AAV-basierte Genersatztherapie im Mausmodel der Hereditären Spastischen Spinalparalyse Typ 5 (SPG5)

• Antragsteller: Dr. Stefan Hauser; Professor Dr. Michael Ott; Professor Dr. Ludger Schöls
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Gastroenterologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541715925

Hereditäre spastische Paraplegie Typ 5 (SPG) ist eine seltene neurodegenerative Erkrankung, die durch Degeneration des kortikospinalen Trakts zu einer progressiven spastischen Gangstörung führt. SPG5 wird durch Mutationen in CYP7B1 mit Funktionsverlust der 7alpha-Hydroxylase insbesondere in der Leber verursacht. Mangel an CYP7B1 führt zu erhöhten Spiegeln seiner Substrate 25-Hydroxycholesterin und 27-Hydroxycholesterin im Blut und, da diese Oxysterole die Blut-Hirn-Schranke passieren können, auch im Liquor von SPG5-Patienten. In Nervenzellkulturen erwiesen sich 25- und 27-Hydroxycholesterin als neurotoxisch. Oxysterole werden in Lipidmembranen eingebaut und können aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften die Membranfunktion stören. Daher werden erhöhte Oxysterolspiegel als primärer Faktor für die Degeneration der langen Faserbahnen im Rückenmark bei SPG5 angesehen. Um eine Gentherapie für die SPG5 zu entwickeln, streben wir in einem ersten Schritt eine Gensupplementierung in cyp7b1-/- Knockout-Mäusen an, die sehr ähnliche Stoffwechselveränderungen wie SPG5-Patienten aufweisen. Da die meisten Oxysterole im Gehirn hepatischen Ursprungs sind, haben wir zunächst den Genersatz in cyp7b1-/- Knockout-Mäusen mittels AAV8 angestrebt, der eine hohe Expression in der Leber zeigt und bereits erfolgreich für die Gentherapie beim Menschen eingesetzt wurde. Die intravenöse Injektion von AAV8 mit humanem CYP7B1 unter der Kontrolle des TTR-Promotors, führte zu einer Normalisierung der Oxysterolspiegel in Leber und Blut von cyp7b1-/- Mäusen, aber nur zu begrenzten Effekten im Gehirn nach 6 Wochen. Diese Vorarbeit deutet darauf hin, dass entweder längere Behandlungszeiträume oder eine gleichzeitige Behandlung von Leber und Gehirn erforderlich sind. Beides soll in der vorgeschlagenen Studie untersucht werden, die (i) eine Langzeitstudie mit AAV8-TTR-hCYP7B1 und (ii) neuartige AAV-Vektoren (AAV-PHP.eB und AAV.CAP-B22) umfasst, die die Blut-Hirn-Schranke in Mäusen und auch in nichthumanen Primaten überwinden. Für die ubiquitäre Transgenexpression auch im Gehirn werden wir den Elongationsfaktor 1 alpha short (EFS)-Promotor verwenden. Wir wollen die therapeutische Wirksamkeit und potenzielle Toxizität dieser neuen Vektoren mit steigenden Vektordosen untersuchen. Der Oxysterolgehalt im Blut, in der Leber und im Gehirn wird als primärer Zielparameter mittels Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie bestimmt. Eine potentielle Lebertoxizität wird über Transaminasen im Blut und histologisch untersucht. Neurotoxizität wird als Konzentration der leichten Kette des Neurofilaments (NfL) mit Hilfe der Single Molecule Array-Technologie und histologischer Untersuchungen von Gehirn, Rückenmark und Spinalganglien mit Fokus auf entzündliche Veränderungen erfasst. Darüber hinaus werden der neurale Tropismus und die potenzielle neurale Toxizität von AAV-PHP.eB-EFS-CYP7B1 und AAV.CAP-B22-EFS-CYP7B1 in vitro in iPSC-basierten menschlichen neuralen Zellkulturen und Gehirnorganoiden untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen