Erste vorklinische Gentherapiestudie zur Umkehrung von Rett-Symptomen

Erste vorklinische Gentherapiestudie zur Umkehrung von Rett-Symptomen

 

Pressekontakt:

Monica Coenraads Geschäftsführerin RSRT monica@rsrt.org 203.445.0041

20. August 2013 [Spanische Übersetzung]

Das Konzept hinter der Gentherapie ist einfach: Ein gesundes Gen wird eingesetzt, um die Aufgaben eines mutierten zu übernehmen. Neue Forschungsergebnisse, die heute im Journal of Neuroscience veröffentlicht wurden, lassen vermuten, dass dieser Ansatz möglicherweise eine machbare Möglichkeit zur Behandlung des Rett-Syndroms darstellt, jener Störung innerhalb des Autismus-Spektrums, welche die meisten Behinderungen zur Folge hat. Gail Mandel, Ph.D. und Howard Hughes-Wissenschaftlerin an der Oregon Health and Sciences University, leitete die Studie. Der Rett Syndrome Research Trust hat diese Arbeit mit großzügiger Unterstützung des Rett Syndrome Research Trust UK und der Rett Syndrome Research & Treatment Foundation durch das MECP2 Konsortium finanziert.

Im Jahr 2007 überraschte der Co-Autor Adrian Bird, Ph.D. an der University of Edinburgh, die Fachwelt mit dem Nachweis, dass Rett heilbar ist, indem er die Symptome an erwachsenen Mäusen umkehrte. Seine unerwarteten Ergebnisse trieben die Labore rund um die Welt an, eine Reihe Strategien zu verfolgen, um die vorklinischen Erkenntnisse auf Menschen übertragen zu können.

Die aktuelle Studie zeigt als erste eine Umkehrung von Symptomen an vollständig symptomatischen Mäusen. Dabei kamen Techniken der Gentherapie zum Einsatz, die das Potenzial für eine klinische Anwendung haben.

Das Rett-Syndrom ist eine mit dem X-Chromosom verbundene neurologische Störung, die in erster Linie bei Mädchen auftritt, In den USA wird jährlich etwa eins von 10.000 Kindern mit Rett geboren. In den meisten Fällen machen sich die Symptome zwischen dem 6. und 18. Lebensmonat bemerkbar, indem Meilensteine in der Entwicklung verpasst werden oder verloren gehen. Die darauf folgende Regression äußert sich durch Sprach- und Beweglichkeitsverlust sowie dem Verlust der Fähigkeit, die Hände funktional einzusetzen. Dies wird häufig von der Rett-typischen Geste abgelöst, dem Händeringen, manchmal so intensiv, dass es über sämtliche wache Stunden anhält. Andere Symptome sind Krämpfe, Zittern, orthopädische und Verdauungsprobleme, Atemstörungen und andere vegetative Beeinträchtigungen, sensorische Probleme und Unruhe. Die meisten Kinder erreichen das Erwachsenenalter und benötigen rund um die Uhr Pflege.

Der Grund für die schreckliche Konstellation der Symptome beim Rett-Syndrom liegt in Mutationen eines auf dem X liegenden Gens mit der Bezeichnung MECP2 (Methyl CpG- bindendes Protein). MECP2 ist ein Mastergen, das die Aktivität zahlreicher anderer Gene regelt, indem es sie ein- oder ausschaltet.

„Gentherapie ist für diese Störung gut geeignet“, erklärt Dr. Mandel. „Da MECP2 an die DNA im gesamten Genom bindet, gibt es gegenwärtig kein einzelnes Gen, auf das wir mit einem Medikament zielen könnten. Deshalb ergibt sich die beste Chance auf einen größeren Effekt auf die Störung aus einer Korrektur des zugrunde liegenden Defekts in so vielen Zellen des Körpers wie möglich. Die Gentherapie erlaubt uns, genau das zu tun.“

Gesunde Gene können durch ein Virus in die Zellen gebracht werden, wobei das Virus wie ein trojanisches Pferd funktioniert. Es gibt viele verschiedene Typen dieser Trojaner. Dr. Mandel verwendete das Adeno-assoziierte Virus Serotyp 9 (AAV9), welches die ungewöhnliche und attraktive Fähigkeit hat, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren. Dies ermöglicht eine intravenöse Steuerung des Virus und seines Gepäcks. Auf diese Weise lassen sich invasivere Verabreichungssysteme direkt im Hirn vermeiden. Solche Systeme würden das Bohren von Löchern in den Schädel erfordern.

Da das Virus nur begrenzten Raum für den Transport hat, kann es nicht das gesamte MECP2- Gen tragen. Der Co-Autor Brian Kaspar vom Nationwide Children’s Hospital arbeitete mit Mandels Labor zusammen, damit nur die wichtigsten Segmente des Gens eingesetzt werden konnten. Nach der Injektion in die Rett-Mäuse, verteilte sich das Virus auf die Zellen im gesamten Körper und Gehirn und verbreitete das veränderte Gen, welches daraufhin begann, das MeCP2-Protein herzustellen.

Wie bei weiblichen Menschen mit dem Rett-Syndrom haben nur etwa 50% der Mauszellen eine gesunde Kopie des MECP2. Nach der gentherapeutischen Behandlung hatten dann 65% der Zellen ein funktionierendes MECP2-Gen.

Die behandelten Mäuse zeigten eine deutliche Verbesserung bei motorischen Funktionen, Zittern, Krämpfen und dem Klammern der Hinterläufe. Auf Zellebene wurde die geringere Größe von Nervenzellen, die in mutierten Zellen beobachtet wurde, auf das normale Maß wiederhergestellt. Biochemische Versuche bewiesen, dass das Gen seinen Weg in die Zellkerne gefunden hatte und wie erwartet funktionierte, indem es an die DNA band.

Ein Rett-Symptom, das allerdings nicht verbessert werden konnte, war die abnorme Atmung. Forscher gehen davon aus, dass eine Korrektur hier erfordern würde, dass eine größere Anzahl Zellen erreicht wird; mehr als die 15%, die im Hirnstamm erreicht wurden.

„Mit diesen Experimenten haben wir etwas Wichtiges und Ermutigendes gelernt – Wir müssen nicht jede Zelle korrigieren, um die Symptome umzukehren. Der Anstieg von 50% auf 65% Zellen mit einem funktionierenden Gen endete mit deutlichen Verbesserungen“, so der Co-Autor Saurabh Garg.

Eine der möglichen Herausforderungen bei der Gentherapie im Zusammenhang mit Rett ist die Möglichkeit, verschiedene Kopien des Gens in eine Zelle zu bringen. Wie wir bereits vom MECP2-Duplikationssyndrom wissen, ist zu viel dieses Proteins nachteilig. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass nach einer gentherapeutischen Behandlung die normale Menge des MeCP2-Protein exprimierte. Zumindest war die Überexpression von MeCP2 in unserem Fall und mit diesen Methoden kein Problem“, sagte der Co-Autor Daniel Lioy.

