Anti tau scFvs - new tools to better understand and treat Alzheimer's disease

• Applicant: Dr. Christina Ising
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells ; Molecular and Cellular Neurology and Neuropathology
• Term: from 2015 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 288227629

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Das Fortschreiten der Alzheimer’schen Erkrankung ist charakerisiert durch die Ablagerung von zwei Proteinen, Amyloid-beta und Tau. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass die Tau-Ablagerungen im Gehirn, die auch in anderen Erkrankungen wie z.B. frontotemporaler Demenz vorkommen, mit den klinischen Symptomen in Patienten korrelieren. Außerdem führt die Behandlung mit dem im Labor von Prof. David Holtzman, Washington University in St. Louis, Missouri, entwickelten, gegen Tau gerichteten Antikörper HJ8.5 im Tiermodell zu einem deutlich verlangsamten Krankheitsverlauf. Da Antikörper aber nur zu einem sehr geringen Maße die Blut-Hirn-Schranke überwinden und potenziell durch z.B. die Aktivierung von Mikroglia zu einer neuroinflammatorischen Reaktion führen können, war das Ziel dieser Studie kleinere Antikörper-Fragmente, sogenannte scFvs, auf Basis des Antikörpers HJ8.5 zu entwickeln und auf ihre Wirksamkeit zu testen. ScFvs überwinden nicht nur einfacher die Blut-Hirn-Schranke und haben eine bessere Gewebeverteilung als normale Antikörper, sondern können auch kosteneffizienter hergestellt und z.B. mittels Gentherapie übertragen werden. Für unsere Studie haben wir daher verschiedene scFvs erstellt und diese zuerst auf ihre Bindeeigenschaften für humanes Tau getestet. Im Zellkulturmodell konnten wir mit Hilfe von primären Neuronen zeigen, dass unsere scFvs die Aufnahme von extrazellulärem humanen Tau in diese Zellen blockieren. Die Wirksamkeit wurde dann weiter im Tiermodell untersucht, indem die scFvs mit Hilfe von Adeno-assoziiertem viralen Gentransfer im Gehirn von transgenen Mäusen exprimiert wurden, die humanes Tau ablagern. Nach einigen Monaten erfolgte dann eine genauere Untersuchung der Gehirne dieser Mäuse und mittels verschiedenster Methoden wie z.B. immunhistochemischer Färbungen und ELISA-Messungen konnten wir zeigen, dass gegen humanes Tau-gerichtete scFvs intrazelluläre Tau-Ablagerungen deutlich reduzieren. Da die scFvs keine FC-Domäne besitzen, die wichtig ist für die Bindung an Rezeptoren auf phagozytierenden Zellen wie z.B. Mikroglia, können wir daraus auch schließen, dass eine durch die FC-Domäne mediierte Aufnahme und Abbau des Antikörper-Tau-Komplexes in Mikroglia nicht essentiell für den Wirkmechanismus ist. Interessanterweise zeigte sich in unserer Studie auch, dass die Level von humanem Tau im Liquor der Tau-transgenen Mäuse trotz reduzierter Aggregation im Gewebe unverändert waren, was besonders wichtig sein könnte, wenn Tau-Level im Liquor in Behandlungsstudien als Marker herangezogen werden sollen. Da der Antikörper HJ8.5 bereits in klinischen Studien getestet wird, könnten unsere Ergebnisse mit den scFvs für die Weiterentwicklung der Therapie von groβer Bedeutung sein.

Publications

• (2015) Current thinking on the mechanistic basis of Alzheimer’s and implications for drug development. Clin Pharmacol Ther 98:469-71
  Ising C, Stanley M, Holtzman DM
  
• (2017) AAV-mediated expression of anti-tau scFvs decreases tau accumulation in a mouse model of tauopathy. J Exp Med, 214:1227-1238
  Ising C, Gallardo G, Leyns CEG, Wong CH, Jiang H, Stewart F, Koscal LJ, Roh J, Robinson GO, Remolina Serrano J, Holtzman DM