CFTR-GEN

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Förderung

Forschungen der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Wolf-Michael Weber
Institut für Membranphysiologie, WWU Münster
Wolf-Michael Weber, Katja Sobczak


		Antisense-Oligonukleotide zur Therapie der Mukoviszidose Inhibition der ENaC-vermittelten Natriumabsorption in humanen Nasenepithelzellen Mukoviszidose, auch zystische Fibrose („cystic fibrosis“, CF) genannt, ist die häufigste letale Funktionsstörung inner halb der kaukasischen Bevölkerung, von der etwa eines von 2500 Neugeborenen betroffen ist <8, 14>. Dieser Erbkrankheit liegt ein gestörter Ionentransport vornehmlich durch die fehlregulierte Funktion des Ionenkanals CFTR („cystic fibrosis transmembrane conductance regulator“) zugrunde. In den Epithelien der Patienten kommt es zusätzlich zur fehlenden Cl−-Sekretion über den defekten CFTR auch zu einer drastisch erhöhten Na+- Absorption über den amiloridsensitiven epithelialen Na+-Kanal (ENaC; <4, 13, 16>). Durch diese Na+-Hyperabsorption wird den oberflächlich gelegenen Epithelien vermehrt Wasser entzogen, wodurch sich in den Atemwegen der Patienten ein zäher Schleim bildet. Dieser hochviskose Mukus kann nur noch schwer von den Flimmerhärchen abtransportiert werden und bietet demzufolge einen idealen Nährboden für die Besiedlung mit Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa oder Staphylococcus aureus <17>. Daher kommt es bei CF-Patienten zu immer wiederkeh renden Entzündungen der unteren Atem wege, bis hin zur Zerstörung von Lungen gewebe und Lungenversagen, welches die häufigste Todesursache bei CF-Patienten darstellt <7>. Zum AON HNO PDF hier

		Verbesserung der Lebensqualität von Mukoviszidose-Patienten mit Hilfe von Antisense-Oligonukleotiden Die Krankheit Mukoviszidose, auch Cystische Fibrose (CF) genannt, ist die häufigste, letale Erbkrankheit innerhalb der weißen Bevölkerung und wird durch ein mutiertes Protein, den CFTR Chlorid-Kanal charakterisiert. Neben anderen Effekten verursachen diese Mutationen Störungen im epithelialen Ionenhaushalt der Zelle. Durch diese übergreifende Funktionsstörung wird vermehrt Natrium aufgenommen, wodurch der gleichzeitige Wasserentzug den bekannten zähen Mukus in den Atemwegen der Patienten entstehen lässt. Die erhöhte Natrium Aufnahme erfolgt über Ionen-Kanäle, sog. Epitheliale Natriumkanäle (epithelial Na+ channel, ENaC) und kann alleine alle klinischen Symptome von Mukoviszidose in den Atemwegen hervorrufen. Eine sehr effektive Methode um die gesteigerte Natrium Aufnahme zu unterbinden und den Patienten somit eine langandauerende Linderung zu verschaffen, könnte die sog. Antisense-Technologie darstellen. Als Antisense-Oligonukleotide (AON) bezeichnet man kurze DNA-Fragmente, die aus der komplementären Sequenz einer Boten-RNA (mRNA) bestehen, die die Bauanweisung für ein Protein, in konkreten Fall EnaC, verschlüsseln. Bringt man ein solches Oligonukleotid in eine Zelle, so bilden das Oligonukleotid und die Boten-RNA einen Doppelstrangbereich, wodurch das Ablesen der in der mRNA zwischengespeicherten Information an den Ribosomen unmöglich wird (siehe Abb.). Vereinfacht gesagt, ist die Antisense-Technologie eine Methode, um gezielt und sehr spezifisch die Bildung krankmachender Eiweiße bzw. Proteine zu verhindern. Da die oberen Atemwege leicht durch Inhalation zugänglich sind, könnte die Verwendung der AON´s die leider wenig effektive Amilorid-Inhalations-Therapie ablösen und so eine Linderung der Beschwerden über einen längeren Zeitraum bieten. Der Einsatz der AON ist hochspezifisch gegen ENaC gerichtet und läßt somit keinerlei negative Nebenwirkungen erwarten. Der Erfolg der AON-Inhalation kann durch Messen der nasalen transepithelialen Potential-Diffferenz (nPD) erfasst werden. Die nPD dient als leicht messbarer Parameter und korreliert direkt mit der Rate der Natrium Aufnahme in respiratorischen Epithelien und somit der hauptsächlichen Schwierigkeit dieser Krankheit. Bild 1 Bildung von Proteinen: Im Zellkern wird die Information eines Gens in eine Boten-RNA (mRNA) übersetzt. Diese Information dient der Zelle als Bauplan für ein bestimmtes Protein (zB. den ENaC.)

