Neuropathologisches Institut

FB_DEU:Forschungsbericht_D 14.07.15 09:54 Seite 52
KLINISCH-THEORETISCHE INSTITUTE
Neuropathologisches Institut
Lehrstuhl für Neuropathologie
Adresse
Schwabachanlage 6
91054 Erlangen
Tel.: +49 9131 8526031
Fax: +49 9131 8526033
www.neuropathologie.uk-erlangen.de
Direktor
Prof. Dr. med. Ingmar Blümcke
Ansprechpartner
Prof. Dr. med. Ingmar Blümcke
Tel.: +49 9131 8526031
Fax: +49 9131 8526033
[email protected]
Forschungsschwerpunkte
• Fokale Epilepsien beim Menschen und im Tiermodell
• Molekulare Myopathologie
• Neuro-Onkologie
Struktur der Einrichtung
Die klinisch-diagnostischen wie auch wissenschaftlichen Schwerpunkte des Neuropathologischen Instituts liegen im Bereich der Epilepsieforschung, der Neuro-Onkologie und bei neuromuskulären Erkrankungen. Dem Neuropathologischen Institut angegliedert ist das Neuropathologische Referenzzentrum für Epilepsiechirurgie, die von der EU geförderte European Epilepsy Brain Bank sowie das Hypophysentumorregister der Arbeitsgemeinschaft Hypophyse
und Hypophysentumoren in der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie. Unsere Beschäftigten nehmen regelmäßig an den neuro- und pädonkologischen Tumorboards des CCC (Comprehensive Cancer Center Erlangen – EMN der
Frauenklinik) teil. In drei wissenschaftlichen Arbeitsgruppen werden die molekularen Mechanismen von Erkrankungen des zentralen Nervensystems (Epilepsie und neuroendokrine Tumoren) sowie der Skelettmuskulatur (primäre
Myopathien) erforscht. Unsere Muskelforschung wird mit der aus Erlangen geleiteten
DFG-Forschergruppe 1228 koordiniert (siehe eigener Bericht). Der Lehrstuhl betreibt S1-Laboratorien für die Zellkultur, Molekularbiologie
und Histologie. Die Arbeiten werden von insgesamt fünf ärztlichen Beschäftigten, vier promovierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und vier technischen Assistentinnen durchgeführt. Jeder Arbeitsgruppe sind Promovierende zugeordnet, die aus Drittmittel-Projekten
der DFG, EU, dem BMBF und der Industrie
finanziert werden.
52
Forschung
Fokale Epilepsien beim Menschen und
im Tiermodell
Projektleiter: Prof. Dr. I. Blümcke
Dieser wissenschaftliche Schwerpunkt fokussiert
auf die Erforschung von Therapie-refraktären,
fokalen Epilepsien des Menschen. Hierbei interessiert uns die molekulare Pathogenese Epilepsie-assoziierter Gehirnläsionen, z. B. bei der Hippocampussklerose, bei glio-neuronalen Tumoren und Fokalen Kortikalen Dysplasien (FCD).
