Optimierung von Melanopsin als Werkzeug der Optogenetischen Gentherapie

• Antragsteller: Dr. Moritz Lindner
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498238833

Hintergrund: Degenerative Netzhauterkrankungen sind eine häufige Ursache für Erblindung. Sie führen gemeinhin zu einem irreversiblen Verlust von Photorezeptoren. Optogenetische Gentherapie bezeichnet einen Ansatz, bei dem lichtsensitive Proteine (Opsine) in die überlebenden Zellen der Retina (z.B.: in Bipolarzellen) eingebracht werden damit diese die Funktion der verlorenen Photorezeptoren ersetzen können. Jüngst wurden funktionelle Daten eines ersten mit diesem Ansatz behandelten Patienten aus einer klinischen Studie publiziert. Zwar weisen die Ergebnisse in die richtige Richtung, die gewonnene Sehfunktion ist allerdings äußerst gering. Die Gründe für diesen begrenzten Funktionsgewinn sind nicht bekannt. Eine mögliche Ursache ist jedoch, dass das verwendete Opsin nicht ideal als „Werkzeug“ in der optogenetischen Gentherapie geeignet ist. Alle klinischen Studien nutzen bisher sehr ähnliche Opsine mikrobiellen Ursprungs. Doch stehen mit G-Protein gekoppelten Rezeptor-Opsinen noch eine zweite Klasse potentieller optogenetischer Werkzeuge zur Verfügung. Getrieben von einer langanhaltenden Debatte über die Eignung mikrobieller Opsine wurden bereits verschiedene mammalische Opsine i.S. einer optogenetischen Gentherapie getestet. Bisher gibt es keinen Konsens, welches dieser Opsine am besten geeignet ist. Es ist anzunehmen, dass keines der natürlich vorkommenden Opsine ideal ist. Viel eher bedarf es der systematischen Modifikation eines verfügbaren Opsins um so ein ideales Werkzeug zu schaffen. In diesem Kontext bietet sich Melanopsin als Ausgangspunkt an: Es wurde bereits extensiv untersucht, arbeitet ohne externe Retinal-Versorgung und funktioniert auch in ON-Bipolarzellen, der präferierten Zielstruktur für eine optogenetische Gentherapie.Ziel: In diesem Projekt werden wir systematisch Melanopsin modifizieren um so ein optimales Werkzeug für die Optogenetische Gentherapie zu entwickeln.Methoden: Wir werden innovativer Fluoreszenzmikroskopieverfahren etablieren um Melanopsin-Kinetik und Signalwege in Echtzeit zu untersuchen. Unter Nutzung dieser Verfahren werden wir die Kompatibilität von Melanopsin ON-Bipolarzell-Signalkaskade optimieren indem wir G-Protein Spezifität und intrazelluläre Zielführung anpassen. Zudem werden wir Melanopsin durch systematischen Austausch bestimmter Aminosäureresten kinetisch optimieren. Das finale „optimale“ Melanopsin werden wir zur optogenetischen Gentherapie im Mausmodell einsetzen und mittels elektrophysiologischer in-vivo und ex-vivo Methoden validieren und vergleichen.Relevanz: Dieses Programm wird erstmals eine systematisch optimierte Variante eines mammalischen Opsins für den Einsatz in einer Optogenetischen Gentherapie hervorbringen. Diese Variante hat das Potential die Limitationen alternativer Werkzeuge zu überwinden. Tests in einem etablierten Mausmodell werden ihren mehrnutzen quantifizieren und den weiteren Weg hin zu einer Phase I Studie zu bereiten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2127: Gen- und Zellbasierte Therapien für die Behandlung neuroretinaler Degeneration