		Bild 2 Blockierung der Protein-Synthese durch Antisense Oligonukleotide: Ein Antisense-Oligonukleotid bindet sequenzabhängig an die mRNA und blockiert dadurch das Ablesen des Bauplans für das krankmachende Eiweiß (hier der EnaC). Das entsprechende Eiweiß kann nun nicht mehr gebildet werden, wodurch die dramatisch gesteigerte Na+ Aufnahme und der erhöhte Wasserentzug unterbunden wird. WIR BRAUCHEN IHRE HILFE! Endlich frei atmen - ein Wunsch vieler Mukoviszidose-Patienten! Müssen Sie sich einer Nasenpolypen-Operation unterziehen und möchten Sie die Etablierung innovativer Therapieformen vorantreiben? Nichts leichter als das! - Spenden Sie das bei der Operation entnommene Gewebe an unsere Arbeitsgruppe in Münster! Denn was für das Krankenhaus "nur" biologischer Abfall ist, ist für unsere Forschung wertvolles Material! Damit wir – Prof. Dr. Wolf-Michael Weber, Dr. Nadine Bangel-Ruland und Dr. Katja Sobczak sowie die Doktorandin Geraldine Leier (Dipl.-Biol.) – unsere Forschung (den zähen Schleim in der Lunge von CF-Patienten zu verflüssigen) weiterverfolgen können, ist jede Gewebespende von Nicht-CF-Patienten im Raum Münsterland und von CF-Patienten bundesweit eine große Hilfe! Falls Sie Fragen haben, sind wir gerne bereit diese zu beantworten! Kontakt: Dr. rer. nat. Katja Sobczak Institut für Tierphysiologie Westfälische Wilhelms Universität AG Weber Hindenburgplatz 55 D - 48143 Münster Fon: +49 251 83-21784 Fax: +49 251 83-21785 k.sobczak@uni-muenster.de http://www.uni-muenster.de/Biologie.Zoophysiologie/electrophys

		Förderung der Forschung zu innovativen Therapien der Mukoviszidose Die Mukoviszidose, auch als Zystische Fibrose (engl. cystic fibrosis) bezeichnet, ist die häufigste der schweren erblichen Erkrankungen bei der weißen Rasse. Die Krankheit, für die eine Genmutation am Chromosom 7 verantwortlich ist, wird rezessiv vererbt. Sie tritt bei einem von 2000 Geburten auf und macht sich meist schon im Säuglings- oder Kindesalter mit schweren Symptomen bemerkbar. Mukoviszidose ist bis heute noch nicht heilbar. Mukoviszidose ist charakterisiert durch eine reduzierte Chlorid-Abgabe über einen defekten Chloridkanal (CFTR) und eine drastisch erhöhte Natrium-Aufnahme, die durch einen Natriumkanal (ENaC) hervorgerufen wird. Durch beide Störungen wird dem Schleim der Atemwege und der Lunge Wasser entzogen, was diesen Schleim (Mukus) sehr zäh (viskös) werden lässt. Dieser zähe Schleim bietet einen idealen Nährboden zur Besiedlung durch verschiedene Bakterien, die dann die furchtbaren Entzündungen hervorrufen, welche letztendlich die Lungen der Patienten zerstören und zum Tode führen. Viele Untersuchungen in diesem Bereich befassen sich mit der Charakterisierung des mutierten CFTR-Proteins sowie der Wiederherstellung der Funktion von CFTR. Während die CFTR-Mutationen gründlich untersucht und beschrieben wurden, blieben die molekularen Mechanismen, welche die Natrium-Hyperaktivität durch ENaC verursachen, weitgehend unaufgeklärt. Forschungen der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolf-Michael Weber an der Universität Münster zeigten jedoch, dass die drastische gesteigerte Natrium-Absorption dass größere Übel ist und dass neue Therapieformen an dieser Störung ansetzen sollten. In einem Projekt, das von der Deutschen Förderungsgesellschaft zur Mukoviszidoseforschung e.V. gefördert wird, erforscht die Arbeitsgruppe von Prof. Weber Möglichkeiten, die krankhaft gesteigerte Natrium-Aufnahme der Mukoviszidose-Patienten nachhaltig zu korrigieren. Versuche, die Bildung des für die erhöhte Natrium-Aufnahme verantwortlichen Proteins zu unterdrücken, zeigen im Labor bereits sehr vielversprechende Ergebnisse. Die Arbeitsgruppe hofft nun in Zusammenarbeit mit der Kinderklinik in Gießen erste Versuche an betroffenen Patienten unternehmen zu können. Erste Ergebnisse wurden am 07.04.2006 auf einer internationalen Fachtagung in Paris vorgestellt und Frau Dr. Nadine Bangel, eine Mitarbeiterin von Prof. Weber, wurde dafür mit dem „Young Investigator Award“ ausgezeichnet. Die Deutsche Förderungsgesellschaft zur Mukoviszidoseforschung e.V. ist bereits seit über 20 Jahren in der Forschungsförderung tätig und hat in dieser Zeit eine enorme Sachkompetenz aufgebaut. So konnte sie Kontakte zwischen der Münsteraner Forschergruppe mit weiteren Gruppen aus München und Berlin herstellen, die mittlerweile zu einem großen, äußerst effektiven Forschungsverbund geführt haben. In einem vom Bundesforschungsministerium ausgeschriebenen Programm „Förderung zur Entwicklung innovativer Therapieformen“ konnte dieser neue Forschungsverbund zusätzlich eine Forschungsförderung in Millionenhöhe erlangen, was die berechtigte Hoffnung auf schnelle Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten und somit nachhaltige Hilfe für Patienten mit Mukoviszidose erlaubt. Außerdem kann ich Ihnen berichten, dass wir unsere Antisense erfolgreich an CF-Gewebe, dass ich aus Gießen geholt habe, getestet haben: Die Natrium-Hyperabsorption wird effektiv unterbunden. Das bringt uns alle weiter auf dem Weg zur Anwendbarkeit unserer Methode so Prof.Weber. Zum einen haben wir eine Methode erforscht, den überaktiven Natriumtransport zu bremsen. Dazu haben wir spezielle Substanzen entwickelt, welche verhindern, dass neue Natrium-Kanäle in die Zellmembran eingebaut werden. Diese Substanzen haben ihre enorme Wirksamkeit bereits an Zellkulturen von Gesunden und Mukoviszidose-Patienten erfolgreich gezeigt. Wir bereiten nun in Zusammenarbeit mit der Muko-Ambulanz in Gießen erste Tests am Menschen vor.