Unsere Arbeitsgruppe hat bei diesen strukturellen Läsionen systematische Untersuchungen zu
zellulären und molekularen Veränderungen in
Epilepsie-chirurgisch entfernten Gehirnproben
durchgeführt und zusammen mit der Internationalen Liga gegen Epilepsie (ILAE) neue Diagnosestandards etabliert (ILAE-Klassifikation der
Hippocampussklerose 2013; ILAE-Klassifikation
der FCD 2011). Im Rahmen unserer EU- und
DFG-geförderten Forschungskonsortien beschäftigen wir uns auch mit der Frage, ob aberrante epigenetische Chromatinmodifikationen
(Methylierung, Acethylierung, miRNAs) als molekulare Schalter der Epileptogenese (d. h. gesteigerte Erregbarkeit des Nervengewebes) eine
Rolle spielen und neue Angriffsmöglichkeiten für
eine zielgerichtete Therapie darstellen. Hierfür
verwenden wir neben humanem Epilepsiechirurgischem Gehirngewebe auch tierexperimentelle Epilepsiemodelle, bei welchen der Verlauf der Epilepsie durch ein 24h-EEG-Monitoring
protokolliert und quantitativ ausgewertet sowie
therapeutische Erfolge nach Modifikation der
DNA-Methylierung geprüft werden können. Die
Erforschung menschlicher Epilepsien anhand
gut charakterisierter Gehirnproben, wie z. B. des
Hippocampus (eine Struktur des limbischen Systems, welche maßgeblich an der Gedächtnisbildung beteiligt ist), eröffnet zudem Arbeitsgebiete, die weit über die Epilepsieforschung hinaus
eine Rolle spielen. Durch unsere Beobachtung,
dass epileptische Anfälle im Hippocampus des
Menschen zu einer verstärkten Neurogenese
führen, erhalten wir einen einzigartigen Einblick
in funktionelle Mechanismen der Rekrutierung,
Proliferation und Differenzierung adulter Stammzellen im menschlichen Gehirn.
Molekulare Myopathologie
Projektleiter: Prof. Dr. R. Schröder
Der wissenschaftliche Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Untersuchung der Krankheitsentstehung von myofibrillären Muskelerkrankungen, die morphologisch durch das Vorkommen abnormer Eiweißaggregationen in quer-
gestreiften Muskelzellen gekennzeichnet sind.
Diese sich im Erwachsenenalter manifestierenden und häufig erblichen Muskelerkrankungen
zeigen einen fortschreitenden klinischen Krankheitsverlauf und führen meist zu schweren körperlichen Beeinträchtigungen und vorzeitigem
Tod. Eine medikamentöse Therapie für diese Erkrankungsgruppe ist derzeit nicht verfügbar.
Der aktuelle Themenschwerpunkt ist die Generierung und Charakterisierung von transgenen
Mausmodellen für die IBMPFD-Erkrankung
(Inclusion Body Myopathy associated with Pagets disease of bone and Frontotemporal Dementia), die Desminmyopathie/-kardiomyopathie und die Filamin C-assoziierte Myopathie.
Die klinischen, morphologischen, biochemischen und molekulargenetischen Analysen an
diesen Mausmodellen sollen wesentliche Einblicke in die sequentielle und kausale Entstehung von pathologischen Proteinaggregationen und die progressive Schädigung der
quergestreiften Muskulatur bei diesen Erkrankungen erbringen. Diese Analysen sind die
Basis für die Entwicklung neuer und zielgerichteter Therapieansätze. Die Arbeiten zu diesem
Themenbereich werden durch die DFG (ortsungebundene Forschergruppe 1228, siehe eigener Bericht), die Else Kröner-Fresenius-Stiftung,
die Johannes und Frieda Marohn-Stiftung sowie die Deutsche Gesellschaft für Muskelkranke
gefördert.
Neuro-Onkologie
Projektleiter: PD Dr. R. Buslei
Die Neuro-Onkologie spielt eine zentrale Rolle
in der klinisch-neuropathologischen Diagnostik.
Mit dem langjährigen Schwerpunkt in der Behandlung von Sellatumoren (z. B. Hypophysenadenome, Kraniopharyngeome) an der Neurochirurgischen Klinik in Erlangen steht uns ein
weltweit einzigartiges Patientenkollektiv zur systematischen, molekular-neuropathologischen
Untersuchung zur Verfügung. Bei der Untersuchung dieser Tumoren stehen drei zentrale Fragestellungen im Vordergrund:
(1) molekulare Tumorgenese;
(2) Mechanismen der Gehirninvasion;
(3) molekulare Prognosemarker und Therapieziele.
