Physiologen entwickeln Grundlagen für Therapie einer angeborenen Entwicklungsstörung des Gehirns

In Deutschland kommt jedes Jahr eines von 10.000 Mädchen mit einem Gendefekt zur Welt, der das so genannte Rett-Syndrom auslöst. Diese schwere Erberkrankung führt dazu, dass die Mädchen sich nach der Geburt zunächst normal entwickeln. Zwischen dem 6. und dem 18. Lebensmonat aber stoppt das Wachstum der Nervenzellen und ein langsamer Abbauprozess beginnt. Physiologen der Saar-Uni waren an Experimenten, deren Ergebnisse zu einer Therapie von Rett-Patientinnen führen sollen, beteiligt. Die Studie wird in der aktuellen Ausgabe von Nature online vorgestellt.

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Rett-Syndrom – Ein Leiden an Nerven-UND Gliazellen

RETT SYNDROME RESEARCH TRUST WEBSITE

Aus der heutigen Pressemitteilung:
Eine heute in Nature online veröffentlichte Arbeit zeigt, dass die Gliazellen bei der Hemmung des Voranschreitens der wichtigsten Symptome beim Rett-Syndrom eine Schlüsselrolle spielen; zumindest ist dies beim Krankheitsbild der Mausmodelle sichtbar und betrifft die Sterblichkeit, unregelmäßige Atmung und Apnoe, Hypoaktivität und verringerte Dendritenkomplexität. Die Entdeckung, die teilweise durch Mittel des Rett Syndrome Research Trust (RSRT) ermöglicht wurde, machte Gail Mandel, Ph.D., Wissenschaftlerin am Howard Hughes Medical Institute an der Oregon Health and Science University.

INTERVIEW MIT GAIL MANDEL UND DAN LIOY
Hirnzellen können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Neuronen und Gliazellen. Die drei Typen der Gliazellen sind die sternförmigen Astrozyten, die Oligodendrozyten und Mikrogliazellen. In der Vergangenheit kam den Neuronen die meiste Aufmerksamkeit zu, während man Gliazellen als zweitrangig und eher unterstützend betrachtete. Über die letzten Jahre ist jedoch mehr und mehr klar geworden, dass die Gliazellen auf sehr komplexe und dynamische Weise zu einer gesunden Hirnfunktion beitragen und auch beim Rett-Syndrom eine entscheidende Rolle spielen.
Monica Coenraads spricht mit Gail Mandel, PhD, und Dan Lioy, einem Graduierten, in Mandels Labor über die Daten, die heute online in Nature veröffentlicht wurden. Es geht in diesem Artikel auch um den Einfluss der Gliazellen auf das Voranschreiten der Symptome des Rett-Syndroms.

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Gail Mandel und Dan Lioy im Labor – Oregon Health and Sciences University
MC: Es ist gut, wieder mal mit Ihnen beiden zu sprechen. Meinen Glückwunsch zur neuen Veröffentlichung in Nature.

GM: Vielen Dank.

MC: Drehen wir die Zeit ein bisschen zurück, damit unsere Leser einen Zusammenhang bekommen. Kurz nach der Entdeckung, dass Mutationen am MECP2 das Rett-Syndrom auslösen, veranstaltete Alan Wolffe, ein sehr interessanter Wissenschaftler mit einem Langzeitinteresse an Chromatin, ein Treffen von Forschern in Washington DC. Ich hatte gerade die Rett Syndrome Research Foundation mitgegründet, die dieses Treffen finanziell unterstützte. Für mich war es das erste Wissenschaftlertreffen und es ist mir bis heute sehr gegenwärtig. Auf dieser Konferenz, die schon mehr als zehn Jahre zurück liegt, traf ich auch Sie zum ersten Mal. Nach der Zusammenkunft hielten wir den Kontakt und ich erinnere mich, dass ich versucht habe, Sie für Rett zu interessieren. Sie waren anfangs etwas zurückhaltend, aber dann sprangen Sie quasi mit beiden Beinen hinein. Was hat diesen Sinneswandel verursacht?