Dr. Mandel warnte, dass noch entscheidende Schritte bevorstehen, bevor klinische Versuche beginnen können. „Unsere Studie ist ein erster bedeutender Schritt zur Betonung des Potenzials von AAV9 bei der Behandlung der neurologischen Symptome im Zusammenhang mit Rett. Wir arbeiten jetzt daran, das Einpacken von MeCP2 in das Virus zu verbessern, um

zu sehen, ob wir einen größeren Anteil der Zellen erreichen und so die Symptome noch weiter lindern können“, sagte Mandel. Die Kollegen Hélène Cheval und Adrian Bird sehen darin eine viel versprechende Folge der Arbeit von 2007, die eine Umkehrung der Symptome an Rett-Mäusen zeigte. „Jene Studie verwendete genetische Tricks, die bei Menschen nicht direkt angewendet werden können, doch der AAV9-Vektor, der hier verwendet wurde, könnte prinzipiell ein Gen auf therapeutischem Weg liefern. Es handelt sich um einen bedeutenden Schritt nach vorn, doch der Weg ist noch lang.“

„Die Gentherapie hatte einen turbulenten Weg in den vergangenen Jahrzehnten, doch gegenwärtig erlebt sie eine Renaissance aufgrund der technischen Fortschritte. Europa und Asien führen gentherapeutische Behandlungen bereits klinisch durch, und vermutlich werden die Vereinigten Staaten dem bald folgen. Unser Ziel jetzt ist die Priorisierung der nächsten wichtigen Versuche und deren Durchführung so schnell wie möglich. Gentherapie ist ein schwieriges Unterfangen, besonders, wenn es um das Hirn geht, doch ich bin vorsichtig optimistisch, dass wir mit dem richtigen Team einen Plan für die klinische Entwicklung ausarbeiten können. Ich gratulieren den Laboren von Mandel und Bird zur aktuellen Veröffentlichung. Es ist schon die dritte, die nach kurzer Zeit aus dem MECP2 Konsortium hervorgegangen ist“, sagte Monica Coenraads, Geschäftsführerin des Rett Syndrome Research Trust und Mutter einer jugendlichen Tochter, die von der Störung betroffen ist.

Zitat: Systematische Verabreichung von MeCP2 lindert Verhaltens- und zelluläre Defizite bei weiblichen Mausmodellen für das Rett-Syndrom. The Journal of Neuroscience.

Finanzierung: Diese Arbeit wurde in erster Linie durch den Rett Syndrome Research Trust finanziert, beteiligt waren NIH, Wellcome Trust, MRC, Action Medical Research zusammen mit Henry Smith Charity, R S MacDonald Charitable Trust.

Über den Rett Syndrome Research Trust

Der Rett Syndrome Research Trust ist eine Non-Profit-Organisation, die sich ausschließlich der weltweiten Forschung zum Rett-Syndrom und damit verbundenen MECP2-Störungen widmet. Unser Ziel ist die Heilung von Kindern und Erwachsenen, die andernfalls für den Rest ihres Lebens an den Auswirkungen dieser Störung leiden werden. Wenn Sie mehr über den Trust erfahren möchten, besuchen Sie bitte www.ReverseRett.org

Unsere Partner, die uns bei dieser Arbeit unterstützen, sind Elternorganisationen weltweit, darunter der RSRT UK, die Rett Syndrome Research & Treatment Foundation (Israel), Stichting Rett Syndrome (Holland), Rett Syndrom Deutschland e.V., Skye Wellesley Foundation (UK) und amerikanische Organisationen, die Kate Foundation for Rett Syndrome Research, Girl Power 2 Cure, Eva Fini Fund beim RSRT, Rocky Mountain Rett Association und die New Jersey Rett Syndrome Association.

Über das MECP2 Konsortium
Das MECP2 Konsortium wurde 2011 vom Rett Syndrome Research Trust durch eine erste Schenkung von einer Million USD von unserem Mitglied Tony Schoener und seiner Frau Kathy ins Leben gerufen. Es fördert neue Zusammenschlüsse zwischen führenden Wissenschaftlern zur Untersuchung der Moleküle an der Wurzel des Rett-Syndroms. Zu den Mitgliedern des Konsortiums zählen Adrian Bird von der University of Edinburgh, Michael Greenberg von der Harvard University und Gail Mandel von der Oregon Health and Sciences University.

Video

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das?

Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013
(Video Übersetzung)

Vielen Dank Ihnen allen, dass Sie gekommen sind und vielen Dank an Julia und die Mitarbeiter der Simons Foundation dafür, dass sie uns so freundlich in diesem nagelneuen Saal empfangen haben und sich um unser Wohl kümmern. Ich begrüße auch diejenigen, die uns online zugeschaltet sind, ganz herzlich. Die Präsentation am heutigen Abend beginnt mit einem kurzen Vortrag von mir und wird mit einem weiteren Vortrag von Ben Philpot fortgesetzt, der uns mehr Einzelheiten über die verschiedenen Ansätze geben wird, die wir verfolgen, um das Rett-Syndrom hoffentlich zu heilen. Ich habe eine solche Präsentation bereits vor einigen Jahren gehalten und hoffe, dass ich Sie heute Abend bezüglich der Entwicklungen seitdem auf den neuesten Stand bringen kann. Vor einigen Jahren trug ich noch keine Brille, doch die Zeit schreitet voran und heute brauche ich eine.

Ich werde direkt zu den Fakten kommen und ein wenig über die verschiedenen Mutationen berichten, die beim Rett-Syndrom vorkommen, deren Ursachen erläutern und später im Lauf des Vortrags über einige Behandlungsansätze sprechen, die spezifisch auf Mutationen zielen. Ich werde also zunächst einige Mutationen abarbeiten. Bei der ersten handelt es sich um eine Missense-Mutation. Proteine bestehen aus Aminosäuren, die wiederum aus Nukleotidbasen zusammengesetzt sind. Eine Missense-Mutation liegt vor, wenn es einen Fehler in einer dieser Nukleotidbasen gibt. Statt einer bestimmten Aminosäure hat der betroffene Organismus also einen anderen Typ von Aminosäure, und diese kleine Mutation an einer einzigen Nukleotidbase führt zum Rett-Syndrom. Dann gibt es die so genannte Rasterschubmutation, welche im Wesentlichen die Sequenz der Aminosäuren durcheinanderbringt, indem sie entweder eine oder mehrere Nukleotidbasen hinzufügt, oder welche zerstört. Eine Nonsense-Mutation ist die Bezeichnung für Mutationen, die mit X enden. Am Ende eines jeden Proteins ist ein Stoppcodon vorhanden, das dem Protein im Wesentlichen sagt: „Du hast genug Proteine hergestellt.“ Manchmal führt eine Mutation zu einem vorzeitigen Ersetzen des Stoppcodons – es sollte nicht dort sein, und so kommt es zu einer Nonsense-Mutation, welche im Wesentlichen eine abgeschnittene Mutation ist. Wo Abschnitte der Proteine fehlen, kommt es ebenso zu großen Schäden. Auf einige davon werde ich später zurückkommen.

Eine der Fragen, die mir häufig und besonders von Eltern gestellt wird, deren Kinder gerade diagnostiziert wurden, bezieht sich auf die Aussichten für das Kind, nun da man Bescheid weiß. Wird sie laufen können? Wird sie sprechen? Wird sie Handfunktionen haben? Doch es ist leider nicht so einfach, eine Mutation mit der Schwere der Symptome in Beziehung zu setzen. Es gibt noch anderen Dinge, die einen Einfluss darauf haben, was das Kind zeigt.