Die Arbeitsgruppe konnte in Kraniopharyngeomen zeigen, dass als treibende Kraft für das
infiltrative Wachstum eine potentielle Tumorstammzellpopulation verantwortlich ist. Diese
Zellen zeigen eine verminderte Expression des
Zelladhäsionsmoleküls Claudin1 und eine Aktivierung des EGFR, dessen Inhibition in vitro
einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz darstellt. Zur vollständigen Aufklärung sei-
FB_DEU:Forschungsbericht_D 14.07.15 10:03 Seite 53
ner Wirksamkeit ist ein Tiermodell von entscheidender Bedeutung. In den beiden letzten
Jahren ist es der Arbeitsgruppe gelungen, ein
Protokoll zur Herstellung eines intrakraniellen
humanen Kraniopharyngeom-Tiermodells (Xenotransplantationsmodell) zu entwickeln. Neben der Validierung neuer zielgerichteter molekularer Therapiestrategien ermöglicht dieses
Modell außerdem bereits etablierte Behandlungsansätze (z. B. Radiotherapie) weiterzuentwickeln und Mechanismen der Rezidivbildung
zu entschlüsseln. Die Arbeiten unserer Arbeitsgruppe werden durch die DFG, Dr. Robert-Pfleger-Stiftung, Dr. Ernst und Anita Bauer Stiftung
und die Internationale Stiftung Neurobionik
unterstützt.
Ausgewählte Publikationen
Blümcke I et al. International consensus classification of hippocampal sclerosis in temporal lobe epilepsy: a Task Force
report from the ILAE Commission on Diagnostic Methods.
Epilepsia 2013, 54(7): 1315-29
Kreutzfeldt M, Bergthaler A, Fernandez M, Brück W, Steinbach K, Vorm M, Coras R, Blümcke I, Bonilla WV, Fleige A,
Forman R, Müller W, Becher B, Misgeld T, Kerschensteiner
M, Pinschewer DD, Merkler D. Neuroprotective intervention by interferon-γ blockade prevents CD8+ T cell-mediated dendrite and synapse loss. J Exp Med 2013, 210(10):
2087-103
Kobow K, Kaspi A, Harikrishnan KN, Kiese K, Ziemann M,
Khurana I, Fritzsche I, Hauke J, Hahnen E, Coras R,
Mühlebner A, El-Osta A, Blümcke I. Deep sequencing
reveals increased DNA methylation in chronic rat epilepsy.
Acta Neuropathol 2013, 126(5): 741-56
Coras R, Pauli E, Li J, Schwarz M, Rössler K, Buchfelder M,
Hamer H, Stefan H, Blumcke I. Differential influence of hippocampal subfields to memory formation: insights from
patients with temporal lobe epilepsy. Brain 2014, 137(7):
1945-57
Stache C, Hölsken A, Fahlbusch R, Flitsch J, Schlaffer SM,
Buchfelder M, Buslei R. Tight junction protein claudin-1 is
differentially expressed in craniopharyngioma subtypes and
indicates invasive tumor growth. Neuro Oncol 2014,
16(2): 256-64
Winter L, Staszewska I, Mihailovska E, Fischer I, Goldmann
WH, Schröder R, Wiche G. Chemical chaperone ameliorates pathological protein aggregation in plectin-deficient
muscle. J Clin Invest 2014, 124(3): 1144-57
Kraniopharyngeom Xenotransplantationsmodell
Drei Monate nach Transplantation des Tumorgewebes
konnten mit Hilfe einer 4,7 Tesla MR Bildgebung subdural
lokalisierte Läsionen nachgewiesen werden. Die T1-gewichteten Sequenzen ermöglichten eine dreidimensionale
Rekonstruktion des Xenotransplantates, die die Ausbildung von fingerförmigen Tumorausläufern ins umliegende
Gehirngewebe in vivo dokumentieren (A). Nach histologischer Aufarbeitung des gleichen Xenotransplantates bestätigten Hämatoxylin Eosin Färbungen das infiltrative
Wachstumsmuster des Tumors (B). (Aus: Stache C et al.
