Sie sind hier: Startseite / Newsroom / Jahresberichte / 2011 / Targets für die Therapie

Targets für die Therapie

ADAM17, Interleukin 6 und Interferon alpha

Athena Chalaris
ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Biochemischen Institut (AG Professor Rose-John). Seit 2010 leitet die promovierte Biologin eine Arbeitsgruppe im Sonderforschungsbereich 877 „Proteolysis as a Regulatory Event in Pathophysiology“. Im Zentrum ihrer Forschung steht das Enzym ADAM 17 und die Wege, über die diese Metalloprotease aktiviert wird.

Athena Chalaris

Auf der Suche nach neuen Zielstrukturen für die Therapie von Menschen mit entzündlichen Krankheiten analysieren Arbeitsgruppen am Biochemischen Institut der Kieler Universität die Signalwege von Enzymen und Botenstoffen, die mit Entzündungsprozessen zusammenhängen.

Ein bekannter Vertreter unter den Signalstoffen des Immunsystem ist Tumornekrosefaktor-α, kurz TNF-α. Das Molekül wird hauptsächlich von Makrophagen ausgeschüttet und ist bei lokalen und systemischen Entzündungen, unter anderem auch bei der Sepsis, beteiligt. Hemmstoffe von TNF-α, wie die monoklonalen Antikörper Infliximab, Adalimumab und Certolizumab pegol sowie das gentechnologisch hergestellte Eiweiß Etanercept, werden bereits therapeutisch eingesetzt. Anwendungsgebiete sind chronisch entzündliche Darmerkrankungen (Morbus Crohn, Colitis ulcerosa), Schuppenflechte (Psoriasis) und rheumatoide Arthritis.

Biologie von ADAM17

Am Biochemischen Institut der Kieler Universität wird nach neuen Wegen gesucht, TNF-α und dessen nachgeschalteten Entzündungsprozesse auszuschalten und damit Entzündungskrankheiten zu behandeln. Die Idee ist, die Aktivierung des Moleküls zu verhindern. „Wir befassen uns mit der Regulation der Protease, die TNF-α spaltet und somit aktiviert“, erklärt Dr. Athena Chalaris, die eine Arbeitsgruppe im SFB 877 „Proteolysis as a Regulatory Event in Pathophysiology“ leitet. Die Protease ADAM17 ist das Enzym, das TNF-α spaltet, und nur das lösliche TNF-α ist aktiv und kann Zielzellen über die TNF-Rezeptoren aktivieren. „Wir haben Mäuse generiert, die eine sehr geringe ADAM17 Expression haben. An diesen Mäusen wenden wir Modelle akuter und chronischer Entzündung sowie Infektions- und Tumormodelle an, um die Rolle von ADAM17 aufzuklären“, so die Wissenschaftlerin. Denn das Spalten von TNF-α ist nicht die einzige Funktion dieses Enzysms. Es wurden bereits sehr viele Substrate identifiziert, die ADAM17 spaltet. Diese spielen zum Beispiel bei der Zellproliferation, also dem Wachstum von Gewebe, und in der Immunreaktion eine Rolle.

Diese weiteren Funktionen erklären auch das überraschende Ergebnis im Morbus Crohn-Modell. Im Vergleich zu Mäusen mit intakter ADAM17 Expression zeigten Mäuse mit reduzierter (hydromorpher) Enzymexpression eine starke Entzündung in einem Tiermodell für experimentelle Darmentzündung. Chalaris: „Wir haben bei Wildtypmäusen und hypomorphen ADAM17 Mäusen ein Morbus Crohn-Modell angewandt. Unsere Mäuse zeigten eine sehr schwere Erkrankung und konnten das Darmepithel nicht regenerieren. Das haben wir vorher nicht erahnt, da die ADAM17 hypomorphen Mäuse geringe Mengen an löslichem TNF-α produzieren und dementsprechend das Immunsystem auch nicht überaktiviert ist.“ Aus diesen Ergebnissen (J Exp Med 2010; 207(8):1617-24) lasse sich schließen, dass die Protease für regenerative Prozesse im Darm erforderlich ist. Sie fördert offenbar die epitheliale Proliferation. Daraus ergibt sich die Frage, wo man ADAM17 als therapeutisches Target unterbringen kann.