Zwei der wichtigsten davon sind Muster für die Deaktivierung des X-Chromosoms und für Modifikatorgene. Ich bin sicher, dass alle hier wissen, dass Mädchen mit dem Rett-Syndrom zwei X-Chromosomen haben. Die Mutation haben sie auf einem davon, doch auf dem anderen verfügen sie über ein gesundes MeCP2 – eins, das sie von ihrer Mutter vererbt bekommen, und eins vom Vater. Alle weiblichen Organismen deaktivieren ein X-Chromosom sehr früh in ihrer Entwicklung – wir sprechen hier von einem Lebensalter von fünf oder sechs Tagen. Dies ist ein zufälliger Vorgang. In einigen Zellen ist ein X-Chromosom eingeschaltet, und in den Nachbarzellen ist es das andere. Manchmal kommt es zu einer Krümmung, so dass ein X-Chromosom dem anderen gegenüber bevorzugt wird, und diese Krümmung kann einerseits zu bevorzugen sein, wenn mehr von den normalen X-Chromosomen eingeschaltet sind, wogegen der Mutant deaktiviert ist. In diesem Fall wird es zu einer milderen Form des Rett-Syndroms kommen. Wenn aber andererseits das Gegenteil eintritt und mehr der mutierten Chromosomen aktiviert sind, kommt es zu der ernsteren Version. Ein deutliches Beispiel dafür liefern zwei eineiige Zwillingsschwestern, die ich kenne und die in der Gegend von Baltimore leben. Sie haben den gleichen genetischen Hintergrund und die gleiche Mutation. Doch eine von ihnen hat die zufällige Krümmung – etwa 50/50 – und sie hat das klassische Rett-Syndrom. Ihre Schwester hat die bevorzugte Deaktivierung durch Krümmung und verfügt über viel mehr Funktionen. Sie spricht, fährt Rad und spielt Geige, und so haben wir ein klares Beispiel dafür, was eine Krümmung bewirken kann.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

Ein zweites mögliches Phänomen sind die Modifikatorgene. Jede Krankheit hat Modifikatorgene. Denken Sie etwa an zwei Personen, die pro Tag zwei Päckchen Zigaretten rauchen. Eine davon bekommt Lungenkrebs, die andere nicht. Diese Person verfügt über eine vorteilhafte genetische Ausstattung, die sie vor Lungenkrebs schützt. Das Gleiche lässt sich etwa beim Cholesterin beobachten. Manche Personen essen sehr fett, haben aber trotzdem niedrige Cholesterinwerte. Ihre genetische Disposition verschafft ihnen diese Fähigkeit. Diese zwei Bilder stammen aus einer aktuellen Publikation in der Zeitschrift PLOS. Eins stammt von einem Genetiker in Italien, und jedes Bild zeigt zwei Sets von Schwestern. Sie haben die gleiche Mutation und eine ausgeglichene Deaktivierung der X-Chromosomen, d.h. keine Krümmung, und trotzdem zeigen sie sich ziemlich verschieden. Eine der Schwestern auf jedem Bild hat das klassische Rett-Syndrom und die andere Schwester verfügt über weit mehr Funktionen. Hinter diesem Phänomen vermuten wir Modifikatorgene. Diese Modifikatorgene sind entsprechend ein wichtiger Aspekt beim Rett-Syndrom, auf den ich noch zurückkommen werde.

Hier sehen Sie nun eine sehr wichtige Folie. Sie zeigt alle Ansätze, die der RSRT gegenwärtig verfolgt, um das Rett-Syndrom zu behandeln und hoffentlich zu heilen.
Wir werden detailliert über jeden davon sprechen, doch lassen Sie uns für den Moment unser Augenmerk auf die drei zentralen Punkte richten: MeCP2 als Ziel, Unterdrückergene, die mit dem Ansatz zu Modifikatorgene zusammenhängen, und die nachgelagerten Ziele. Ich werde Ihnen Information zu allen dieser Gebiete liefern. Auf der einen Seite ist da die Grundlagenforschung. Das bedeutet, wir versuchen weiterhin herauszufinden, was MeCP2 macht und so finanzieren wir Projekte wie das MECP2-Konsortium, wo drei Labore gemeinsam der Frage nach der Funktionsweise dieses Proteins nachgehen. Wir hoffen, dass ein besseres Verständnis dieses Proteins uns neue Türen öffnet.

Also sprechen wir jetzt zuerst über die Aktivierung des stummen MeCP2. Ich werde dabei nicht allzu sehr in die Einzelheiten gehen, weil Dr. Philpot später darüber sprechen wird, doch ich möchte Ihnen erklären, warum es sich hier um einen Ansatz handelt, an dem wir besonderes Interesse haben. Ich mag diesen Ansatz, weil er das Rett-Syndrom wirklich an dessen Wurzel bekämpft und nicht auf das Nachgelagerte zielt. Das Problem beim Rett-Syndrom ist eine MECP2-Mutation. Doch es gibt eine gesunde Kopie von MECP2 in jeder Zelle eines Mädchens mit dem Rett-Syndrom. Etwa die Hälfte dieser Zellen sind heruntergefahren, und wenn wir einen Weg finden, diese Gene wieder einzuschalten, können wir die Störung auf der Basis von Umkehrungsexperimenten behandeln und hoffentlich heilen. Dabei brauchen wir kein Gen einzusetzen, wie es in der Gentherapie nötig wäre. Es ist ja bereits da, wir müssen es nur einschalten. Im Zusammenhang mit dem Rett-Syndrom gibt es auch die Sorge, dass zu viel MeCP2 ebenfalls nicht gut ist, wie wir es beim MeCP2-Duplikationssyndrom beobachten können. Betroffene Kinder, die keine Mutation am MeCP2, sondern eine Extrakopie des Gens haben, leiden an einer ziemlich ernsten neurologischen Störung. Diese findet sich ironischerweise meistens bei Jungen und nicht bei Mädchen. Bei diesem Ansatz, d.h. der Aktivierung des stummen MeCP2, brauchen wir uns keine Sorgen um die Dosierung zu machen, und am Ende brauchen wir die Funktion von MeCP2 nicht unbedingt zu kennen, um es wieder einzuschalten. Selbst nach einigen Jahren Forschung ist die Funktion dieses Proteins noch nicht eindeutig zu beschreiben, doch mit diesem Ansatz brauchen wir das auch gar nicht. Ebenso wenig müssen wir uns um nachgelagerte Ziele bzw. Gene Gedanken machen. Entsprechend finanzieren wir heute vier Labore, die diesen Ansatz verfolgen. Jedes verwendet dabei ein anderes Analyseverfahren, andere molekulare Bibliotheken, andere Wirkstoffe, die getestet werden, und Ben wird uns darüber nähere Auskünfte geben.

Ich werde nur ein paar kurze Bemerkungen zu Michael Greens Projekt machen. Es handelt sich um ein neues Projekt, für das wir erst diese Woche eine Finanzierung eingerichtet haben. Bewilligt werden 750.000 USD für einen Zeitraum von drei Jahren. Green verfolgt insofern einen anderen Ansatz, als dass er beabsichtigt, das vollständige X-Chromosom einzuschalten, anstatt nur das stumme MeCP2. Dies ist ein wenig radikal und auch umstritten unter Forschern der X-Aktivierung, weil das Dogma lautet, dass wir das wirklich nicht tun wollen, dass es vielleicht eine sehr schlechte Sache ist.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

Er verfügt jedoch über Daten, die vermuten lassen, dass es vielleicht nicht so schlecht ist, wie wir bisher angenommen haben, und dass eine Aktivierung des X-Chromosoms zu einem späteren Zeitpunkt der Entwicklung nicht bedenklich ist, wogegen dies während der Entwicklung oder der frühen Kindheit vielleicht der Fall ist. Hier können wir bisher also nicht sicher sein, und so handelt es sich um die Art Experiment, bei denen wir nichts wissen, bevor wir es versuchen. Deshalb waren wir bereit, einige Mittel zu investieren und zu sehen, ob sich eine Aktivierung des gesamten X-Chromosoms möglicherweise positiv auswirkt. Dies ist also ein neues Projekt.