Brain Pathool 2015. Mit freundlicher Genehmigung des
Verlages Wiley Company.)
Lehre
Das Neuropathologische Institut beteiligt sich
an der Hauptvorlesung Pathologie im fünften
Semester, den histopathologischen Kursen im
sechsten Semester, klinisch-pathologischen Fallkonferenzen im neunten Semester, dem Repetitorium als Vorbereitung auf den Zweiten Abschnitt der Ärztlichen Prüfung und an der Vertiefungsvorlesung Pathologie für Molekular-Mediziner im fünften Semester. Zudem bieten wir
das Wahlfach „Klinische Neuropathologie” an.
Es besteht ganzjährig die Möglichkeit zur Hospitation in der klinischen Diagnostik sowie für
wissenschaftliche Ausbildungen im Rahmen von
F1/F2/F3-Praktika im Studiengang „Molekulare
Medizin” als auch die Betreuung von Bachelorund Masterarbeiten.
Internationale Zusammenarbeit
Prof. J. Engel Jr., David Geffen School of Medicine at UCLA,
Los Angeles: USA
Prof. A. El-Osta, Monash University, Melbourne: Australia
Prof. G. Wiche, University of Vienna, Vienna: Austria
Prof. F. Cendes, University of Campinas, Campinas: Brazil
Dr. U. Bartels, Department of Paediatrics, SickKids – Hospital, Toronto: Canada
Dr. J.P. Martinez-Barbera, UCL, London: UK
Prof. A. Pitkänen, University of Eastern Finland, Kupio: Finland
Dr. R. Spreafico, IRCCS Foundation Neurological Institute
„Carlo Besta“, Milano: Italy
Kongresse und überregionale
Fortbildungen
16. – 20.09.2013: 1st International Summer School for Neuropathology and Epilepsy Surgery (INES 2013), Erlangen
10. – 13.06.2014 Molecular insight into muscle function
and protein aggregate myopathies. Special Interest
Meeting of the German Society for Cell Biology (DGZ),
Potsdam
30.08. – 03.09.2014: 2nd International Summer School
for Neuropathology and Epilepsy Surgery (INES 2014),
Erlangen
53
FB_ENG:Forschungsbericht_ENG 17.07.15 11:08 Seite 52
CLINICAL THEORETICAL INSTITUTES
Institute of Neuropathology
Chair of Neuropathology
Address
Schwabachanlage 6
91054 Erlangen
Phone: +49 9131 8526031
Fax: +49 9131 8526033
www.neuropathologie.uk-erlangen.de
Director
Prof. Dr. med. Ingmar Blümcke
Contact
Prof. Dr. med. Ingmar Blümcke
Phone: +49 9131 8526031
Fax: +49 9131 8526033
[email protected]
Research Focus
• Focal human epilepsies and animal models
• Molecular myopathology
• Neuro-oncology
Structure of the Institute
Our academic staff and technicians are engaged
in studies addressing molecular pathomechanisms of CNS (epilepsy and neuro-oncology)
and skeletal muscle disorders. We have established the neuropathological reference center
for epilepsy surgery, the European Epilepsy Brain
Bank (supported by EU funding) and pathology
register for sellar tumors (working group
“Hypophyse und Hypophysentumoren” of the
German Society for Endocrinology). Five physicians cover all diagnostic issues in surgical neuropathology and neuro-oncology in adults and
children. Our laboratories are equipped for histology, cell biology, molecular diagnostics and
the Institute of Neuropathology hosts the DFG
research unit 1228 addressing pathogenic mechanisms of myofibrillar myopathies (see own
report).
