Entschlüsselung der Folgen des Mastzellen-vermittelten Umbaus der extrazellulären Matrix (ECM) bei altersbedingter Makuladegeneration (AMD)

• Antragsteller: Professor Dr. Simon J. Clark
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517349829

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine spezifisch menschliche Krankheit. Daher kann das Verständnis der Krankheit nur durch die Untersuchung physiologisch relevanter menschlicher Gewebemodelle erreicht werden. Üblicherweise verwenden Wissenschaftler Tiermodelle oder untersuchen isolierte Zelltypen der Netzhaut, die beide nicht das wiedergeben, was im menschlichen Auge wirklich passiert. Die Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit einer gesunden menschlichen Netzhaut hängt von den komplexen Wechselwirkungen zwischen all den verschiedenen Zelltypen und der darunterliegenden extrazellulären Matrix (ECM) ab. In diesem Projekt werden wir führende Fachkenntnisse im Bereich Bioengineering (Prof. Loskill) und AMD/Proteinbiochemie (Prof. Clark) kombinieren, um ein neuartiges, multizelluläres Netzhautmodell zu schaffen, dass die natürliche ECM, die so genannte Bruch'sche Membran (BrM), in einem Retina-on-Chip-System einschließt. Um dies zu erreichen, werden wir angereicherte menschliche BrM, die uns freundlicherweise durch Organspenden zur Verfügung gestellt wurde verwende, sowie aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleitete retinale Organoide und retinale pigmentierte Epithelzellen miteinbeziehen und so die komplexe multizelluläre Umgebung der Netzhaut wie nie zuvor im Labor nachstellen/(er-)schaffen. Wir wollen uns diese neuartige technische Errungenschaft zu Nutze machen, um das beobachtete Phänomen der Ansammlung von Mastzellen in der Aderhaut (unterhalb der BrM) während der frühen AMD und den daraus resultierenden ECM-Umbau zu untersuchen. Unser Modellsystem ermöglicht es uns, Humanserum zu perfundieren und Mastzellen auf der Unterseite der BrM zu platzieren. Diese Mastzellen werden zur Degranulation angeregt um ihre proteolytischen Enzyme freizusetzen, die sich nachweislich auf der BrM in menschlichen Spenderaugen anreichern. Mit Hilfe der Immunfluoreszenzmikroskopie werden wir die physiologischen Folgen des BrM-Umbaus durch diese Proteasen auf die Netzhautzellen untersuchen und auch die genetischen Folgen erforschen. Es soll eine Einzelzell-Transkriptomik durchführt werden, bei der jeder einzelne Zelltyp innerhalb des retinalen Organoids untersucht wird. Dies wird uns nicht nur Aufschluss darüber geben, wie einzelne Netzhautzellen auf die Umweltveränderungen reagieren, die der frühen AMD vorausgehen, sondern auch darüber, wie sie im Komplex mit all ihren Nachbarzellen reagieren: etwas, das bisher nicht berücksichtigt wurde. Zelluläre Signalwege, die in diesem Szenario verändert sind, können durch spezifisches Targeting in unserem hauseigenen Fundus an menschlichem Spenderaugenmaterial von Personen mit und ohne AMD validiert werden. Unsere Ergebnisse werden dazu beitragen, Signalwege und Angriffspunkte zu identifizieren, mit denen das Fortschreiten der frühen AMD in ihre späteren Stadien verlangsamt werden kann und die möglicherweise dazu beitragen, die Entstehung der trockenen AMD zu verhindern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Loskill