		Erforschung innovativer Therapien für Mukoviszidose Die Erbkrankheit Mukoviszidose, auch Cystische Fibrose (CF) genannt, ist die häufigste angeborene Funktionsstörung innerhalb der weißen Bevölkerung, durch die schätzungsweise eines von 2500 Neugeborenen betroffen ist. Die Krankheit macht sich in vielen Organen negativ bemerkbar, Hauptangriffsort sind jedoch die Atemwege und die Lunge der Betroffenen. Die Atemwege sind von einem dünnen Schleim (Mukus) überzogen, der durch feine Flimmerhärchen laufend in Richtung Mund transportiert wird und u.a. zum Abtransport von Staub und anderen eingeatmeten Teilchen dient. Dazu ist es ganz wichtig, dass dieser Schleim eine bestimmte Konsistenz hat, was durch den Wassergehalt geregelt wird. Hierzu gibt es zwei grundlegende Mechanismen: in den Zellmembranen der Atemwege sitzen sogenannte Ionenkanäle, die dem gerichteten Transport von geladenen Teilchen dienen. Speziell sind dies die Bestandteile des Kochsalzes Natrium und Chlorid (Kochsalz ist Natriumchlorid, chemisch Na+ und Cl-). Kanäle für Cl- („CFTR“) transportieren dieses nach außen und aus osmotischen Gründen folgt Wasser. Ebenso sitzen in den Zellmembranen Natrium-Kanäle („ENaC“), die Natrium aus dem außen aufliegenden Mukus in die Zellen befördern; auch hier folgt passiv Wasser. Diese beiden Transportvorgänge sind fein aufeinander abgestimmt und sorgen immer für den optimalen Wassergehalt des Mukus (Bild 1). Zuviel Wasser im Mukus bewirkt, dass er zu flüssig wird und zwischen den Flimmerhärchen „verrinnt“. Zu wenig Wasser lässt den Mukus zu zähflüssig werden, so dass die Flimmerhärchen diesen nicht mehr bewegen können. Tatsächlich hat die Mukoviszidose ihren Namen aus dieser Tatsache erhalten: Mukus und Viskosität. Beim Krankheitsbild der Mukoviszidose sind eben diese beiden Transportwege durch Änderungen in der Erbsubstanz (Mutationen) der Patienten gestört. Zum einen ist der Chlorid-Kanal, der dafür sorgt, dass Chlorid und Wasser nach außen transportiert werden, gestört. Es fehlt dem Mukus also an Wasser, was zu einer höheren Zähigkeit (Viskosität) führt. Fatalerweise ist auch der Natrium-Kanal gestört, der bei den Patienten hyperaktiv ist: Er entzieht auf diese Weise dem Mukus zusätzlich dramatisch viel Wasser. Diese beiden Effekte sorgen dafür, dass die zarten Flimmerhärchen den zähen Mukus nicht mehr transportieren können. Dieser Mukus stellt dann einen idealen Nährboden für Bakterien dar, welche die Atemwege der Patienten besiedeln und so die schweren Krankheitssymptome bis zur völligen Zerstörung der Lunge hervorrufen. .