Als nächstes wenden wir uns der Gentherapie zu, die bisher einen eher steinigen Weg gehen musste. Der erste Versuch mit Gentherapie fand 1990 statt und bisher gibt es in den USA keine Behandlungswege mit Gentherapie, die vom FDA zugelassen sind. Im Gegensatz dazu gab es eine in Europa zugelassenes Therapie, und aktuell gibt es eine weitere, die seit einigen Jahren in China zugelassen ist. Doch während der letzten Jahre wurden auf dem Gebiet bedeutende Fortschritte gemacht und wir haben allen Grund zum Optimismus. Auf der Abbildung sehen Sie eine Reihe verschiedener Labore [Adrian Bird, Universität Edinburgh; Gail Mandel, OHSU; Ron Crystal, Weill Cornell; Brian Kaspar, Nationwide Children’s; Steve Gray, UNC Chapel Hill; Stuart Cobb, Universität Glasgow; Jean-Christophe Roux, Inserm], die bezüglich des Rett-Syndroms an einem Gentherapie-Ansatz arbeiten. Das Konzept ist dabei relativ einfach: Wenn eine Mutation an einem Gen vorkommt, wird versucht, die gesunde Kopie dieses Gens in die Zellen zu bringen. Dies wird über einen so genannten Vektor erreicht, den wir uns wie ein trojanisches Pferd vorstellen können. Es gibt verschiedene Arten von Vektoren mit jeweils eigenem Profil bezüglich der Methode, wie sie in die Zellen gebracht werden und welche Art Zellen sie überhaupt zum Ziel haben. Im November hatten wir ein Meeting in Westchester County [NY], mit dem wir zum ersten Mal alle Gentherapeuten, die am Rett-Syndrom arbeiten, für ein paar Tage zusammenbringen konnten, um ihre Daten auszutauschen. Jedes Labor kommt zu anderen Ergebnissen. Ich denke zwar nicht, dass ein klinischer Versuch mit Gentherapie in greifbarer Nähe ist, sondern vielmehr, dass noch mehr Grundlagenforschung gebraucht wird, doch ich bin angesichts der bisherigen Daten überzeugt, dass wir möglicherweise einen realisierbaren Ansatz verfolgen.

Die nächste Folie zeigt Ihnen drei getrennte Ansätze, zu denen ich etwas sagen werde. Im Rahmen des ersten werden natürliche, d.h. normale Stufen von MeCP2, erhöht. Wie ich schon erwähnte, haben Mädchen mit dem Rett-Syndrom eine mosaikartige Verteilung von MeCP2, d.h. sie verfügen über eine normale Menge MeCP2 in einigen Zellen, und dann haben sie mutierte Zellen, was in den meisten Fällen vermutlich zu niedrigen MeCP2-Stufen in diesen führt. Huda Zoghbi, welche als Wissenschaftlerin Mutationen an MeCP2 als Ursache für das Rett-Syndrom identifiziert hat, wandte sich mit einem Projekt an uns, in dessen Rahmen sie der Frage nachgehen wollte, was passiert, wenn wir jene Zellen ankurbeln, in denen sich bereits die normale Menge befindet. Würde das vielleicht das gesamte Netzwerk wiederherstellen? Wir tasten also die mutierten Zellen nicht an, sondern erhöhen die Stufen der normalen Zellen. Die Studie läuft noch. Wenn dabei herauskommt, dass dieses Vorgehen nicht schädlich, sondern vorteilhaft ist, werden wir den zweiten Schritt in diesem Projekt gehen. Wir rastern dann, um Wirkstoffe zu entdecken, die die Proteinstufen für das Rett-Syndrom erhöhen, und gleichzeitig nach Wirkstoffen, die MeCP2-Stufen bei den Duplikationssyndromen heruntersetzen.

Durchlesewirkstoffe sind eine Klasse von Medikamenten für die Nonsense-Mutationen, und deswegen wollte ich zu Beginn jene Nonsense-Mutationen erläutern. Diese sind also für die Mutationen, die an dem X mit Stoppcodon zu Beginn der Entwicklung vorkommen. Es handelt sich um Wirkstoffe, die jenes Stoppcodon ausschalten und eigentlich eine Ersatzaminosäure einsetzen können. Es besteht die Möglichkeit, dass keine Aminosäure ersetzt wird, die dort sein sollte, sondern eine andere, was dann zu dem Ergebnis führen würde, dass es zu weniger schweren Symptomen kommt, als man sie mit dem Stoppcodon hätte.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

Dann haben wir pharmakologische Chaperone. Dabei handelt es sich um eine Medikamentenklasse, die auf Mutationen wirkt, welche zu Fehlfaltungen führen. Manchmal führt eine Mutation dazu, dass ein Protein, das eigentlich gefaltet sein sollte, ebendies nicht ausführen kann. So kommt es dann zu einer Fehlfaltung des Proteins. Pharmakologische Chaperone sind dafür gemacht, das Protein bei einer Neufaltung, die der natürlichen Form entspricht, zu unterstützen. Dies befindet sich für das Rett-Syndrom noch in einer Frühphase, doch es gab bereits einen Artikel, oder eigentlich mehrere, einer davon von Adrian Bird, die gezeigt haben, dass die geläufigste Mutation im Zusammenhang mit dem Rett-Syndrom, die so genannte T158M-Mutation, zu einem Fehlfaltungsproblem führt. Es könnte also nützlich sein, pharmakologische Chaperone zu finden, um das Protein neu zu falten und wieder in eine natürliche Form zu bringen. Hier müssten wir für einzelne Mutationen Forschung betreiben. Zunächst müssten wir testen, welche davon Fehlfaltungen verursachen und dann Wirkstoffe speziell für die jeweilige Mutation entwickeln. Im Gegensatz zu einigen anderen Ansätzen ist der gentherapeutische zur Aktivierung des stummen MECP2 viel generischer, dies würde für alle Mutationen funktionieren.

Die nächste Kategorie bilden die Modifikatorgene. Dies ist ein Projekt, das der RSRT schon eine Weile finanziert. Durchgeführt wird es im Labor von Monica Justice am Baylor College, sie ist Maus-Genetikerin. Das Projekt entstand während einer Brainstorming-Diskussion während einer Rett-Konferenz, die ich 2006 organisiert habe. Dort nahmen etwa 100 Personen teil, und ich versammelte gut zwei Dutzend davon bei einem frühmorgendlichen Treffen, so etwa um 6:30 Uhr, ein Meeting vor dem Meeting sozusagen. Ich hatte die Teilnehmer gebeten, mit Projekten vom Typ ‘vielversprechend/risikoreich’ zu kommen, welche aktuell nicht durchgeführt würden, das Forschungsgebiet aber vielleicht bereichern könnten. Sie dachten über ein paar Projekte nach, und was am Ende dabei herauskam, war ein Raster nach Modifikatorgenen. Dies wäre also ein Projekt an Mäusen, um Mutationen an Genen zu finden, welche die MeCP2-Mutationen weniger schwerwiegend sein lassen. Ich habe das vorhin am Beispiel der beiden Zwillinge erläutert. Der Kern dieses Projekts klang für mich wirklich nach der Nadel im Heuhaufen, als es mir erstmalig vorgestellt wurde, doch inzwischen stellt es sich immer mehr als machbar heraus und hat bereits erste Ergebnisse gebracht. Normalen männlichen Mäusen, also nicht männlichen Rett-Mäusen, wird ein Medikament verabreicht, das zu Mutationen in den Spermien führt. Dann werden diese Mäuse mit weiblichen Mäusen gepaart. Eine bestimmte Anzahl der Nachkommen erbt eine zufällige Mutation von dem Vatertier und das Fehlen von MeCP2 vom Muttertier. Dann schaut man nach allen Mäusen, die sich besser entwickeln als die normalen Rett-Mäuse. Nach Tausenden von Mäusen hat Monica Justice nun etwa 15% des Rasters bewältigt und fünf Modifikatoren identifiziert. Einer davon befindet sich auf einem Übertragungsweg, über den wir bereits eine Menge wissen und für den auch Medikamente existieren. Diese Medikamente wurden erfolgreich an den Mäusen getestet. Es gibt also einen wirklichen Nachweis, dass dies funktionieren könnte. Wir haben ihr soeben eine Finanzierung ermöglicht, die eine Fortsetzung des Modifikatorenrasters bis zu ca. 50% erlaubt. Das wird sie innerhalb von zwei Jahren schaffen können. Die Kosten für die Sequenzierung und Auffindung dieser Modifikatoren sinken, und so werden wir das Projekt bei der 50%-Marke neu bewerten und gegebenenfalls die nächsten 50% finanzieren. Wir hoffen, auf diese Weise in etwa drei Jahren eine Liste aller Modifikatoren zu haben, zumindest für die existierenden Mäuse. Dann können wir diese Liste priorisieren und nach Genen suchen, die sich auf Wegen befinden, über die wir etwas wissen, und für die Medikamente existieren. Das könnte dann ziemlich schnell zu klinischen Versuchen führen, vorausgesetzt, dass es bereits FDA-zugelassene Wirkstoffe gibt. Was mir an diesem Ansatz gefällt, ist die Unvoreingenommenheit und die Aussicht auf ein besseres Verständnis der Funktionsweise von MECP2 und der vielen Wirkungswege, an denen es beteiligt ist. Einige der Modifikatoren, die bisher identifiziert wurden, wären sonst niemals Modifikatoren, von denen wir uns vorstellen könnten, dass sie mit MeCP2 interagieren.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

