Charakterisierung und pharmakologische Modulation von DHTKD1: ein neuer Therapieansatz für die Glutarazidurie Typ I

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kölker; Dr. Holger Prokisch; Privatdozent Dr. Sven Sauer
• Fachliche Zuordnung: Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264597059

Die Glutarazidurie Typ I ist ein autosomal-rezessiver Defekt des Enzyms Glutaryl-CoA-Dehydrogenase (GCDH) im Lysinstoffwechsel. Durch die Enzymdefizienz akkumulieren die neurotoxischen Metabolite Glutaryl-CoA, Glutarsäure und 3-Hydroxyglutarsäure. Unbehandelte Patienten entwickeln bilaterale Schädigungen des Striatums. Die Gcdh-defiziente Maus (Gcdh-/-) gleicht dem biochemischen Phänotyp der Patienten und entwickelt unter einer Lysin-angereicherten Diät einen neurologischen Phänotyp. Die 2-Amino- / 2-Oxoadipinazidurie ist ein weiterer angeborener Defekt im Abbau von L-Lysin. Das defiziente Protein DHTKD1 (dehydrogenase E1 and transketolase domain containing 1) wurde erst kürzlich durch unsere Arbeitsgruppe identifiziert. Eine Hälfte betroffener Patienten ist asymptomatisch, während die andere Hälfte einen leichtgradigen neurologischen Phänotyp entwickelt. Alle betroffenen Individuen sind durch eine Akkumulation von 2-Aminoadipat und 2-Oxoadipat gekennzeichnet. DHTKD1 ist Teil eines alternativen 2-Oxoglutarat-Dehydrogenase-Komplexes (OGDHc), der die Bildung von Glutaryl-CoA aus 2-Oxoadipat und damit den enzymatischen Schritt vor der GCDH katalysiert. Der fehlende oder leichgradige Phänotyp der 2-Amino-/2-Oxoadipinazidurie legt nahe, dass eine Überführung der Glutarazidurie Typ I in diese durch ein pharmakologische Inhibition der DHTKD1 einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz darstellt. Um die Funktion und Bedeutung der DHTKD1 für den zellulären Stoffwechsel genauer zu untersuchen und somit auch etwaige Risiken einer Therapie aufzudecken, haben wir eine Dhtkd1-/- -Maus mittels transcription activator-like effector nucleases Technik generiert. Nach einer Charakterisierung dieser Maus, wird sie mit Gcdh-/--Mäusen gekreuzt. Die Doppel-Knock Out-Maus dient zum Nachweis der Wirksamkeit der neuen Behandlungsstrategie, d.h. eine Senkung der Glutarsäure- und 3-Hydroxyglutarsäure-Spiegel und eine verminderte Suszeptibilität gegenüber einer Hochlysindiät. Parallel werden wir den DHTKD1-tragenden OGDHc-like Komplex aus prokaryotischen und eukaryotischen Expressionsystemen aufreinigen und charakterisieren. Das aufgereinigte Protein wird zur Etablierung eines enzymatischen Testsystems für Inhibitorstudien verwendet. Mittels High-Throughput-Drug screen werden wir small molecules bzw. Antimetaboliten als Inhibitoren für die DHTKD1 suchen. Die Effektivität dieser Hemmstoffe werden zuerst in vitro durch Inhibitionsstudien mit aufgereinigtem Protein und Fibroblasten von Glutarazidurie Typ I Patienten sowie später in vivo in Gcdh-/--Mäusen getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen