Aktuelle Forschungsprojekte

Research Focus 1:
- Title:
Identifizierung von neuen kardiovaskulären Target-Proteinen für Autoantikörper in
Patienten mit dilatativer und ischämischer Kardiomyopathie und ihre prognostische
Bedeutung.
- Investigator(s):
Prof. Dr. med. Ziya Kaya
- Short description of the research topic:
Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) ist eine häufige Herzmuskelerkrankung, für die eine
Dilatation und eingeschränkte Pumpfunktion des linken Ventrikels (oder beider Ventrikel)
charakteristisch ist. Zurzeit wird angenommen, dass bei einem großen Anteil der DCM-Patienten
das Immunsystem eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Erkrankung spielt. Dabei spielen
sowohl zelluläre als auch humorale Autoimmunreaktionen gegen myokardspezifische Proteine
eine Rolle. So konnten bisher bei DCM-Patienten diverse Autoantikörper identifiziert werden, die
gegen körpereigene Proteine gerichtet sind, wie z.B. gegen mitochondriale Proteine, Herzmyosin,
β1-Adrenorezeptor, sarkolemmale Na-K-ATPase und kardiales Troponin I. Allerdings konnte nur
für wenige Antikörper eine direkte pathogene Wirkung auf das Myokard nachgewiesen werden
(z.B. Herzmyosin, β1-Adrenorezeptor und kardiales Troponin I). Auch in der Postinfarkt Phase
spielt das Immunsystem eine wichtige Rolle im Remodelling.
Im vorliegenden Projekt wollen wir bei Patienten mit dilatativer und ischämischer Kardiomyopathie
neue kardiovaskuläre Proteine identifizieren, die als Target für Autoimmunreaktionen dienen.
Diese identifizierten Proteine sollen dann im Tiermodell auf ihre direkt pathogene Wirkung auf die
Myokardfunktion untersucht werden. Abschließend soll im klinischen Teil die prognostische
Bedeutung dieser neuen Target-Proteine und Autoantikörper für den Patienten untersucht werden.
Abb. 1: Western Blot-Beispiele von Eluaten (durch
Immunoadsorption gereinigten Antikörper) aus DCMPatienten. Auf die Gele wurden die angegebenen Proteine
(kardiales Troponin I, kardiales Troponin T, kardiales
Myosin) bzw. Proteinextrakte aus dem kompletten
Herzextrakt aufgetragen. Zur Detektion wurde als 1.
Antikörper eine Verdünnung der Eluate (durch
Immunoadsorption
gereinigten
Antikörper)
von
Immunapharesepatienten verwendet.
90kDa
31kDa
16kDa
47kDa
Leptin
RGS 3
RGS 10
HMGB1
46kDa
Cathepsin B
DYRK1A
53kDa
28kDa
GSK3beta
43kDa
Lipocortin II
Keywords: dilatativer Kardiomyopathie, ischämischer Kardiomyopathie, Autoimmunität,
Antikörper, Targetproteine
kDa
-
Abb. 2: Western Blot- Analyse: Identifizierung neuer
Antigene für Autoantikörper bei DCM. Auf die Gele wurden
die angegebenen Antikörper aufgetragen. Zur Detektion
wurde als 1. Antikörper die Verdünnung des Eluates (durch
Immunoadsorption gereinigten Antikörper)
von einem
DCM-Patienten verwendet.
Research Focus 2:
- Title:
Die Bedeutung von HMGB1 in der Pathogenese der Herzmuskelentzündung und
der dilatativen Kardiomyopathie
- Investigator(s):
Prof. Dr. med. Ziya Kaya (in Kooperation mit PD Dr. med. Martin Andrassy)
- Short description of the research topic:
Die inflammatorische Kardiomyopathie ist eine wichtige Ursache von Herzversagen und
plötzlichem Herztod bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen. Es ist bis dato wenig über den
Einfluss des angeborenen („innaten“) Immunsystems in der Pathogenese der autoimmunologischinduzierten Myokarditis bekannt. In diesem Projekt soll die Rolle von „high mobility group box
chromosomal protein 1“ (HMGB1), ein Schlüssel-Modulator der akuten und chronischen
Entzündungsantwort, und seine Interaktion mit dem spezifischen Rezeptor („receptor for advanced
glycation endproducts“ (RAGE)) in der Pathogenese der inflammatorischen Kardiomyopathie
untersucht werden. Insbesondere soll in einem gentherapeutischen Ansatz mittels Adenoassoziierten Viren (AAV-Serotyp-9) die Effekte einer herzspezifischen Überexpression von High
Mobilitiy Group Box 1 (HMGB-1) und seiner Untereinheiten box A und box B auf den Verlauf der
experimentellen inflammatorischen Kardiomyopathie überprüft werden.
-
Keywords: dilatativer Kardiomyopathie, inflammatorische Kardiomyopathie, HMGB1, Box A,
AAV-9, neue antiinflammatorische Therapieansätze.
Abb. 1: HMGB1 -, H&E - und Masson Trichrom - Färbungen vom Myokard der mit kardialem Troponin I
immunizierten Mäuse zum Nachweis der HMGB1-Expression, der Inflammation und der Fibrosierung.