Der nächste Punkt ist sozusagen alles Andere, nachgelagerte Ziele: Hier handelt es sich um Wirkstoffe, von denen wir glauben, dass sie Symptome lindern könnten.
Sie führen vielleicht nicht zu Heilung des Rett-Syndroms, aber sicher zu einer Linderung einiger Symptome: Atmung, Krämpfe, Bewegungsprobleme. IGF-1 gehört beispielsweise zu dieser Kategorie, der von Neuren entwickelte Wirkstoff (der Versuch, der momentan am Baylor College gestartet wird). All die Arbeiten, von denen Sie hören, wie etwa das Ketamin, der Wirkstoff, der in dem Artikel von David Katz besprochen wird, so dass kürzlich gezeigt wurde, dass ein Anästhetikum vielleicht hilft. Auch das fällt in diese Kategorie. Hier müsste man also Tests am Tiermodell vornehmen, oder, wenn die Funktionsweise schon bekannt und der Wirkstoff bereits mit einem sicheren Profil vom FDA zugelassen ist, könnte er direkt Kindern in einer kleinen klinischen Studie verabreicht werden.

Ich würde nun gern einen kurzen Moment über einige Herausforderungen sprechen, die Studien an Mäusen mit sich bringen, und über einige Dinge, die Sie im Hinterkopf haben sollten, wenn Sie wissenschaftliche Artikel oder Pressemitteilungen über solche Artikel lesen. Eins dieser Dinge, dessen wir uns bewusst sein sollten, ist die Frage, ob die jeweilige Studie die Symptome umkehren wollte. Das bedeutet: Wurde symptomatischen Mäusen ein Wirkstoff oder eine Behandlung verabreicht, woraufhin die Symptome verschwanden? Oder handelt es sich um etwas, das das Auftreten der Symptome verhindert? Wenn Sie also einen Artikel oder eine Pressemitteilung darüber lesen, und dort ist von zwei bis drei Wochen alten Mäusen die Rede, handelt es sich um Mäuse im Stadium vor den Symptomen. Hier hat man also das Auftreten von Symptomen verhindert oder zumindest verlangsamt, und das ist ein bedeutender Unterschied gegenüber Mäusen, die bereits Symptome haben, und wo man versucht, diese zu beheben.

Sie werden, wenn Sie mit der Rett-Literatur vertraut sind, ebenfalls bemerken, dass die meisten Experimente an männlichen Mäusen durchgeführt werden, nicht an weiblichen. Dafür gibt es einen einfachen Grund. Männliche Mäuse entwickeln früher Symptome, etwa mit vier bis sechs Wochen, wogegen weibliche Mäuse erst mit ungefähr sechs Monaten Symptome zeigen. Bei den männlichen Mäusen sind die Symptome außerdem schwerwiegender und die Tiere sterben. Die weiblichen Mäuse haben dagegen eine normale Lebensdauer und ihre Symptome sind milder. Aus der Perspektive der Kosten und einer Vereinfachung der Verbesserungen ist es günstiger, Experimente an männlichen Mäusen vorzunehmen. Entsprechend halten sich die meisten Wissenschaftler an die männlichen Mäuse, und einige testen das, was hier funktioniert hat, dann an weiblichen Mäusen. Ich werde oft nach diesen Dingen gefragt und deshalb hielt ich es für sinnvoll, dieses Thema hier anzusprechen.

Die andere Sache, von der ich glaube, dass sie generell sehr viel Aufmerksamkeit in der Literatur bekommen hat, ist die Wichtigkeit der Durchführung wirklich rigoroser Studien. Dieser Gedanke findet sich nur in der Rett-Literatur. Es wird also eine statistische Stärke gebraucht (d.h. genügend Mäuse, um Unterschiede entdecken zu können). Außerdem sollten die Forscher die Tests blind und zufällig durchführen und es sollte viel Sorgfalt walten. Dann muss die Arbeit von einer unabhängigen Stelle bestätigt werden, um ihren Wert einzuschätzen. Über diese Dinge sollten wir uns im Klaren sein.

Ich würde hier gern eine Folie auflegen, die zeigt, wie die Zeitspanne bei einer Wirkstoffentwicklung aussieht. Wenn Sie wirklich ganz von vorn beginnen, brauchen Sie normalerweise fünf bis zehn Jahre Grundlagenforschung. Erst dann kommt es zu vorklinischen Tests, d.h. an Mäusen. Wann immer Sie auf den Begriff ‘vorklinisch’ stoßen, bedeutet das ‘Arbeit an Mäusen oder anderen Tieren’. Dann beginnt die Phase I, die normalerweise nur der Sicherheit dient, nicht der Effektivität. Man schaut auch noch nicht, ob ein Wirkstoff wirklich hilft, sondern stellt nur sicher, dass er nicht toxisch ist. Dann tritt man in Phase II ein, die mit einer kleinen Anzahl Patienten durchgeführt wird, und hier werden dann Effektivität und Sicherheit überprüft. Schließlich beginnt die etwas umfangreichere Phase III, wo die Effektivität an einer größeren Personengruppe getestet wird. Wir müssen grundsätzlich nicht bei jedem Behandlungsansatz von vorn anfangen. Wenn Ben Philpots Projekt beispielsweise einen Wirkstoff hervorbringt, der MeCP2 aktivieren kann, und wenn dies ein FDA-zugelassener Wirkstoff ist, werden wir nicht von vorn beginnen müssen, sondern möglicherweise in der Lage

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

sein, in Phase II einzusteigen. Wenn es ein Medikament wie das von Neuren gibt, oder IGF-1, oder Ketamin beispielsweise, können wir in Phase II anfangen, wir fangen also nicht unbedingt von vorn an. Die Entwicklung eines Wirkstoffs für eine spezifische Mutation würde länger dauern. Wenn mich also Menschen fragen, wie lange es dauern wird, bis wir Rett heilen können; das kommt darauf an. Ich wünschte, ich hätte eine genaue Antwort darauf, aber die habe ich nicht. Es kommt, wie gesagt, darauf an, und es wird nicht nur eine Antwort sein, nichts passt für alles.