GM: Mein Labor arbeitete damals wie heute an einem Gen mit der Bezeichnung REST, das als Repressor agiert. Wir waren mit biochemischen Experimenten beschäftigt und bemerkten, dass MECP2 eins der Proteine ist, die sich in der Nachbarschaft der REST-Bindungsstellen befanden. Viel wussten wir nicht über MECP2 und entsprechend begannen wir, darüber zu lesen.
Das war 2002. Nurit Ballas war zu dieser Zeit in meinem Labor, und sowohl sie als auch ich entwickelten ein Interesse an der Frage, was MECP2 im Nervensystem ist. Wir waren sehr überrascht, weil man es als überall vorhandenes Protein ansah, aber gleichzeitig dachte, es komme nicht in Gliazellen vor. Nurit und ich waren grundsätzlich skeptisch, weil wir eine Menge über Repressoren wussten, insbesondere über Repressoren, die überall vorkommen, und von der Warte eines Molekularbiologen machte es für uns wenig Sinn, dass MECP2 von Gliazellen ausgeschlossen sein sollte.
Also hat Nurit ihre eigenen Versuche gemacht, um nach MECP2 zu suchen, und sie fand es in gereinigten Gliazellen. Mit Hilfe von Immunzellenchemie zeigte sie, dass es sich in Gewebe befand, und zwar in Glia in Gewebe. Das brachte uns zu der Annahme, dass MECP2 irgendetwas in den Gliazellen regulieren könnte.
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Gail Mandel

MC: Diese Entdeckung ist das perfekte Beispiel dafür, warum es immer gut ist, in jedem Bereich nach neuen Leuten zu suchen, die ihre Erfahrung, Neugier und originellen Wege der Problembetrachtung mitbringen. Sie haben Ihren ersten Artikel zum Thema Anfang 2009 in Nature Neuroscience veröffentlicht. Dan, erklären Sie unseren Lesern doch bitte die Highlights aus dem neuen Artikel, der soeben in Nature erschienen ist.

DL: Der Hauptpunkt dieser Arbeit ist, wenn man MECP2 einem Mausmodell ohne MECP2 nur in die Astrozyten rückverabreicht, ist es ein weiter Weg bis zur Korrektur des Rett-Phänotyps, speziell bei den Atemproblemen. Wir dokumentieren ebenfalls, dass der Knockout von MECP2 nur in Astrozyten einen Phänotyp hervorbringt, auch einen beim Atemapparat Doch interessanterweise, und ich gebe zu, dass ich noch nicht recht weiß, warum das so ist, reicht der Phänotyp nicht an das Ausmaß der Heilung heran. In einer vereinfachten Welt würde man einen Versuch machen und herausfinden, dass eine Rückführung von MECP2 in einen Zelltyp den Phänotyp korrigiert. Genauso müsste ein Entfernen aus dem Zelltyp diesen Phänotyp mit gleichem Schweregrad hervorrufen. Bisher scheint aber genau das nicht der Fall zu sein.
Was ich aus unseren Versuchen herauslese, ist, dass weder Nervenzellen mit defizitärem MECP2 noch Gliazellen allein für die Verursachung des voll ausgeprägten Rett-Phänotyps hinreichend sind. Umgekehrt braucht eine Rückführung von MECP2 nur in entweder Nerven- oder Gliazellen extrem viel Zeit für die Korrektur des Phänotyps. Die aus wissenschaftlicher Sicht interessante Frage ist: Warum ist das so?

GM: Das war wirklich nicht, was wir erwartet hatten.
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Dan Lioy

DL: Eine Möglichkeit, die wir lange diskutiert haben, ist, dass beide Zelltypen, also Nerven- und Gliazellen, Mutationen aufweisen müssen, damit es zum kompletten Phänotyp kommt. Es gibt Präzedenzfälle bei anderen Krankheiten wie etwa ALS, wo angegeben wird, dass sowohl Neuronen als auch Gliazellen zur Pathogenese der Krankheit beitragen, aber sie tun das auf sehr unterschiedliche Weise. Wir fragen uns daher, ob dies nicht ein allgemeines Modell ist, das sich auch auf Rett anwenden lässt.

