Projekte

Die Bedeutung des Immunsystems in der Pathogenese der
Myokarditis, der dilatativen sowie ischämischen Kardiomyopathie
Projekt 1: Induktion einer Autoimmunreaktion gegen die kardialen Proteine
cTnI und cTnT und ihre Bedeutung in der Pathogenese der dilatativen und
ischämischen Kardiomyopathie
Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) ist nach der koronaren Herzerkrankung die
zweithäufigste Ursache der Herzinsuffizienz. Die genauen Pathomechanismen die zur
Dilatation und zur Funktionseinschränkung des Myokards führen, sind jedoch weiterhin zum
größten Teil unklar. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass die Verabreichung von
monoklonalen Antikörpern gegen Troponin I bei Wild-Typ-Mäusen ohne Zeichen einer
Inflammation
zu
einer
Dysfunktion
der
Herzaktivität
mit
Dilatation
und
Funktionseinschränkung des Myokards führt. Im Rahmen dieses Projektes soll im
Mausmodell geklärt werden, ob es durch die Immunisierung von verschiedenen Mauslinien
mit aufgereinigtem kardialem Troponin I (cTnI) bzw. kardialem Troponin T (cTnT) zu einer
vergleichbaren Dysfunktion und Dilatation des Myokards kommt. Weiter soll durch adoptiven
Transfer von T-Zellen von immunizierten Tieren auf gesunde Tiere die Bedeutung der
zellulären Immunantwort untersucht werden. Parallel sollen Patienten mit dilatativer
Kardiomyopathie und ischämischer Kardiomyopathie auf Vorhandensein von anti-cTnI- bzw.
anti-cTnT-Antikörpern gescreent werden. Es soll untersucht werden, ob es eine Korrelation
von Autoantikörpertiter gegen cTnI bzw. cTnT und Ausmaß bzw. Schweregrad der
Erkrankung gibt. In einem dritten Ansatz sollen Herzmuskelbiopsien und explantierte Herzen
von DCM-Patienten durch immunhistologische Färbungen auf Ablagerung von Antikörpern
auf Myokardzellen hin untersucht werden. Bei positivem Nachweis, sollen diese Antikörper
dann auf ihre Spezifität gegen die Proteine cTnI bzw. cTnT untersucht werden.
Projekt 2: mRNA-Transfektion von murinen Progenitorzellen zur spezifischen
Myokardregeneration (in Kooperation mit AG Dr. Zimmermann – Uni Ulm)
Die Myokardregeneration durch intrakoronare Applikation von adulten hämatopoetischen
Stammzellen ist ein neuer, zunehmend kontrovers diskutierter Therapieansatz in der
interventionellen Kardiologie. Widersprüchliche Ergebnisse aus klinischen Studien stützen
sich vor allem auf funktionelle Untersuchungen und bildgebende Verfahren. Zelluläre
Mechanismen blieben in den bisherigen Untersuchungen am Menschen weitgehend
unberücksichtigt. Insgesamt stellen die erhobenen Daten die klinische Relevanz einer
Stammzelltherapie zur Myokardregeneration in Frage.
Eine Modifikation der Stammzelleigenschaften könnte das therapeutische Potential dieser
Zellen entscheidend verbessern. Nur wenige Techniken zur Modifikation von
Zelleigenschaften sind in der klinischen Anwendung denkbar. Die von unserer Arbeitsgruppe
etablierte mRNA-Nukleofektion adulter Progenitorzellen stellt für derartige Applikationen
möglicherweise eine neue Kardinaltechnik dar.
Im vorliegenden Projekt soll am Myokarditis- und Infarktmodell der Maus untersucht werden,
ob durch mRNA-Transfektion das Homing und die Transdifferenzierung von
hämatopoetischen Progenitorzellen (HPC) nach intrakoronarer bzw. intramyokardialer
Applikation im geschädigten Myokard verbessert werden kann. Hierzu sollen aus
Spendertieren HPC isoliert, mittels mRNA-Nukleofektion modifiziert und anschließend einem
Empfängertier intrakoronar bzw. intramyokardial appliziert werden. Um das Homing der HPC
zu verbessern, wird der Chemokinrezeptor CXCR-4 überexprimiert. Durch RFP (red
fluorescent protein) Markierung sollen die applizierten Zellen im Empfängertier detektiert
werden. Um die Transdifferenzierung der HPC zu Kardiomyozyten zu induzieren, soll MesP1, ein früher kardiogener Transkriptionsfaktor, transient überexprimiert werden. Die
Auswirkung einer MesP-1 Überexpression soll mittels transgener Mäuse untersucht werden.
In diesen Mäusen ist die Aktivierung des kardialen Transkriptionsfaktors Nkx 2.5 mit der
Synthese von EGFP (enhanced green fluorescent protein) gekoppelt. Wenn also durch
MesP-1 Nukleofektion eine potentielle Transdifferenzierung der HPC zu Kardiomyozyten
erfolgt, beginnen die Zellen grün zu leuchten.
Projekt 3: Toleranzinduktion als Therapieansatz der inflammatorischen
Kardiomyopathie
Vor kurzem konnten wir zeigen, dass die Induktion einer Autoimmunreaktion gegen kardiales
Troponin I in Wildtyp-Mäusen zu einer schweren Inflammation sowie Fibrosierung des
Myokardes führt. Des Weiteren zeigten wir, dass der Transfer von T-Zellen von Mäusen mit
aktiver cTnI-induzierter Myokarditis zur Ausbildung einer akuten Erkrankung bei gesunden
Tieren führt. Bei einem Transfer von CD4-positiven T-Zellen erkrankten gesunde Tiere an
einer Myokarditis.