Ein neuer Ansatzpunkt ist die Zellproliferation. Faktoren, die für den Aufbau des Darmepithels nach einem Schaden verantwortlich sind und offenbar von ADAM17 gesteuert werden, zeigen eine erhöhte Expression während der Krebsentstehung. Eine Inhibition von ADAM17 könnte daher auch das Krebswachstum reduzieren. Daher untersucht Chalaris auch Funktion von ADAM17 in Tiermodellen für Darmkrebs. Langfristig möchte die Wissenschaftlerin alle Erkrankungen, bei denen TNF-α eine Rolle spielt, an ihren Mäusen weiter untersuchen. Dazu zählen neben Morbus Crohn auch multiple Sklerose und Sepsis. Zu beiden Krankheiten sind Forschungsprojekte geplant.

Gezielte Immunantwort durch neuen Antikörper

Außerdem arbeitet Chalaris’ Arbeitsgruppe daran, einen Antikörper herzustellen, um die Protease zu hemmen. Es handelt sich dabei um einen BiTEAntikörper. BiTE steht für Bi-specific T-cell engagers. Das Besondere an dieser Art von Antikörper ist, dass er zwei spezifische Bindungsstellen hat, eine für das Antigen, die andere für ein Oberflächenprotein von TZellen. Auf diese Weise kann mit Hilfe von BiTE-Antikörpern gezielt eine T-Zell-vermittelte Immunantwort gesteuert werden. „Wir haben einen Antikörper entwickelt, der die Protease ADAM 17 mit einem Teil bindet und mit dem anderen Teil bindet er CD3-T-Zellen, vor allem zytotoxische T-Zellen.“ Die Wirkung dieses Antikörpers wurde an Tumorzell-Linien getestet. „Wenn man Tumorzellen, die sehr viel ADAM17 exprimieren zusammen mit T-Zellen inkubiert, dann eliminieren die T-Zellen die Tumorzellen mit Hilfe des BiTE-Antikörpers “, so Chalaris. Die Ergebnisse der Zellkulturstudie mit diesem BiTE-Antikörper wurden publiziert (Biochem J 2012; 445(1):135-44).

 

 

 

Kolonpräparate

Kolonpräparate von Mäusen mit normaler (links) und sehr reduzierter ADAM17- Expression (rechts) nach Schädigung des Darmepithels mit DSS. Die hypomorphen ADAM17 Präparate zeigten nach fünftägiger Regnerationsphase eine stark erhöhte Infiltration von Immunzellen (Makrophagen/ F4/80 und Granulozyten/Ly6G) sowie ein stark geschädigtes Darmepithel auf.

Regulation des Interleukin 6 Rezeptors

Mit einem anderen Substrat von ADAM17 beschäftigt sich Professor Björn Rabe am Biochemischen Institut. Die Protease spaltet neben TNF-α auch den Interleukin-6 (IL-6) Rezeptor. So entsteht der lösliche IL-6-Rezeptor, der über den IL-6-Transsignalweg die Initiierung und Aufrechterhaltung chronischer Entzündungen steuert. „Wir wollen genau verstehen, wie der lösliche Rezeptor entsteht. Das Abspalten mit Hilfe von ADAM17 ist sicher nicht der einzige Weg. Ich glaube, dass es noch andere Proteasen gibt und möglicherweise auch komplett andere Mechanismen der Freisetzung, die nichts mit Proteolyse zu tun haben“, erklärt Rabe.

Hirn-CT-Scans

In Hirn-CT-Scans sind die für das Aicardi-Goutières Syndrome (AGS) typischen Kalkablagerungen zu sehen. Ähnliche Veränderungen findet man auch im Hirn von Lupuskranken (SLE) oder von Kindern, die sich bereits im Mutterleib mit einem Virus, zum Beispiel HIV, infiziert haben.