Dies sind die klinischen Versuche, die im Moment gemacht werden. Ich unterteile sie in akademische Programme und industrielle Programme. Auf dem industriellen Gebiet startet nun ein Versuch in Italien mit einem Wirkstoff von Edison Pharmaceuticals. EPI-743 ist ein Wirkstoff, der für mitochondriale Störungen verwendet wird und der hoffentlich etwas von dem oxidativen Stress behandelt, den wir bei Rett beobachten. Dann ist da noch der Wirkstoff von Neuren, der jetzt am Baylor College getestet wird. Er ist dem IGF-1 sehr ähnlich. Es handelt sich um einen oral zu verabreichenden Wirkstoff anstelle eines zu injizierenden, und er passiert die Blut/Hirn-Schranke vermutlich besser als IGF-1. Es handelt sich hier um eine offene Studie an zehn Kindern bzw. Erwachsenen mit dem Rett-Syndrom, die gegenwärtig gesucht werden. Dann haben wir ein paar akademische Programme. Eins davon ist das IGF-1 Experiment in Boston, das andere für Dextromethorphan am Kennedy Krieger, John Hopkins. Und dann gibt es noch eins, dem der RSRT soeben die Mittel zugesagt hat. Hier geht es um einen Wirkstoff namens Copaxon, das bei MS zum Einsatz kommt, und die Annahme hier ist, dass es den BDNF erhöht. BDNF ist ein Wachstumsfaktor, der nach unseren Erkenntnissen bei den Mäusen mit dem Rett-Syndrom defizitär ist. Es gibt eine Reihe Studien, die gezeigt haben, dass es die Symptome lindern kann, wenn wir die Stufen des BDNF erhöhen. Dieser Versuch wird sechs Monate lang mit anfangs zehn Kindern durchgeführt, um zu sehen, ob der Wirkstoff hilft. Wenn dem so ist, gehen wir zu einem größeren Versuch über. [Frage aus dem Publikum] Wird das von Sasha Djukic durchgeführt? Ja, es findet in Montefiore statt. Wir finanzieren noch ein weiteres in Israel, auch mit einer kleinen Anzahl Kinder. So können wir die Dinge direkt unabhängig einschätzen und bestätigen. Wir warten noch auf ein paar Zulassungen durch das IRB, was aber nicht mehr lange dauern kann.

Daher möchte ich mit der Bemerkung schließen, dass wir in eine goldene Ära für seltene Krankheiten eintreten. Typischerweise denken wir, dass das Rett-Syndrom selten ist; nicht so viele Kinder sind betroffen, und so kann die Industrie nicht allzu viel Geld verdienen. Wie kommen wir also jemals an einen Wirkstoff gegen das Rett-Syndrom? Nun, eigentlich interessieren sich die Pharmafirmen, die sich bisher eher mit Massenmedikamenten wie Viagra, Prozac und Statinen beschäftigt haben, immer mehr für seltene Krankheiten. Jedes großes Pharmaunternehmen hat jetzt eine Abteilung für seltene Krankheiten. Dafür gibt es verschiedene Gründe. Einer ist, dass sie einem Nachschubproblem gegenüberstehen. Bei einer Reihe der Massenmedikamente laufen die Patente demnächst ab, was bedeutet, dass die Medikamentenhersteller eine große Einnahmequelle verlieren und nach anderen Dingen suchen, die jenen Einkommensfluss ausgleichen. Es gibt bei den seltenen Krankheiten noch eine ganze Menge ungedeckten Bedarfs.

• Normalerweise gibt es auf diesem Gebiet nicht allzu viel Wettbewerb, und hinzu kommen einige Vergünstigungen. Arzneimittel für seltene Leiden erhalten einen längeren Patentschutz.

• Klinische Studien für seltene Krankheiten sind erheblich günstiger als für Statine, man muss also weniger Geld ausgeben.

• Es könnte auch einfacher sein, Patienten zu finden, weil Betroffene normalerweise eher zu klinischen Versuchen bereit sind.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

• Zulassungen durch das FDA gehen schneller.

• Der Preis kann leicht berechnet werden, weil man für eine kleinere Anzahl Betroffener höhere Preise veranschlagt.

Seltene Leiden sind also ein Gebiet, das im Moment eigentlich sehr viel versprechend für die Industrie ist, und ich denke, das verschafft uns eine großartige Möglichkeit. In den letzten sechs bis neun Monaten hatte ich mehr Gespräche mit der Industrie, als in den vierzehn Jahren zuvor zustande gekommen sind.

Rett hat einige Schlüsselvorteile: Es ist eine Störung an einem einzelnen Gen, wir haben wirklich gute Tiermodelle, es gibt keine Neurodegeneration und eine Umkehrung ist möglich, zumindest bei Mäusen, sogar wenn sich das Leiden bereits in einer späteren Phase befindet. Es gibt also eine Reihe Vorteile, was für die Industrie interessant ist. Im Moment ist man noch nicht bereit, das eigene Geld in Programme gegen Rett zu investieren, doch das wird sich hoffentlich ändern. Die Rolle von Organisationen wie dem RSRT ist meiner Ansicht nach, diese Programme zu pflegen und voranzutreiben, bis die Pharmafirmen soweit sind, mit uns zusammen zu arbeiten; wir müssen eigentlich Risiken abbauen. Die Firmen wollen zu Beginn keine hohen Risiken eingehen, wenn wir aber investieren und die Forschung vorantreiben können, bis sie sich sicherer fühlen, werden sie einsteigen. Sie können viel mehr Geld einbringen, aber wir müssen ihnen die Sicherheit geben, dass sie kein zu hohes Risiko eingehen. Hier liegt jetzt also unsere Funktion.

Haben Sie Fragen?

[aus dem Publikum] Nur eine weitere Frage. Sagten Sie, dass Modifikatorgene auf alle Mutationen zielen, oder betreffen sie genau einen Typ Mutation gegenüber einem anderen?

Das ist eine gute Frage, und ich denke, wir wissen das nicht genau. Ich nehme aber an, dass sie eine breitere Wirkung haben, nicht spezifisch für eine Mutation.

[aus dem Publikum] Dies ist vielleicht eine etwas unrealistische Frage, weil es verschiedene Verfahren gibt – aber was passiert, wenn es zu verschiedenen Zeiten verschiedene Lösungen gibt? Könnten Sie dann, während Sie vielleicht eine Behandlungsstrategie mit Modifikatorgenen verfolgen, einer anderen Behandlungsweise zustimmen, zum Beispiel mit …

Wir können natürlich nicht zur gleichen Zeit verschiedene klinische Studien durchführen. Jeder klinische Versuch hat seine eigenen Kriterien. Bei dem einen müssen Sie vielleicht für X Monate ohne Behandlung bleiben, oder ein Jahr lang, nachdem Sie an dem Versuch teilgenommen haben. Wenn man einen klinischen Versuch durchführen möchte, muss sicher sein, dass die vorgeschlagene Behandlung wirklich Vorteile bringt. Andere Gründe reichen nicht aus.

[aus dem Publikum] Denken Sie, dass Ärzte und Wissenschaftler über eine Kombination verschiedener Behandlungsweisen nachdenken?

Ja, ich glaube absolut, dass es eine Kombination geben könnte. Ich stelle mir zum Beispiel die Situation vor, wo wir einen Wirkstoff finden, der das stumme MECP2 in einer bestimmten Anzahl Zellen einschalten kann – dabei treffen wir vielleicht nicht jede Zelle. Beim Rett-Syndrom muss man zwar eine ziemliche Anzahl Zellen treffen, doch wenn wir das vielleicht mit einer gentherapeutischen Behandlung, einer Tiefenhirnstimulation, einer Knochenmarktransplantation oder etwas anderem kombinieren könnten, wäre das ein Kombinationsansatz. Idealerweise passiert das nicht. Idealerweise werden wir eine Methode finden, die funktioniert, aber vielleicht kommt es anders. Besonders, wenn Sie sich die nachgelagerten Gene anschauen und nach verschiedenen Wirkstoffen suchen, die unterschiedlich arbeiten, kommt es vielleicht zu einem Kombinationsansatz.

[aus dem Publikum] Mir ist aufgefallen, dass Sie nicht auf die Knochenmarktransplantation eingegangen sind.