Research Focus 3:
- Title:
Interleukin-10 mRNA-Transfektion von Monozyten / Makrophagen zur antiinflammatorischen Therapie – proof of principle am Myokarditis-Modell der Maus
- Investigator(s):
Prof. Dr. med. Ziya Kaya
- Short description of the research topic:
Lokale inflammatorische Prozesse wie sie z.B. im Rahmen von Autoimmunerkrankungen
auftreten, stellen therapeutische Herausforderungen dar. Interleukin-10 (IL-10) ist ein Chemokin
mit stark anti-inflammatorischer Wirkung. Es soll exemplarisch am Myokarditis-Modell der Maus
ein therapeutischer Nutzen von IL-10 überexprimierenden Monozyten / Makrophagen untersucht
werden. Nach Isolation von murinen Monozyten/Makrophagen aus dem Peritoneum soll mittels
mRNA-Nukleofektion IL-10 überexprimiert werden. Anschließend sollen die genetisch modifizierten
Monozyten/Makrophagen A/J Mäusen mit induzierter Myokarditis intravenös appliziert werden. Wir
erwarten, dass die Monozyten/Makrophagen selektiv in das entzündete Myokard einwandern und
dort vermehrt IL-10 freisetzen. Die anti-inflammatorische Wirkung soll mittels serologischer und
histologischer Schnitte sowie klinischen Untersuchungen ermittelt werden. Anschließend soll der
therapeutische Nutzen durch simultane Überexpression der Chemokin-rezeptoren CXCR-4 bzw.
CCR-2 mit IL-10 auf Monozyten/Makrophagen gesteigert werden. Das hier vorgestellte
Therapiekonzept soll als proof of principle dienen und könnte grundsätzlich auf therapeutische
Modulation anderer inflammatorischer Prozesse übertragen werden.
Weiterhin ist eine klinische Studie als Pilotprojekt geplant.
-
Keywords: mRNA – Transfektion,
antiinflammatorische Therapieansätze.
IL-10,
inflammatorische
Kardiomyopathie,
neue
Abb. 1: 1H gewichtetes MRT-Bild einer cTnI immunisierten
Maus, überlagert mit dem korrospendierenden 19F MRT-Bild (rot).
Als positives Kontrast wurde emulsiertes Perfluorocarbon benutzt,
welches von Monoczyten/Makrophagen phagoziert wird. Die Bilder
zeigen, dass eine i.v. Applikation von Perfluorocarbone nach
Phagozytose durch Monozyten/Makrophagen (nach 1 Stunde (a)
und nach 5 Tagen (b)) in den inflammatorischen Arealen des
Herzens akkumulieren. Dort können sie durch 1H/19F MRTBildgebung bei einer Feldstärke von 9,4 Tesla nachgewiesen
werden. (Die MRT-Bildgebung wurde in Koorperation mit Prof. Dr.
med. J. Schrader, Universität Düsseldorf, durchgeführt).
Abb. 2: H&E - Färbung zum Grading der Inflammation
a
b
c
d
Abb. 3: Massons’ - Trichrome - Färbung zum Grading
der Fibrosierung
Abb. 4: Morphological tracking der Monozyten/Makrophagen mittels RFP.
Kein Nachweis von RFP+ Monozyten/Makrophagen in Lunge, Leber, Skelettmuskel, Leber, Niere (hier nicht gezeigt) und Haut (hier
nicht gezeigt). In Milz und Lymphknoten ist nur eine geringe unspezifische “background staining” zu sehen. Signifikante Anzahl von
RFP+ Monozyten/Makrophagen konnten im Myokard der Mäuse gesehen warden, denen IL-10 behandelte RFP+
Monozyten/Makrophagen verabreicht wurden (representative photographs).
Research Focus 4:
- Title: Identifizierung von spezifischen microRNAs, die in der Induktion, Pathogenese und
Ausheilung der Herzmuskelentzündung eine Bedeutung spielen sowie Identifizierung
epigenetischer Faktoren, die die Empfänglichkeit für eine Autoimmunmyokarditis
beeinflussen.
- Investigator(s):
Prof. Dr. med. Ziya Kaya
- Short description of the research topic:
Seit der Entdeckung kleiner nichtkodierender RNAs, den sogenannten microRNAs (miRNA) im
Jahre 1993 weisen zahlreiche Experimente auf eine überragende Rolle bei der Feinregulation
zellulärer Vorgänge durch miRNAs hin. Untersuchungen an humanen Modellen mit einer
Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis fördern typische miRNA-Expressionsprofile zu Tage.
Dabei kann aber keine Unterscheidung hinsichtlich der Einflussnahme des Viruses direkt und einer
nachfolgenden Autoimmunantwort auf die miRNA-Expression vorgenommen werden. Durch die
Provokation einer Myokarditis mit kardialem Troponin I (cTnI) im murinen Modell lässt sich das
entstehende miRNA-Expressionsmuster allein auf die Autoimmunreaktion zurückführen. Die
Identifizierung bestimmter miRNA’s und ihrer Bedeutung könnte zur Etablierung neuer
Therapieansätze bei der Autoimmunmyokarditis führen.
Desweiteren gibt es eine bisher nicht geklärte, jedoch wichtige Beobachtung in allen
Tierexperimenten zur Autoimmunmyokarditis, unabhängig ob mit kardialem Troponin I oder
Herzmyosin induziert: Trotz Benutzung von Tieren gleichen Alters, gleichen Geschlechtes,
gleichem Laborpersonal und erfolgreicher Immunizierung mit der gleichen Emulsion (=
vergleichbar gleich starke humorale und zelluläre Antwort auf das Antigen (Autoantikörper- und
Zytokinproduktion)) entwickeln ca. 10-30% der immunizierten Tiere keinerlei Zeichen einer
Herzmuskelentzündung bzw. –funktionsstörung. Diese Beobachtung soll in einem zweiten Ansatz
mit der Frage einer möglichen epigenetischen Beeinflussung der Immunantwort untersucht
werden.
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Keywords: miRNA, Epigenetik, inflammatorische Kardiomyopathie, Autoimmunität, neue
antiinflammatorische Therapieansätze.