Pathomechanismen von nativen Tränenproteinkomplexen bei der Erkrankung des trockenen Auges
Biochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Diese Studie charakterisierte das native Tränenproteom und entschlüsselte die komplexe Regulierung der Signalwege, die den pathomechanischen Veränderungen beim trockenen Auge (TA) zugrunde liegen. Wir haben erstmalig experimentell nachgewiesen, dass das komplexe Zusammenspiel von acht neuen supramolekularen Proteinkomplexen in menschlicher Tränenflüssigkeit vorkommt, darunter auch der erste Nachweise eines Megadalton-Komplexes (CI, 1050 kDa). Bemerkenswerterweise waren die mit CI assoziierten Proteine in der kombinierten hyposekretorischen und evaporativen Form des TA (DRYaqlip) signifikant geringer ausgeprägt als in den gesunden (CTRL) und Reflex-Tränen, was eine Störung der Tränenfilms-Homöostase belegt. Diese Proteine sind überwiegend spezifisch für die Tränendrüse (z. B. IGHA1, PRR4, LACRT, PROL1, PIGR) und spielen eine entscheidende Rolle bei der antibakteriellen Abwehr sowie der Tränenproduktion. Dagegen zeigte eine Gruppe von Proteinen mit erhöhter Konzentration in DRYaqlip vs. CTRL (<250 kDa, Komplexe CIV–CVIII) Zusammenhänge mit Entzündung, Stoffwechselveränderungen, oxidativem Stress und der Stabilität des Zytoskeletts. Um die individuellen Unterschiede im Tränenproteom genauer zu verstehen, analysierten wir die bislang größte Kohorte von Tränenproben (N=322) mit klinisch-proteomischen Methoden. Eine zentrale Entdeckung war die Identifikation von 36 Proteinen (z. B. LTF, LYZ, LCN1, LACRT, PROL1, PRR4, ZG16B), die negativ mit dem Alter und positiv mit der basalen Sekretionsrate BST korrelierten, was auf einen altersbedingten Rückgang der Tränenproduktion und der antimikrobiellen Abwehr hinweis. Im Gegensatz dazu zeigten 307 Proteine, die an Entzündung, Apoptose, Autophagie, zytoskelettaler Stabilität und Proteinabbau beteiligt sind, den umgekehrten Trend. Schließlich konnten wir zwei PRR4-Peptid-Isoformen als vielversprechende therapeutische Kandidaten mit schützenden Eigenschaften in einem Zellmodell für TA identifizieren. Diese Isoformen zeigten signifikante entzündungshemmende, antiapoptotische und antioxidative Eigenschaften, wodurch sich die Möglichkeit synthetischer, peptidbasierter Augentropfen als potenzielle Therapie zur Wiederherstellung der Homöostase der Augenoberfläche ergib. Zusammenfassend hat diese Studie einen umfassenden Einblick in die funktionelle Rolle des nativen Tränenproteoms für die Stabilität des Tränenfilms und identifiziert klinische Marker, die eng mit spezifischen Krankheitsmerkmalen korrelieren. Diese Ergebnisse verbinden molekulare Grundlagenforschung und klinische Anwendung und könnten somit Diagnose und Prognose von TA verbessern. Besonders hervorzuheben ist, dass PRR4-basierte Peptide eine innovative Therapieoption darstellen, welche die Lebensqualität der TA-Patienten erheblich verbessern könnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Characterization of the proteome changes in an in vitro hyperosmotic dry eye model employing human corneal epithelial cells. Acta Ophthalmologica, 102(S279).
Lin, Hao; Manicam, Caroline; Pfeiffer, Norbert; Grus, Franz & Perumal, Natarajan
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Clinical proteomics elucidated the complex molecular mechanisms in the progression of dry eye syndrome with different severity levels: A step forward to personalized diagnosis. 23rd Human Proteome Organization World Congress (HUPO2024), 20th-24th September 2024, Dresden, Germany
Perumal, N., Lindner, A., Glassmacher, A., Multani, B., Francis, P.J. & Manicam, C.
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Impairment of Native Supramolecular Protein Complexes in Tears: A Novel Phenomenon in Dry Eye Syndrome. The Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) Annual Meeting on “Vision for the Future”, 5th-9th May 2024, Seattle, Washington, USA
Perumal, N., Acharya S., Francis, A.F.P.J., Pfeiffer, N., Grus, F. & Manicam, C.
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Novel pathomechanisms of impairment of native tear protein complexes in aqueous deficient dry eye syndrome. Acta Ophthalmologica, 102(S279).
Perumal, Natarajan; Hering, Janine; Pfeiffer, Norbert; Grus, Franz & Manicam, Caroline
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The role of exocytotic proteins in the (dys)regulation of human reflex tearing and aqueous‐deficient dry eye syndrome. Acta Ophthalmologica, 102(S279).
Francis, Alfred Francis Pakkam John; Manicam, Caroline; Neumann, Fabian; Pfeiffer, Norbert; Grus, Franz & Perumal, Natarajan
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Identification of clinical protein markers correlated to the impairment of the lacrimal and meibomian glands in the progression of dry eye syndrome. Acta Ophthalmologica, 103(S284).
Perumal, Natarajan; Lindner, Anna; Glassmacher, Adina; Multani, Bettina; Lin, Hao & Manicam, Caroline