		(Bild 2). Hier setzen nun die Forschungsaktivitäten meiner Arbeitsgruppe an. Verschiedene innovative Strategien sollen die gestörten Transporte der Zellen korrigieren und somit für einen ausgeglichenen Wassergehalt des Mukus der Patienten sorgen. Diese Forschungen werden seit einiger Zeit von der Deutschen Förderungsgesellschaft zur Mukoviszidoseforschung gefördert. Wir haben eine Methode erforscht, den überaktiven Natriumtransport zu bremsen. Dazu haben wir spezielle Substanzen entwickelt, welche verhindern, dass neue Natrium-Kanäle in die Zellmembran eingebaut werden. Diese Substanzen haben ihre enorme Wirksamkeit bereits an Zellkulturen von Gesunden und Mukoviszidose-Patienten erfolgreich gezeigt. Wir bereiten nun in Zusammenarbeit mit der CF Ambulanz in Gießen (180 CF-Patienten) und der LMU München (500 CF-Patienten) erste Tests am Menschen vor. Dazu sollen sogenannte Potentialdifferenzmessungen direkt an der Nasenschleimhaut der Patienten durchgeführt werden. Bei dieser Methode handelt es sich um elektrophysiologische Messungen, bei welchen eine kleine Sonde im unteren Nasengang platziert wird. Gleichzeigt dient eine Elektrode am Unterarm als Referenz. Über die Sonde sollen so die effektiven Substanzen lokal auf die Nasenschleimhaut gebracht werden, um so direkt Auskunft über deren Wirkung zu gelangen. Durch die Applikation dieser Substanzen an der Nasenschleimhaut erwarten wir eine effektive Unterdrückung des Einbaus der Natrium-Kanäle in die Zellmembran, welche die Vorarbeiten an den Zellkulturen bestätigen. Auf diese Weise stellen die verwendeten Substanzen eine neuartige Therapieoption dar, welche eine länger andauernde Linderung der Symptome der Betroffenen erreichen könnte. Mit dem Begriff CFTR-Gen wird die Erbanlage bezeichnet, die bei Mukoviszidose defekt ist. Dabei steht CFTR - sinngemäß aus dem Englischen übersetzt - für Regulator der Transmembranleitfähigkeit bei Cystischer Fibrose, d.h. für den Kanal durch den die Salze und das Wasser in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus gelangen.

		Neue Projekte Verbesserung der Natriumblockaden an Atemwegszellen der Nase mittels „Antisense-Technik“. Dabei werden Botenstoffe der Ribonucleinsäure aus dem Zellkern dazu benutzt, die Produktion von Eiweißkörpern zu hemmen, die für den Natriumkanal an der äußeren Zellwand verantwortlich sind. Die diesbezügliche Forschung der Arbeitsgruppe in Münster (Leiter: Prof. Weber) an menschlichen Zellen, die vom Verein unterstützt wurde, ist weitgehend abgeschlossen. Demnächst sind in Gießen im PD–Labor erste Messungen an der Nasenschleimhaut bei Muko-Patienten geplant. Die Wirkungsdauer der Natriumblockade soll diejenige von Amilorid weit übertreffen (Inhalation 1x pro Tag wäre wahrscheinlich ausreichend). Mit einem Zeitbedarf von 3 bis 5 Jahren muss jedoch gerechnet werden, so dass die Amiloridtherapie vorerst weiterhin durchgeführt werden muss.