Mechanismen der Autoimmunität

Ein weiterer Schwerpunkt seiner Forschung sind die Mechanismen der Autoimmunität. „Ich versuche am Beispiel der Erbkrankheit Aicardi-Goutières Syndrom (AGS) zu verstehen, wie Autoimmunität entsteht“, so Rabe, der in diesem Projekt mit seiner früheren Arbeitsgruppe an der Universität von Edingburgh, Schottland, kooperiert. Das Aicardi-Goutières Syndrome ist eine seltene Autoimmunerkrankung. Sie befällt Kinder kurz nach der Geburt und geht vor allem mit einem chronisch-entzündeten Gehirn einher. Ursache ist ein Mangel an dem DNA-Reparaturenzym RNase H2. Das Enzym entfernt RNA-Bausteine aus der DNA, die fälschlicherweise bei der Vervielfältigung der Erbinformation eingebaut wurden. Über welche Mechanismen der Enzymmangel zur chronischen Entzündung führt, versucht Rabe in seinen Arbeiten herauszufinden. Das ist auch deshalb interessant, weil die Erkrankung AGS viele Gemeinsamkeiten mit einer anderen, häufigeren Autoimmunerkrankung, dem Lupus erythematodes, hat.

Die Hypothese ist, dass die Nukleinsäuren, die bei Mangel der RNase H2 nicht mehr gespalten werden können, sich in der Zelle anhäufen und dass das zu einer chronischen Entzündung führt. Rabe: „Ich möchte herausfinden, ob wirklich die Nukleinsäuren, die sich in der Zelle anhäufen, zur Autoimmunität führen, zu einer lupusartigen Form von Autoimmunität.“ Die Parallele zu Lupus erythematodes zeigt sich zum Beispiel darin, dass sowohl Lupus-Erkrankte als auch Kinder mit AGS erhöhte Werte des Zytokins Alpha- Interferon (IFN-α) haben. Der Botenstoff wird normalerweise von Zellen als Antwort auf eine Infektion mit Viren gebildet und löst Schutzmechanismen aus, die eine weitere Verbreitung der Infektion verhindern. Zudem aktiviert IFN-α natürliche Killer-Zellen, die der Virus- und Tumorabwehr dienen.

Interferon alpha treibt Entzündung an

Rabe vermutet, dass die bei RNase H2-Mangel sich ansammelnden Nukleinsäuren eine Virusinfektion „nachahmen“, da auch Viren aus Nukleinsäuren bestehen. Dadurch werden die Zellen angeregt, IFN-α abzugeben. Anders als bei einem Virusinfekt bleibt die Funktion der RNase H2 permanent eingeschränkt. „In den Betroffenen häufen sich Nukleinsäuren an, die nicht abgebaut werden können, die Patienten weisen als Konsequenz erhöhte Werte an IFN-α auf und haben dadurch eine permanente Entzündung des Gehirns. Die führt letzten Endes zu den neurologischen Symptomen bei AGS.“

Rabe plant, ein Mausmodell des Aicardi-Goutières Syndrom zu entwickeln, um so den Mechanismus der Krankheitsentstehung zu erforschen und mögliche Therapieansätze – die Krankheit ist bis dato unheilbar – zu finden.

 

RNase H2

Das Bild zeigt ein RNase H2 Knockout-Maus in einer Embryonalphase (Gastrulation). Die roten Punkte stellen Schäden an der DNA dar.

Björn Rabe

Björn Rabe
ist seit November 2011 Juniorprofessor für Signaltransduktion von Zytokinen an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Rabe hat in seiner Promotion am Biochemischen Institut der CAU eine transgene Maus entwickelt, die durch Überexpression des Proteins sgp130FC vor Entzündungen geschützt ist. Schwerpunkte seiner Forschung sind die Signalwege von Interleukin-6 sowie das DNA-Reparaturenzym RNase H2.

Artikelaktionen