Das Rett-Syndrom heilen: Wie erreichen wir das? 23. April 2013

Wie die meisten von Ihnen wissen, haben wir Bestätigungsstudien finanziert. Dabei wird in anderen Laboren der gleiche Versuch gemacht, um die Ergebnisse einzuschätzen, und das ist noch nicht beendet. Ich kann also nicht viel dazu sagen, bevor das erledigt ist. Wir warten auch immer noch auf die Daten bezüglich einer Umkehrung an weiblichen Tieren. Liegt also eine Situation vor, in der man früh eingreifen und das Auftreten von Symptomen stoppen muss, oder kann man später eingreifen und einige Symptome lindern? Auch das ist noch nicht abgeschlossen.

[aus dem Publikum] Würde man das als Gentherapie betrachten?

Nein.

[aus dem Publikum] Worunter fällt das dann?

Es fällt unter Nachgelagertes. Es handelt sich nicht um einen Wirkstoff, sondern um eine Vorgehensweise. Was ebenfalls unter Verfahrensweisen fällt, ist die Tiefenhirnstimulation. Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit Parkinson und Depressionen untersucht. Hier werden Elektroden in das Gehirn eingesetzt und auf diese Weise wird eine Stimulation erreicht. Es wird gegenwärtig auch an Rett-Mäusen getestet, hier könnten wir also einen Kombinationsansatz finden.

Gut, schließlich möchte ich Ihnen allen für Ihr Erscheinen danken. Vielen Dank an die Simons-Stiftung und vielen Dank an die Menschen, die hart arbeiten, um Geld aufzutreiben, damit das hier möglich ist. Danke an die verschiedenen Organisationen, die mit uns zusammen arbeiten, an die Rett Syndrome Research & Treatment Foundation in Israel, den Rett Syndrome Research Trust UK, an Girl Power 2 Cure, an die Kate Foundation, an unsere Treuhänder, Leute, die Geld für uns sammeln und von denen viele heute hier mit uns zusammensitzen: Ohne Sie könnten wir all dies nicht tun und dafür danken wir ganz herzlich.

Jungen mit Rett geben Hinweise auf die Funktion von MECP2

Jungen mit Rett geben Hinweise auf die Funktion von MeCP2

6. März, 2013 in Uncategorized | Tags: Adrian Bird, Angela Wilkins, ATRX, Baylor College of Medicine, Gail Mandel, HHMI, Huda Zoghbi, Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute, MECP2, Olivier Lichtarge, rett, rett syndrome, Rett Syndrome Research Trust, RSRT, Steven Baker
RETT SYNDROME RESEARCH TRUST WEBSITE
von Kelly Rae Chi
Das Rett-Syndrom wird durch eine Vielzahl Mutationen des MeCP2-Protein verursacht, doch in manchen Fällen fehlt das Endstück des MeCP2-Proteins. Steven Baker, postgraduierter Student der Entwicklungsbiologie am Baylor College of Medicine in Houston, der ebenfalls am Ausbildungsprogramm für medizinische Wissenschaftler teilnimmt, blätterte durch die klinische Literatur über Jungen mit solchen Mutationen und stieß dabei auf einen feinen Unterschied bei der Verkürzung des Proteinendstücks – nur drei Aminosäuren – was offenbar den Unterschied macht zwischen jahrzehntelangem Leben (wenn auch mit Rett-ähnlichen Beeinträchtigungen) und dem Tod im Kindesalter.
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Steven Baker
Baker fragte seine Betreuerin Huda Zoghbi, ob sie sich vorstellen könne, dass diese wenigen Aminosäuren das klinische Fortschreiten von Rett derart dramatisch beeinflussen könnten.

Huda Zoghbi
„Ich weiß es nicht”, erinnert sich Zoghbi an ihre erste Reaktion. Sie ist Wissenschaftlerin am Howard Hughes Medical Institute und Direktorin des Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute am Texas Children’s Hospital. Andere genetische Faktoren könnten zu dem deutlichen Unterschied beim Fortschreiten von Rett beitragen. Der einzige Weg, das herauszufinden, sei die Zucht von Mäusen, die jeweils beide unterschiedlichen Mutationen haben.
Gesagt, getan. Einer Maus wurde das Ende ihres MeCP2 an der Stelle 270 (‘R270X’-Maus) entfernt, während das Protein einer anderen an der Stelle 273 (‘G273X’-Maus) verkürzt wurde. Die Geschichten dieser Mäuse erinnern an das, was Baker bei den Jungen aufgefallen war. Die R270X-Mäuse starben vor der Geschlechtsreife, ähnlich wie Mäuse ohne MeCP2. Im Gegensatz dazu überlebten die G273X-Mäuse mit den zusätzlichen Aminosäuren länger und zeigten später Symptome, obgleich diese dann ernster ausfielen und die Mäuse früher starben als gesunde Mäuse.
Was tun diese Aminosäuren? Beim Versuch, das herauszufinden, haben die Wissenschaftler ihre Einblicke in die Funktionsweise von MeCP2 verfeinert. Ihr Ergebnisse werden diese Woche in Cell veröffentlicht.

(Text in Abbildung:
Erkenntnisse durch neue Mausmodelle für das Rett-Syndrom
Wissenschaftler haben zwei neue Mausmodelle geschaffen, die verkürzte Formen des Rett verursachenden Proteins MeCP2 exprimieren. Die G273X-Maus kann im Vergleich mit einer gesunden Maus (oben) weniger Chromatin (DNA um Histonproteine gewunden; gelbe Köpfe) in einer Zelle unterbringen. Die R270X-Maus, die drei Aminosäuren weniger als G273X hat, nimmt Chromatin noch schlechter auf. Deswegen stirbt die R270X-Maus vor der Geschlechtsreife, ungefähr zur gleichen Zeit wie Mäuse, die gar kein MeCP2 haben.)

Ein Blick auf DNA-Bindung:
Die Forschung weiß, dass MeCP2 im gesamten Genom bindet und die DNA in Nervenzellen stärker ummantelt als in anderen Zellen, doch was es danach genau tut, ist nicht so klar. Man vermutet, dass es Gene ein- und ausschaltet oder die Gesamtstruktur der DNA verändert.
Zoghbis Team nahm an, dass die zwei verkürzten Formen von MeCP2 möglicherweise anders an die DNA binden — auf eine Art, die vielleicht die verschiedenen klinischen Verläufe bei Jungen erklären könnte — doch als sie zuerst mehrere Punkte im Genom untersuchten, stellten sie fest, dass beide Arten in ähnlicher Weise an diese Punkte banden.
Nach einer eher umfassenden Untersuchung des Genoms fand die Gruppe heraus, dass die Bindung von MeCP2 tatsächlich überall gleich war und normal aussah (Letztes war nicht weiter überraschend, weil man vom vorderen Ende von MeCP2 bereits weiß, dass es an DNA bindet). Beide Mutationen störten ebenfalls die normale Fähigkeit von MeCP2, Gene zu unterdrücken.
Durch eine genauere Untersuchung der Genexpression zu verschiedenen Zeitpunkten der Hirnentwicklung stieß die Gruppe jedoch auf einen bedeutenden Unterschied bei den zwei Mutanten: Im Alter von vier Wochen exprimierte eine kleine Gruppe von Genen des R270X-Mutanten nicht auf die übliche Weise, was beim G273X-Mutanten nicht auftrat. Interessanterweise erfuhren diese Gene beim G273X-Typ jedoch nach neun Wochen eine Störung.
Die Verbindung ins Tierreich:
In der Zwischenzeit nahmen die Wissenschaftler Kontakt zu dem Evolutionsbiologen Olivier Lichtarge auf, der Professor am Baylor College of Medicine ist und Computertools zur Untersuchung der Evolution von Proteinsequenzen verwendet. Er half, die Sequenzen der Proteinenden bei verschiedenen Spezies zu vergleichen (unter der Annahme, dass alle Bereiche des Proteins mit großer Ähnlichkeit bei verschiedenen Spezies vielleicht wichtig für die Proteinfunktion seien) „Wir arbeiteten mit Angela Wilkins vom Lichtarge-Labor zusammen und fragten sie, ob es in diesem Bereich etwas wirklich Einzigartiges gebe“, so Zoghbi, die ebenfalls Professorin am Baylor College of Medicine ist.
Man fand heraus, dass drei Sätze des MeCP2-Endstücks bei Fischen, Fröschen. Ratten, Mäusen und Menschen über lange Zeit konserviert sind. Eine Verkürzung von MeCP2 an der Stelle 273 entfernte ein Drittel dieser konservierten Sätze, wogegen ein Entfernen des Endstücks an der Stelle 270 den zweiten und den dritten Satz zerstörte.
Was sind diese Sätze von Aminosäuren am Ende von MeCP2 und welche Funktion haben sie? Es stellte sich heraus, dass es sich hier um so genannte AT-Haken handelt. 2005 beschrieb eine Studie des Teams von Adrian Bird den ersten dieser AT-Haken (welcher bei Zoghbis Modellen der verbleibende ist). Seine Funktion war jedoch weiter unklar.
AT-Haken sind Bereiche eines Proteins, von dem man weiß, dass es an die DNA bindet, und so wandte man sich wieder der Idee zu, dass die beiden verkürzten Proteine sich insofern voneinander unterscheiden, wie sie an das Genom binden, obwohl die ersten Untersuchungen ergeben hatten, dass die Bindung ähnlich stattfand. Mit einer anderen Analyse fand man heraus, dass ein Fehlen des zweiten Bereichs als AT-Haken die Fähigkeit des R270X-Typs einschränkte, kontinuierlich mit bestimmten Sequenzen im Genom zu interagieren.