MC: Hat Sie diese Entdeckung überrascht?

GM: Das hat sie, ja. Glücklicherweise haben wir beide Versuche ziemlich zeitgleich durchgeführt, also sowohl das Ausschalten, als auch die Rückführung. Andernfalls hätten wir die Rückverabreichung auf der Basis des Knockouts vielleicht nicht weitergeführt. Da der Knockout nicht so dramatisch war wie die Null, hätten wir möglicherweise angenommen, dass Gliazellen keine große Rolle spielen und die Krankheit weitgehend neuronal ist. Aber glücklicherweise haben wir beides parallel gemacht.

MC: Ein weiteres Beispiel dafür, wie sehr Wissenschaft manchmal vom Glück abhängt. Mit Rücksicht auf die Annahme, dass Nervenzellen die Krankheit einleiten und Astrozyten beim Voranschreiten eine Rolle spielen, denken Sie, dass das ein geläufigeres Diskussionsthema auch bei anderen Krankheiten wird?

GM: Das Modell wurde anfangs zunächst von Don Cleveland für ALS vorgeschlagen. Ich denke absolut, dass es geläufiger werden wird. Ich denke auch, dass wir aufgrund dessen mehr über Nerven- und Gliazellen herausfinden müssen, vor allem, was ihre Interaktion betrifft.

MC: In der Vergangenheit haben Gliazellen nicht so viel Aufmerksamkeit hervorgerufen wie Nervenzellen, aber das ändert sich gerade. Die Zeiten, wo man annahm, dass Gliazellen nur als strukturelle Komponenten und Kindermädchen der Nervenzellen zu betrachten seien, sind wohl vorbei.
GM: Da haben Sie Recht, ja.

MC: Der RSRT finanziert momentan ein Gentherapieprojekt, das gemeinsam von Ihrem und Brian Kaspars Labor durchgeführt wird. Sie verwenden einen Vektor namens AAV9, der je nach Art Ihrer Beeinflussung auf Astrozyten zielt. Wenn der Wiedereinsatz von MECP2 in Astrozyten wirklich hilfreich ist, könnte dieser Vektor recht interessant sein.

GM: So gesehen ist dieses Projekt ein hohes Risiko für mein Labor, was den Einsatz von Arbeitskraft betrifft. Immerhin weiß ich nicht, ob es funktionieren wird. Andersherum denke ich, dass dieses Projekt so interessant und klinisch relevant ist. Was das Zielen auf das Rett zugrunde liegende genetische Problem betrifft, schalten wir entweder das stumme MECP2 des inaktiven X ein, oder wir müssen darüber nachdenken, wie wir das Gen zurückbringen können. Deshalb halte ich AAV9 für viel versprechend. Es zeigt eine gute Expression und gelangt über die Blut-Hirn-Schranke. Eine Reihe Labore arbeiten an gentherapeutischen Ansätzen und das Gebiet ist entsprechend umkämpft. Aber das halte ich für eine gute Sache.

MC: Nun, wir scheuen keine Risiken, das können wir uns nicht leisten. Also freut es uns, dass Ihr Labor sich inzwischen so intensiv mit Rett beschäftigt und neue Forschungsperspektiven geschaffen hat. Was Konkurrenzkampf betrifft, bin ich der gleichen Ansicht wie Sie und werde die weiteren Entwicklungen Ihrer Arbeit mit großem Interesse verfolgen. Es gibt sicherlich keinen Mangel an Komplexität, die erkundet werden will. Wir hoffen, dass die Rett-Gemeinschaft weiterhin von Ihrer wissenschaftlichen Neugier und Ausdauer profitieren wird. Vielen Dank für das heutige Gespräch. Wir freuen uns auf neue Nachrichten.