Folgende Wissenschaftler wurden von uns gefördert:

Prof. Dr. Weber,Westf.Wilhelms Universität Münster
Prof. Dr. Reinhardt, LMV München
Prof. Dr. Matthys, Universität Freiburg
Prof. Dr. Lindemann, Universität Gießen
Prof. Dr. Tümmler, Medizinische Hochschule Hannover
Prof. Dr. Peters, Mikrobiologie, Universität Münster
PD Dr. Kersting, Universität Würzburg
Prof. Dr. Winkler, Ruhr Universität Bochum
Prof. Dr. Jäger, Ruhr Universität Bochum
Prof. Dr. van der Hardt, Medizinische Hochschule Hannover,
Prof. Dr. Hermann, Universität Münster
Prof. Dr. A.M. Charkrabarty University of Illionois (Chicago)
Dr. App, Universität Freiburg
Dr. Christina Kusche,Westf.Wilhelms Universität Münster
Dr. Duffner, Universität Freiburg
Biologe Armin König, Universität Freiburg
Biologe B. Rehm, Ruhr Universität Bochum
Biologe Elmar Grabert, Ruhr Universität Bochum
Dr. Katja Sobczak,Westf.Wilhelms Universität Münster
Dr. Nadine Bangel, Westf.Wilhelms Universität Münster
Dipl.-Biologin Christina Börding,Westf.Wilhelms Universität Münster
TA Conni Rohe, Westfä.Wilhelms Universität Münster
Biologe Jost Wingender, Ruhr Universität Bochum
Biologe Ulrich And, Ruhr Universität Bochum
Dr. Ballmann, Medizinische Hochschule Hannover
Biologin Frauke Mekus, Medizinische Hochschule Hannover
Biologin Ulrike Laabs, Medizinische Hochschule Hannover
Dr. Nüßlein, Ruhr Universität Bochum

Auswahl an Projekten:

Prof. Dr. Weber,Westf.Wilhelms Universität Münster "Verbesserung der Lebensqualität von Mukoviszidose-Patienten mit Hilfe von Antisense-Oligonukleotiden"

Prof. Dr. Reinhardt, LMV München, "Der basale molekuläre Defekt".

Prof. Dr. Matthys,Universität Freiburg, Prof. Dr. Lindemann, Universität Gießen,"mukozilären Clearance"

Prof. Dr. Tümmler,Medizinische Hochschule Hannover, "Europäische Zwillings- und Geschwisterstudie"
"Chip zur Aufklärung von Infektketten und der Pupulationsstruktur"

Prof. Dr. Peters und Prof. Dr. Hermann, Mikrobiologie Universität Münster, "Staphylokokken Bildschirmuntersuchungen"

PD Dr. Kersting, Universität Würzburg, "Zellulären Wirkungen von Itrakonazol"

Prof. Dr. Winkler und Prof. Dr. Jäger, beide Ruhr Universität Bochum, "Alginat Forschung"

Prof. Dr. van der Hardt, Med. Hochschule Hannover, " Ussing Kammer"

Dr. Nüßlein, Ruhr Universität Bochum "Sekundären Zilienmotilitäts-Störung"
"Behandlungsmöglichkeiten mit Formeterol"

Prof. Charkrabarty,Fortführung der Alginat Untersuchungen von Herrn Prof. Dr. Winkler in Chicago.

Förderung der Pulmologie zur Behandlung der Mukoviszidose an der Kinderklinik St. Petersburg,in Russland. Sowie Geräte/Medikamente als humanitäre Hilfe überbracht.

Anstoß multizentrischen Studien im Gesundheitsministerium in Bonn mit dem Ziel, mittels Datenerfassung sowie Gestellung von Hard-und Software die Zusammenarbeit aller bedeutenden Universitäten Deutschlands zu fördern, wozu Prof. Dr. Franke Prof.Dr.van der Hardt Medizinische Hochschule Hannover die Erklärung zur Unterstützung dieser Studien überreichte.

Wir arbeiten gänzlich ehrenamtlich, auf einen teuren Geschäftsapparat verzichten wir.

Den Anträgen sind beizufügen:
Inhaltliche Beschreibung der geplanten und zu fördernden Maßnahme, zeitliche Folge von zwei Jahren
Kostenvoranschlag
Wie ist Ihr Team zusammengesetzt
Welche Forschungsmöglichkeiten haben Sie aufgrund Ihrer Laboreinrichtung
Eine kurze Darstellung des gegenwärtigen Forschungsprojektes
Von welcher Einrichtung werden Sie gefördert

Es werden von uns keine Personal – und Reisekosten übernommen. Kosten für Verbrauchsmaterialien sind durch Belege nachzuweisen. Einmaljährlich ist ein Bericht zu fertigen. Nach Erhalt der Fördermittel ist die Summe der erhaltenen Mittel schriftlich zu bestätigen.