Research
Focal human epilepsies and animal
models
Project manager: Prof. Dr. I. Blümcke
Our working group addresses drug-resistant
focal epilepsies in humans to decipher molecular pathomechanisms in brain lesions associated
with chronic seizures, e.g. hippocampal sclerosis, glio-neuronal tumors, and focal cortical dysplasias. We perform systematic analysis in surgically resected human brain specimens in correlation to clinical histories and postsurgical follow-up data, and our work contributed in establishing new international standards for clinicopathological diagnosis of Focal Cortical Dyspla52
sias (ILAE classification 2011) and Hippocampal
Sclerosis (ILAE classification 2013). Our group
also addresses molecular pathomechanisms of
epileptogenesis. We study epigenetic chromatin
modifications in human surgical specimens and
use an experimental animal model with 24h
video-EEG monitoring to quantitatively examine
seizure burden in animals. In this model, we also
tested new therapeutic approaches modifying
DNA methylation by a ketogenic diet regimen.
Research of human epilepsies and histopathologically well-characterized surgical specimens
obtained from patients with temporal lobe epilepsy opens new avenues to also study higher
brain function in humans, as the hippocampus
plays a major role in memory formation and recall. In addition, our finding of epilepsy-induced
neurogenesis in the human hippocampus offers
the possibility to unravel molecular signals for
the recruitment, proliferation, and differentiation of adult stem cells in the human brain.
Molecular myopathology
Project manager: Prof. Dr. R. Schröder
The central research topic of this group is the
pathogenesis of myofibrillar myopathies which
are morphologically characterized by the presence of pathological protein aggregation in
cross-striated muscle cells. These adult onset
and often heritable myopathies are clinically
characterized by a progressive course leading to
severe disability and premature death. To date,
no drug treatment is available for these disorders. The main focus of our current research
work is the generation and characterization of
transgenic mouse models for the IBMPFD
disease (Inclusion Body Myopathy associated
with Pagets disease of bone and Frontotemporal
Dementia), the desmin myopathy and cardiomyopathy, and the filamin C-associated myopathy. The clinical, morphological, biochemical,
and molecular analysis of these mouse models
shall provide deeper insights into the molecular
”sequence” that leads to pathological protein
aggregation and progressive muscle damage in
these disorders. This work will be the basis for
novel targeted treatment strategies. Our research is currently funded by the DFG (research
unit FOR 1228, see own report), the Else-Kröner-Fresenius Foundation, the Johannes und
Frieda Marohn-Foundation, and the Deutsche
Gesellschaft für Muskelkranke.
Neuro-oncology
Project manager: PD Dr. R. Buslei
The field of neurooncology plays an important
role within the clinical-neuropathological diag-
nostics. Due to the longstanding focus of the
Department of Neurosurgery in Erlangen on the
treatment of tumors of the sellar region (e.g.
pituitary adenomas, craniopharyngiomas), a
unique collection of surgical tissue samples is
available for systematic molecular-neuropathological analyses. Our research comprises three
major topics:
(1) Molecular tumorigenesis;
(2) Pathomechanisms of brain invasion;
(3) Molecular prognostic markers and treatment targets.
Concerning craniopharyngiomas, our group
identified a potential tumor stem cell population which is held responsible to be the driving
force of infiltrating growth of tumor cells into
the brain. This specific cell population shows
simultaneously a diminished expression of the
cell adhesion molecule Claudin-1 and an activation of the EGFR. The latter can be targeted by
inhibitors what displays a promising therapeutic
approach according to in vitro testing. To clarify
the underlying mechanisms in detail, an in vivo
model for human craniopharyngioma is of crucial importance. During the last two years our
group established a protocol for the generation
of an intracranial xenotransplant animal model
for human craniopharyngiomas. This model allows not only for the validation of innovative
targeted treatment protocols, but also for the
refinement of established therapy schedules
(e.g. radiotherapy). Moreover, the xenotransplant model enables to further investigate the
mechanisms leading to tumor recurrence. Our
work is supported by DFG, Dr. Robert-PflegerFoundation, Dr. Ernst and Anita Bauer Foundation, and the International Foundation Neurobionik.