Rett-Syndrom: Nicht länger eine Frage der neurologischen Entwicklung

Huda Zoghbis wegweisende Entdeckung der genetischen Ursachen des Rett-Syndroms 1999 führten zu einer neuen Forschungsära. Die ersten Mausmodelle für die Krankheit kamen 2001 zum Einsatz. Den männlichen Mäusen, so genannten Knockouts, fehlt das Mecp2-Protein komplett; den weiblichen Tieren fehlt in etwa der Hälfte ihrer Zellen das Protein, was auf die Deaktivierung des X-Chromosoms zurückzuführen ist.
An dies denken die meisten Leute, wenn über „Rett-Mäuse“ gesprochen wird. Doch in den letzten Jahren wurden weitere Mausmodelle entwickelt, jedes davon speziell zur Beantwortung einer spezifischen Frage, so dass wir mehr Aspekte der Störung kennen lernen konnten. Die Unterschiede zwischen diesen vielfältigen Modellen bilden die Grundlage für viele gegenwärtige Bemühungen bei der Suche nach geeigneten Medikamenten.

Daten zum neuesten Tiermodell wurden heute in dem erstklassigen Fachjournal Science veröffentlicht. Das Modell wurde im Zoghbi-Labor von dem Doktoranden Christopher McGraw entwickelt. Mittels gentechnischer Verfahren züchtete er Mäuse, denen Mecp2 nur als erwachsenes Tier fehlt.

MONICA COENRAADS, GESCHÄFTSFÜHRERIN DES RSRT, INTERVIEWT HUDA ZOGHBI, M.D.www.rsrt.org
24Huda Zoghbi, MD

MC: Dr. Zoghbi, erzählen Sie uns bitte von Ihrer Entscheidung, dieses Experiment durchzuführen und natürlich von den Ergebnissen.

HZ: Für die Durchführung dieser Studie gab es zwei Gründe. Wir wissen, dass die Rett-Symptome nach der Geburt beginnen und wollten verstehen, ob es bei der Krankheit irgendwelche entwicklungsabhängigen Komponenten gibt. Mit anderen Worten: Hat das Mecp2-Protein eine Funktion, die während der Frühentwicklung oder Kindheit wichtig ist? Das war unsere erste Frage.
Die Experimente im Labor von Adrian Bird 2007 haben uns gezeigt, dass die Rett-ähnlichen Symptome von erwachsenen Mäusen mit abnormer Entwicklung durch das fehlende Protein umgekehrt werden, wenn Mecp2 wiederhergestellt wird. Wir waren neugierig zu sehen, ob Hirnzellen, die bei präsentem Mecp2 ordentlich entwickelt und gereift waren sowie die typischen Erfahrungen des Lernens und Gedächtnisses durchlaufen hatten, einen milderen Phänotyp ausbildeten, wenn das Protein im Erwachsenenstadium entfernt wurde. Die Antwort war ein deutliches NEIN. Die große Überraschung für uns war, wie ähnlich die Knockout-Mäuse, denen von der Zeugung an das Mecp2 fehlte, den Mäusen waren, denen Mecp2 nur als Erwachsenen fehlte. Daraus haben wir gelernt, dass ein Umgehen der kritischen Entwicklungsphase die Ernsthaftigkeit der Symptome nicht beeinflusst.
Das Experiment zeigt uns, dass Mecp2 zu jeder Zeit gebraucht wird. Es zeigt uns auch, dass Mecp2 nicht für die Entwicklung nötig ist, sondern eher der Aufrechterhaltung einer normalen Hirnfunktion dient.

MC: Dann hat der zeitliche Ablauf beim Auftreten der Rett-Symptome nichts mit Entwicklung zu tun, sondern damit, was nach dem Entfernen von Mecp2 im Gehirn passiert. Können wir also mit Sicherheit sagen, dass Rett keine Störung der neuronalen Entwicklung ist?

HZ: Wir haben unsere Experimente an Mäusen und nicht an Menschen durchgeführt und müssen uns daher immer dieses Vorbehalts bewusst sein. Ich denke aber, dass Sie Recht haben. Was zählt ist, wie lange die Zellen ohne das Protein sind.

MC: Ihr Experiment stärkt sicherlich die Annahme, dass Rett nicht im Zusammenhang mit der neuronalen Entwicklung steht. Die Umkehrungsexperimente von 2007 gaben den ersten Anhaltspunkt. Wir beide haben an Konferenzen teilgenommen, wo dieser Punkt diskutiert wurde. Einige waren der Ansicht, dass es die Diskussion nicht wert war, weil es sich um Formulierungsfragen handelte. Dieser Ansicht bin ich nicht. Hier geht es nicht nur um die richtige Wortwahl, sondern um klinische Implikationen.