(Text in Abbildung:
Gegenwärtiges Verständnis der Funktionsweise von MeCP2
MeCP2 bindet an die DNA und hat drei Sätze (AT-Haken, +++) an seinem Ende, welche Chromatin manipulieren (gelbe Köpfe) und bei der Aufnahme in der Zelle helfen. Die Aktivität wird gedämpft, wenn MeCP2 verkürzt wird (‚G273X’ und ‚R270X’-Mäuse). MeCP2 verliert auf diese Weise einen seiner Protein-Partner, das ATRX (rot).)

Die Interaktion zwischen MeCP2 und der DNA:
Unsere Genome sind eng um spulenartige Proteine gewickelt, die Histone genannt werden; die DNA und Histone (zusammen Chromatin genannt, welches wie Perlen auf einer Schnur aussieht) werden dann noch enger zusammengeschnürt, so dass alles in die Zellen passt. Mit einem experimentellen Modell für die Verdichtung in vitro entdeckte das Team, dass R270X-Mäuse (welche, wie wir jetzt wissen, zwei AT-Haken weniger besitzen gegenüber einem bei den anderen) Chromatin nicht so gut komprimieren wie 273X-Mäuse.
Trotzdem sei die erste Erkenntnis, dass beide mutierten Formen von MeCP2 an die DNA binden, weiterhin von Bedeutung, so Zoghbi. „Es zeigt uns, dass die Hauptbindung an die DNA stattfindet. Das ist der erste Schritt.“ Die Forscher nehmen an, dass nach einer Bindung des vorderen Endes von MeCP2 an die DNA die AT-Haken-Sätze am anderen Ende wirken und die DNA weiter manipulieren, etwa indem sie die Struktur biegen oder verändern, so dass die DNA weiter in die Zelle gepackt werden kann.
„Es gab schon vorher Hinweise, dass MeCP2 vielleicht eine Veränderung des allgemeinen Aufbaus der DNA bewirkt. Die neue Studie ist möglicherweise der direkteste Beweis”, sagt die Howard Hughes Medical Institute-Wissenschaftlerin Gail Mandel von der Oregon Health and Science University in Portland, welche allerdings nicht an der Studie beteiligt war.
Der Protein-Partner ATRX:
Wenn das MeCP2 auf der DNA sitzt und wahrscheinlich die Art des Einbaus in eine Zelle verändert, kommen weitere molekulare Partner hinzu. Einer davon ist das Protein ATRX—dessen Mutationen mit dem Alpha-Thalassämie-Syndrom (geistige Retardierung) in Verbindung gebracht wurden—und Adrian Birds Labor hat bereits gezeigt, dass seine Interaktion mit der DNA bei Mäusen mit fehlendem MeCP2 gestört ist. Zoghbis Team hat sich entschieden, dieses Protein bei den neuen mutierten Mäusen zu untersuchen.
Im Vergleich mit den gesunden Mäusen und dem G273X-Typ geht ATRX aus der eng gepackten DNA der Nervenzellen bei R270X-Mäusen früher im Verlauf des Lebens verloren, und dieser Verlust spiegelt das schnellere Auftreten von Rett-Symptomen. „Für uns war das wirklich interessant”, sagt Zoghbi, „weil die Veränderung nicht stattfindet, etwa weil die Nervenzellen krank wären, sondern weil kein ordentlich funktionierendes MeCP2 vorhanden ist.“
Bei der Untersuchung von mutierten Mäusen, denen eine Kopie von MeCP2 fehlt, fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Hirnzellen ohne MeCP2 ebenfalls weniger ATRX hatten, das eng an die dicht gepackte DNA gebunden war, wenn man die Befunde mit einer Kontrollgruppe verglich. Bei weiblichen Mutanten mit zu viel MeCP2 war eine übergroße Menge ATRX an die DNA angelagert. Kein MeCP2 in Leber und anderen Organen außer dem Hirn hatte keinen Einfluss auf die Bindung von ATRX in diesen Organen, so dass angenommen werden kann, dass MeCP2 über einen Mechanismus speziell für das Hirn verfügt.

Zukünftige Richtungen:
Zusammengefasst legten diese Ergebnisse die Annahme nahe, dass die AT-Haken-Sätze am Ende des MeCP2-Proteins im Hirn die DNA auf eine Weise manipulieren, die entscheidend ist, damit andere Protein-Partner binden und ihre Aufgaben erledigen könnten, so Zoghbi.
„Diese neue Arbeit wirft ein Licht auf die Komplexität der Interaktion zwischen MeCP2 und ATRX“, sagt Mandel. Außerdem „kennen wir nicht alle anderen Proteine, die an MeCP2 binden. Man könnte aber vermuten, dass es da noch mehr Partner gibt, die einen Einfluss darauf haben, ob Gene ein- oder ausgeschaltet sind.“
Zoghbis Team hofft herauszufinden, wie ein verkürztes Ende von MeCP2 die Chromatinstruktur verändert hat, ohne dabei die Genexpression dramatisch zu beeinflussen — mehr Wissen erhofft man sich ebenfalls über den Einfluss der Mutation auf die Hirnaktivität. Sie planen auch biochemische und molekulare Experimente, um herauszufinden, wohin das ATRX geht und was es tut, wenn seine Verteilung in den Hirnzellen von den MeCP2-Mutanten verändert wird.
Für Zoghbi unterstreichen die neuen Erkenntnisse, wie wichtig es ist, zurück zu den Patienten zu gehen, um mehr über die Funktion von MeCP2 herauszufinden. 1999 zeigte Zoghbi zum ersten Mal, dass verschiedene Mutationen an MeCP2 Rett verursachen. „14 Jahre später stehen wir hier, und einige der Mutationen beim Menschen erteilen uns eine Lehre“, sagt sie. „Es ist wirklich sehr ernüchternd zu sehen, welche Vielfalt man erkennt und welche Breite an menschlichen Eigenschaften, die man analysieren muss, um dann wieder zurückzugehen und sie an Mäusen zu untersuchen.“