Wiederherstellung der Extrusionsaktivität der Blut-Hirn-Schranke mit einer auf das Endothelzielenden Gentherapie zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit: virale versus nicht-virale Ansätze

• Antragstellerin: Amira Hanafy, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560699507

Eine gestörte ß-Amyloid (Aß)-Homöostase ist bei der Alzheimer-Krankheit (AK) offensichtlich. Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) reguliert die Aß-Homöostase über eine Gruppe von Transportern, darunter der ATP-bindende Kassetten (ABC)-Transporter ABCC1 in zerebralen Endothelzellen (EZ), der zur Aß-Clearance in das Blut beiträgt. Mit ISMICAP, einem BHS-Modell, das auf der In-situ-Mikroperfusion von Kapillaren in Hirnschnitten basiert, habe ich die signifikante Abnahme der ABCC1-Aktivität im Tg2576-Mausmodell der AK festgestellt. Dieses Projekt befasst sich mit der Wiederherstellung der ABCC1-Aktivität in EZ durch Gentherapie als neuartigem therapeutischen Ansatz zur Behandlung von AK. Die Gentherapie kann durch virale und nicht-virale Vektoren in die EZ eingebracht werden, aber es ist noch nicht bekannt, ob die Art der Einbringung die therapeutischen Ergebnisse beeinflussen kann. Hier schlagen wir die CRISPR-Aktivierung (CRISPRa) vor, um die Transkription von abcc1 in zerebralen EZ zu verbessern. Zur Bereitstellung des CRISPRa-Tools wird ein dCas9-VP64 abcc1-sgRNA-Konstrukt in einem AAV-basierten Vektor (AAV-BI30) durch intravenöse Verabreichung selektiv in zerebrale EZ eingebracht. Unsere Pilotstudien haben gezeigt, dass AAV-BI30 zerebrale Eizellen mit hoher Spezifität und Effizienz transduziert, ohne die BHS zu überwinden. Für den nicht-viralen Ansatz werden dCas9-VP64 abcc1-sgRNA-Plasmide in Polyethylenimin (PEI)-basierte Polyplexe (Nanoplexe) verpackt. Für das Zell-Targeting wird das kurze Peptid CFAG als molekulare Markierung verwendet, da es selektiv an der Oberfläche von zerebralen EZ verbleibt. Darüber hinaus werden wir mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie mit fokussierten Ionenstrahlen untersuchen, ob die subzelluläre Kompartimentierung von ABCC1 in Tg2576-Mäusen und in Reaktion auf die Behandlung verändert ist. Im Hinblick auf eine frühzeitige Behandlung der AK wird der optimierte Verabreichungsansatz jungen Tg2576-Mäusen verabreicht und das Fortschreiten der Krankheit im Vergleich zu unbehandelten Mäusen beobachtet. Mit ISMICAP werden wir die Wiederherstellung der endothelialen ABCC1-Aktivität als beispiellosen Ansatz zur Verlangsamung des Fortschreitens von AK etablieren. Die generierten viralen Partikel, die die Transkription von abcc1 fördern, können als Proof-of-Principle-Virusplattform verwendet werden, um andere Gene bei verschiedenen Krankheiten zu beeinflussen. Darüber hinaus werden wir Nanoplexe herstellen, die dCas9-VP64 abcc1-sgRNA-Plasmide mit überlegener Retention und Endozytose in zerebralen Ekzemen und minimaler BHS-Überquerung verpacken. Ebenso können die Nanoplexe als Plattform für die Verabreichung verschiedener Güter an die EZ mit hoher Spezifität verwendet werden. Dieses Projekt wird letztlich wesentliche Erkenntnisse über die Verwendung viraler und nicht-viraler Ansätze zur Erreichung desselben zellulären Ziels liefern. Es besteht die Möglichkeit, ihre jeweiligen Vor- und Nachteile im allgemeinen Kontext aufzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen