Die Fruchtfliege als Modell für das Suchen nach neue

Die Fruchtfliege als Modell für das Suchen nach neue therapeutische Strategien für ALS
Laboratorium Neurobiologie, KU Leuven
Vesalius Research center, VIB, Leuven
Herestraat 49, 3000 Leuven, Belgium
Das Fliegenteam:
Ludo Van Den Bosch,
PhD
Elke Bogaert,
PhD
Nathalie Wilmans
Jolien Steyaert
Wendy Scheveneels
Wanda Haeck
Was ist ALS?
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine der meist tief greifenden neurodegenerativen Erkrankungen. Diese
verhängnisvolle Krankheit wird gekennzeichnet durch die progressive Degeneration von sowohl den höheren
Motorneuronen in dem zerebralen Motorkortex und den tieferen Motorneuronen im Gehirnstamm und im
Rückenmark. Dies führt zu das progressiv Absterben der Muskeln und hat durchschnittlich 3 bis 5 Jahre nach
die Diagnose der Tod des Patienten zur Folge, meistens durch respiratorisch Versagen. Obwohl jährlich zwei
Personen pro 100 000 krank werden und ALS eine relativ seltene Krankheit ist, wird das Risiko zu sterben an
ALS auf 1 auf 400 geschätzt (1). Der progressive Charakter, der sehr schnelle Verlauf, die dramatische
Verschlechterung der Lebensqualität, das Fehlen einer probaten Therapie und die höhen ärztlichen Kosten sind
ein großes Problem für sowohl der Patient und seine Familie als für die Gesellschaft.
Durchschnittlich 10% der ALS Patienten leidet an der erblichen, Familienform (Familien-ALS oder FALS), wobei
ungefähr in 80% die erbliche Ursache gekannt ist. Diese wird fast immer autosomal dominant weitergegeben
(2). Mutationen in SOD1, TDP-43, FUS und C9ORF72 sind die wichtigsten genetischen Ursachen (3). Die meisten
der Patienten (90%) leiden allerdings an der sporadischen Form (sporadische ALS oder SALS), wobei keine
Familienvorgeschichte gekannt ist.
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Warum benutzen wir die Fruchtfliege als Tiermodell?
Der Mechanismus, der ALS verursacht, ist noch nicht genügend gekannt. Obwohl schon verschiedene transgene
Tiermodelle entwickelt sind, bleibt der große Durchbruch aus, deswegen haben wir entschieden selbst ein
transgenes Fruchtfliegenmodell zu entwickeln, um bessere Kenntnisse zu erwerben über die Krankheit. Die
Fruchtfliege, oder Drosophila melanogaster, hat sich schon gut eingewöhnt als Tiermodell in der
wissenschaftlichen Welt. Die Fruchtfliege hat nicht nur vergleichbare Zellebiologische Mechanismen, auch 75%
der Gene des Menschen sind identisch mit denen der Fruchtfliege. Außerdem haben diese Fliegen eine
Regenerationzeit von ungefähr eine Woche, wodurch wir schnell aus Experimenten Ergebnisse bekommen. Das
einmalige technische Merkmal ist, dass wir menschliche Gene, spezifisch in den Motorneuronen (die absterben
während der Krankheit) einführen können. So können wir sehr spezifisch den Mechanismus erforschen, ohne
Toxizität in die umliegenden Zellen zu bekommen, die bei dem Menschen auch nicht absterben. Die
Fruchtfliege ist immerhin ein besonderes kleines Tiermodell, wodurch es wenig Platz einnimmt und im
Vergleich zu andere Tiermodelle (sowie ein Mausmodell) relativ wenig kostet.
Wie findet das ALS Krankheitsbild seinen Ausdruck in der Fruchtfliege?
In diesem Projekt gehen wir aus von dem FUS Gen als Ursache der Familien-ALS. Wir wissen schon, dass das
Einbringen des menschlichen FUS-Gens in die Motorneuronen ein ALS-artiges Krankheitsbild bei der Fliege
verursacht. Dies können wir anhand verschiedener Teste überprüfen. In erster Linie untersuchen wir die
Lebensdauer der Fliege. Eine Fruchtfliege lebt durchschnittlich 75 Tage. Durch das induzieren von ALS in die
Fliege, lebt sie nur 14 Tage. Wir können daneben auch die motorischen Funktionen der Fliege untersuchen,
nämlich die Kapazität des Fliegens und der Spaziergang. Zum Schluss können wir das Absterben des Muskels
bei der Fliege selbst wahrnehmen. Die Flügel werden normalerweise in eine Position parallel mit dem Körper
gehalten. Da der Muskel abstirbt, der die Flügel in diese Position hält, stehen die Flügel jetzt senkrecht auf den
Körper. Wir sehen also eine deutliche Ähnlichkeit mit dem Krankheitsbild des Menschen, wobei auch
motorische Probleme durch das Absterben der Motorneuronen entstehen. Dies führt dann zu Angreifen der
Muskeln und ein vorzeitiger Tod des Patienten.