HZ: Da haben Sie Recht, es geht nicht um die Wortwahl. Ich nenne Rett inzwischen eine postnatale neurologische Störung. Mecp2 ist ein Faktor, der die normale Funktion von Hirnzellen entscheidend beeinflusst. Es ist ein Faktor, der durchgängig für eine normale Nervenfunktion gebraucht wird, und dies hat Implikationen für Therapien. Man wird Therapien langfristig anlegen müssen.

MC: Ihre Erkenntnisse haben auch Implikationen für andere postnatale Störungen wie etwa Autismus. Können Sie das erläutern?

HZ: Es gibt viele Störungen, die nach der Geburt auftreten, und wir haben angenommen, dass – ähnlich wie bei Rett – ein fehlendes Protein die normale Entwicklung stört. Ich denke, diese Arbeit sagt uns, dass dies vielleicht nicht der Fall ist. Im Fall von Rett beeinflusst das Protein die Transkription, in anderen Fällen machen die Proteine etwas anderes, aber der Endeffekt ist der gleiche – ein bestimmtes Molekül wird nicht in der richtigen Menge produziert, die in der Hirnzelle gebraucht wird.
Was dann Störungen wie Fragiles X, das Angelman-Syndrom oder die Tuberöse Hirnsklerose betrifft: Wenn wir das besondere Protein entfernen, für das die Zellen im Zusammenhang mit dem Defizit sensibel sind, es dann aber zurückführen, sind die Chancen für eine Heilung sehr hoch.

MC: Der Schlüssel ist also, dass Rett-Symptome nicht eindeutig festgelegt sind, weil die gleichen Symptome auch beim erwachsenen Knockout auftreten. Das sind hoffnungsvolle und ermutigende Neuigkeiten.
Ich finde es faszinierend, dass sich die Forschung von einem immerwährenden Dogma der Neurowissenschaften weg bewegt, obwohl Rett eine eher seltene Störung ist und nur eine kleine Anzahl Forscher daran arbeitet.
Ihre Entdeckung von 1999 machte Rett zur ersten sporadischen neurologischen Störung, mit der ein Gen assoziier war. Rett war die erste neurologische Störung in der Kindheit, die als reversibel nachgewiesen werden konnte. Das lehrte uns einiges über die Plastizität des Gehirns. Wir wissen heute, dass Rett nicht an die Entwicklung gebunden ist, und diese Tatsache stellt ebenfalls die Interpretation anderer Störungen wie Fragiles X, das Angelman-Syndrom, die Tuberöse Hirnsklerose und anderer als Störungen in der neuronalen Entwicklung infrage. Das ist schon bemerkenswert.
Es ist jetzt fast 12 Jahre her, dass Sie die genetische Ursache für Rett entdeckt haben. Sind wir mit unserer Suche nach Behandlungsmöglichkeiten an einem Punkt, den Sie so erwartet hatten?

HZ: In vielerlei Hinsicht laufen die Dinge gut, da wir so viel über die Krankheit gelernt haben. Wir wissen, dass die Hirnanatomie normal ist, wir wissen, dass Zellen sich erholen, wenn man dieses Protein zurückbringt. Unsere Herausforderung ist, dass das Protein für so viele Zellen essentiell ist. Wenn wir eine pharmakologische Interventionsmöglichkeit finden, die eine große Mehrheit der Zellen trifft, ist das der Schlüssel. Ich unterschätze die Schwierigkeiten allerdings nicht; es bedarf einer außerordentlich guten Pharmakologie, wenn man die Symptome unter Kontrolle bringen will.

MC: Ich weiß, dass ich für alle Rett-Familien überall auf der Welt spreche: Wir sind Ihnen unendlich dankbar, dass Sie für unsere Kinder arbeiten. Vielen Dank für Ihren Einsatz, Ihre Zielstrebigkeit und harte Arbeit.