauf hin, dass Gentherapien neben der Korrektur des ABCA4-Funktionsverlusts in Photorezeptoren auch auf RPE-Zellen abzielen müssen.“

Diese Forschung ist Teil größerer Bemühungen des NEI, die begrenzte Verfügbarkeit von Stammzelllinien aus Patienten zur Untersuchung der Stargardt-Krankheit anzugehen. Um diese Barriere zu überwinden, initiierte das NEI ein STGD1-iPSC-Banking-Programm von Patienten mit verschiedenen ABAC4-Mutationen. Diese Zellen werden der breiten Öffentlichkeit für mechanistische und Genotyp-Phänotyp-Studien zur Verfügung gestellt.

Die Arbeit wurde durch das NEI Intramural Research Program finanziert.

Quelle:

Nationales Gesundheitsinstitut

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