Craniopharyngioma xenotransplantation model
Three months after tumor transplantation, 4.7 Tesla magnetic resonance imaging revealed subdural located lesions.
T1-weighted sequences enabled 3D-reconstruction of xenotransplants to study the development of finger-shaped
tumor protrusions into subjacent brain tissue (A). Hematoxylin and eosin staining of corresponding histologically
processed xenotransplant confirms infiltrative growth pattern (B).
(From: Stache C et al. Brain Pathool 2015. With kind permission of the publisher Wiley Company.)
FB_ENG:Forschungsbericht_ENG 17.07.15 11:08 Seite 53
Teaching
Our Institute is enrolled in pathology training
and lectures.
Selected Publications
Blümcke I et al. International consensus classification of hippocampal sclerosis in temporal lobe epilepsy: a Task Force
report from the ILAE Commission on Diagnostic Methods.
Epilepsia 2013, 54(7): 1315-29
Kreutzfeldt M, Bergthaler A, Fernandez M, Brück W, Steinbach K, Vorm M, Coras R, Blümcke I, Bonilla WV, Fleige A,
Forman R, Müller W, Becher B, Misgeld T, Kerschensteiner
M, Pinschewer DD, Merkler D. Neuroprotective intervention by interferon-γ blockade prevents CD8+ T cell-mediated dendrite and synapse loss. J Exp Med 2013, 210(10):
2087-103
Kobow K, Kaspi A, Harikrishnan KN, Kiese K, Ziemann M,
Khurana I, Fritzsche I, Hauke J, Hahnen E, Coras R,
Mühlebner A, El-Osta A, Blümcke I. Deep sequencing
reveals increased DNA methylation in chronic rat epilepsy.
Acta Neuropathol 2013, 126(5): 741-56
Coras R, Pauli E, Li J, Schwarz M, Rössler K, Buchfelder M,
Hamer H, Stefan H, Blumcke I. Differential influence of hippocampal subfields to memory formation: insights from
patients with temporal lobe epilepsy. Brain 2014, 137(7):
1945-57
Stache C, Hölsken A, Fahlbusch R, Flitsch J, Schlaffer SM,
Buchfelder M, Buslei R. Tight junction protein claudin-1 is
differentially expressed in craniopharyngioma subtypes and
indicates invasive tumor growth. Neuro Oncol 2014,
16(2): 256-64
Winter L, Staszewska I, Mihailovska E, Fischer I, Goldmann
WH, Schröder R, Wiche G. Chemical chaperone ameliorates pathological protein aggregation in plectin-deficient
muscle. J Clin Invest 2014, 124(3): 1144-57
International Cooperations
Prof. J. Engel Jr., David Geffen School of Medicine at UCLA,
Los Angeles: USA
Prof. A. El-Osta, Monash University, Melbourne: Australia
Prof. G. Wiche, University of Vienna, Vienna: Austria
Prof. F. Cendes, University of Campinas, Campinas: Brazil
Dr. U. Bartels, Department of Paediatrics, SickKids – Hospital, Toronto: Canada
Dr. J.P. Martinez-Barbera, UCL, London: UK
Prof. A. Pitkänen, University of Eastern Finland, Kupio: Finland
Dr. R. Spreafico, IRCCS Foundation Neurological Institute
”Carlo Besta“, Milano: Italy
Meetings and International Training
Courses
16. – 20.09.2013: 1st International Summer School for Neuropathology and Epilepsy Surgery (INES 2013), Erlangen
10. – 13.06.2014 Molecular insight into muscle function
and protein aggregate myopathies. Special Interest
Meeting of the German Society for Cell Biology (DGZ),
Potsdam
30.08. – 03.09.2014: 2nd International Summer School
for Neuropathology and Epilepsy Surgery (INES 2014),
Erlangen
53