Defekte in der Ausbildung einer immunologischen Toleranz sind ein wichtiger Baustein in der
Genese einer Autoimmunerkrankung und daher potentielles Ziel einer möglichen Therapie.
Die intravenöse Gabe von anti-CD3-spezifischen Antikörpern hat sich bei verschiedenen
Tiermodellen als wirksam gegen Autoimmunerkrankungen erwiesen. Beim Menschen wird
derzeit die intravenöse Gabe von anti-CD3 beim Diabetes mellitus und der Psoriasisarthritis
untersucht. Aufgrund der ausgeprägten immunologischen Effekte dieser parenteralen Gabe
sind anti-CD3 Antikörper bislang nur für die Therapie der akuten Transplantatabstoßung
zugelassen. Vor kurzem konnte in Tierversuchen erstmals gezeigt werden, dass durch die
orale Gabe von anti-CD3 Antikörper Toleranz induziert werden kann. Die Toleranzinduktion
gegen ein Protein kann alternativ auch durch nasale Applikation des Zielproteins induziert
werden.
Wir möchten in diesem Projekt die Frage klären, ob durch orale Verabreichung von Anti-CD3
Antikörper die durch troponin induzierte (Autoimmun-) Myokarditis verhindert bzw. der
Schweregrad der Entzündung positiv beeinflusst werden kann. Im Rahmen dieser
Untersuchungen soll außerdem geklärt werden, ob alternativ die nasale Verabreichung von
Anti-CD3 bzw. Troponin I zur Toleranzinduktion führt, bzw. sogar eine bessere Therapieform
darstellt. Als möglicher Mechanismus wird in der Literatur die Induktion von regulatorischen
T-Zellen beschrieben, welches wir auch in diesem Modell u.a. durch den Transfer von
regulatorischen T-Zellen untersuchen wollen.
Diese Untersuchungen können zum einen neue Informationen über mögliche
Pathomechanismen liefern, zum anderen wollen wir untersuchen, ob sich eine mögliche
neue Therapieoption bietet.
Projekt 4: Die Bedeutung des Parasympathikus in der Pathogenese der
Herzmuskelentzündung und der dilatativen Kardiomyopathie – ein neuer
Therapieansatz?
Der Vagusnerv ist der größte Nerv des Parasympathikus und an der Regulation fast aller
inneren Organe beteiligt. Im Rahmen dieses Projektes soll die Bedeutung des Vagusnervs
bei Herzmuskelentzündungen und dilatativer Kardiomyopathie untersucht werden. Der durch
den Vagusnerv vermittelte cholinerge anti-inflammatorische Signalweg wird durch die
Ausschüttung von Acetylcholine (ACh) als zentralen parasympathischen Neurotransmitter
stimuliert. Dies führt über die Bindung von ACh an den auf immunkompetenten Zellen
lokalisierten alpha7-nikotinischen Acetylcholinerezeptor (alpha7nAChR) zur verminderten
Sekretion pro-inflammatorischer Cytokine (beispielsweise TNFalpha, IL-6 und Il-17).
In diesem Projekt soll die Bedeutung der Stimulation bzw. Hemmung der
Acetylcholinfreisetzung durch verschiedene Reagenzien auf die Herzmuskelentzündung,
Induktion einer dilatativen Kardiomyopathie sowie auf das postinfarkt remodelling untersucht
werden.
Projekt 5: Funktionelle Untersuchungen zur Beteiligung von MCP-1 und MIP-1a
in der Pathogenese der Herzmuskelentzündung und der dilatativen
Kardiomyopathie (in Kooperation mit AG Dr. Müller)
Im Rahmen dieses Projektes soll im Mausmodell untersucht werden, in wie weit "monocyte
chemoattractant peptide-1" (MCP-1) und "macrophage inflammatory protein-1alpha" (MIP-
1alpha) in die Pathogenese der Myokarditis involviert sind, zumal mononuklären Zellen bis
zu 60%-70% der Zellen am Entzündungsort ausmachen. Es ist auch bekannt, daß IL-1 und
TNF-alpha, die beide vornehmlich von mononuklären Zellen am Entzündungsort selber
produziert werden, den Verlauf der Erkrankung kritisch beeinflußen. So sollen durch MCP-1bzw. MIP-1alpha- Antikörpertherapie und durch Untersuchungen an CCR2- sowie CCR5-KO
Mäusen essentielle Pathomechanismen und durch die Etablierung einer anti-MCP-1
Gentherapie neue effiziente Therapieansätzen erforscht werden.
Weiter soll als ein neuer Therapieansatz ein 1) IL-10 und ein 2) inaktiven MCP-1 DNA
kodierter kardioselektiver AAV Vektor etabiliert und im Myokarditis- und Herzinfarktmodell
der Maus evaluiert werden.
Projekt 6: Die Bedeutung von HMGB1 in der Pathogenese der Herzmuskelentzündung und der dilatativen Kardiomyopathie (in Kooperation mit AG Dr.
Andrassy)
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
autoimmunologisch-induzierten 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, in der Interaktion mit seinem spezifischen
Rezeptor („receptor for advanced glycation endproducts“ (RAGE)) in der Pathogenese der
Entwicklung der inflammatorischen Kardiomyopathie untersucht werden. Hierbei soll in
einem gentherapeutischen Ansatz mittels Adeno-assoziierten Viren (AAV-Serotyp-9) die
Wirksamkeit einer herzspezifischen Überexpression von High Mobilitiy Group Box 1 (HMGB1) und seiner Untereinheiten box A und box B in der experimentellen inflammatorischen
Kardiomyopathie überprüft werden.