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Wie suchen wir nach andere genetischen Faktoren, die eine Rolle im Ernst des Krankheitsbilds spielen?
Dank dieses Fliegenmodells können wir suchen nach Faktoren, die das Krankheitsbild beeinflussen. Sowohl
sporadische als Familien-ALS kennen eine große Heterogenität in Bezug auf den Anfang und den Verlauf der
Krankheit. So kann das Alter der Manifestation der Krankheit variieren. Auch die Dauer der Krankheit schwankt.
Diese Abwechslung wird sogar in eine Familie wahrgenommen bei Individuen mit derselben genetischen
Ursache. Dies bedeutet, dass nicht nur genetische Ursachen das Krankheitsbild modifizieren können (3). Darum
werden wir mithilfe kleiner Tiermodelle nach diese modifizierenden Gene suchen, eine Suche, die schon früher
erfolgreich war (4, 5). Mit dem neuen Fliegenmodell werden wir Gene, die den Krankheitsverlauf beeinflussen,
suchen. Konkret machen wir das, durch das Entfernen einer bestimmten Region aus dem Genom der
Fruchtfliege (große Deletion) zu überprüfen. Falls dies ein günstiger Einfluss auf das Krankheitsbild hat, werden
wir mit kleineren Deletionen den Platz des modifizierenden Gens versuchen zu lokalisieren. Dann werden wir
durch selektives Ausschalten individueller Gene (mithilfe RNSi Linien), das Gen, dass das Krankheitsbild
beeinflusst, versuchen zu identifizieren (siehe nachstehende Abbildung).
Was machen wir wenn ein Kandidatgen gefunden wird?
Die modifizierenden Gene, die wir via dieses Screening identifizieren, werden wir in einem nächsten Schritt
validieren in andere Tiermodelle. Dafür werden wir Gebrauch machen von einem Zebrabärblingmodell und
einem Mausmodell. Das embryonale Zebrabärblingmodell wurde in unserer Forschungsgruppe schon
erfolgreich für die Identifizierung der selektierten Krankheitmodifizierenden Gene bei ALS benutzt (5, 6). Wann
das Ausschalten eines Kandidatgens im Mausmodell dann den Anfang der Krankheit verschiebt und/oder die
Dauer der Krankheit verlängert, können wir in Zusammenarbeit mit der pharmazeutischen Industrie Moleküle
entwickeln lassen, die dieses Gen beeinflussen. Nach der Gültigkeitserklärung dieser Moleküle in verschiedene
Zelle-und Tiermodelle, kann mit dem besten Molekül in dem Menschen eine experimentelle Therapie gestartet
werden. Auf diese Weise kann das Ausführen dieses Screenings Anlass für das Entwickeln einer neuen
Therapie, um das Leben des Patienten und seine Umgebung zu verbessern, geben.Kostenplaatje
De kostprijs van dit project is 450 000 euro. Dit bedrag zal gebruikt worden de aankoop van
onderzoeksmaterialen en voor personeelskosten.
Kostenübersicht
Die Kostenübersicht dieses Projekts ist 450 000 Euro. Der Betrag wird für den Ankauf von
Forschungsmaterialen und für die Personalkosten benutzt werden.
Referenzen
1. Wijesekera LC, Leigh PN. Amyotrophic lateral sclerosis. Orphanet journal of rare diseases. 2009;4:3.
2. Gros-Louis F, Gaspar C, Rouleau GA. Genetics of familial and sporadic amyotrophic lateral sclerosis.
Biochimica et biophysica acta. 2006;1762(11-12):956-72.
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3. Robberecht W, Philips T. The changing scene of amyotrophic lateral sclerosis. Nature reviews Neuroscience.
2013;14(4):248-64.
4. Lemmens R, Van Hoecke A, Hersmus N, Geelen V, D'Hollander I, Thijs V, Van Den Bosch L, Carmeliet P,
Robberecht W. Overexpression of mutant superoxide dismutase 1 causes a motor axonopathy in the
zebrafish. Human molecular genetics. 2007;16(19):2359-65.
5. Van Hoecke A, Schoonaert L, Lemmens R, Timmers M, Staats KA, Laird AS, Peeters E, Philips T, Goris A,
Dubois B, Andersen PM, Al-Chalabi A, Thijs V, Turnley AM, van Vught PW, Veldink JH, Hardiman O, Van Den
Bosch L, Gonzalez-Perez P, Van Damme P, Brown RH, Jr., van den Berg LH, Robberecht W. EPHA4 is a
disease modifier of amyotrophic lateral sclerosis in animal models and in humans. Nature medicine.
2012;18(9):1418-22.
6. Van Damme P, Van Hoecke A, Lambrechts D, Vanacker P, Bogaert E, van Swieten J, Carmeliet P, Van Den
Bosch L, Robberecht W. Progranulin functions as a neurotrophic factor to regulate neurite outgrowth and
enhance neuronal survival. The Journal of cell biology. 2008;181(1):37-41.
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