Mimotope für pathogene AQP4-spezifische Antikörper in der NMO

Die Neuromyelitis optica (NMO) ist eine akute, entzündlich demyelinisierende Erkrankung des Zentralnervensystems (ZNS). Kennzeichen dieser Erkrankung sind Läsionen im Rückenmark und in den optischen Nerven, bei denen Astrozyten zugrunde, und die Anwesenheit sogenannter NMO-IgGs im Serum der meisten Patienten. Bei den NMO-IgGs handelt es sich um Autoantikörper, die gegen den Wasserkanal Aquaporin 4 (AQP4) gerichtet sind. Diese Antikörper sind nicht nur ein diagnostischer Marker für die NMO, sie sind auch pathogen. Leider ist es zum jetzigen Zeitpunkt noch vollkommen unklar, warum diese pathogenen Antikörper gebildet werden, oder warum es in manchen NMO Patienten zu einem Titeranstieg dieser Antikörper kommt. Bedauerlicherweise gibt es auch keine Biomarker, mit denen man die Größe und Qualität des AQP4-spezifischen Antikörper- Repertoires individueller Patienten bestimmen könnte, oder mit denen man Verlauf und Schweregrade dieser Krankheit oder sogar ihr Ansprechen auf bestimmte Behandlungsverfahren vorhersagen könnte. Die pathogenen, AQP4-spezifischen Antikörper von NMO Patienten erkennen conformationelle Epitope, die von den drei extrazellulären Loops des AQP4 gebildet werden. Interessanterweise können Antikörper, die gegen conformationelle Epitope gerichtet sind auch lineare Peptide erkennen, die diese Epitope nachahmen (= Mimotope). Daher könnte uns die Identifizierung linearer Peptide, die von AQP4-spezifischen Antikörpern von NMO Patienten erkannt werden, einen entscheidenden Schritt weiterbringen: Falls derartige lineare Peptide Aminosäuresequenzen darstellen, die auch in natürlich vorkommenden Antigenen vorkommen, mit denen NMO Patienten Kontakt haben können, dann könnten diese Antigene möglicherweise eine Rolle in der Bildung und/oder Expandierung AQP4-spezifischer Antikörper in NMO Patienten spielen. Falls diese linearen Peptide nicht in diesen Quellen vorkommen, und dennoch mit AQP4-spezifischen Antikörpern interagieren möglicherweise nur aufgrund einer strukturellen Ähnlichkeit zufälliger Aminosäurensequenzen mit dem conformationellen Epitope, dann könnten diese Mimotope dennoch ideale Werkzeuge zur Identifizierung von Untergruppen AQP4-spezifischer Antikörper oder zur Darstellung des AQP4-spezifischen Antikörper-Repertoires individueller NMO Patienten darstellen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes soll eine derartige Mimotopsuche für AQP4- spezifische Antikörper durchgeführt werden. Danach soll mit diesen Mimotopen das AQP4- spezifische Antikörperrepertoire von NMO Patienten untersucht werden. Desweiteren werden wir testen ob sich NMO Patienten mit spezifischen Mimotope-Bindungsmustern hinsichtlich des Schweregrades ihrer Erkrankung oder ihres Ansprechens auf Therapien voneinander unterscheiden.

Pathogene Autoantikörper gegen den Wasserkanal Aquaporin 4 (AQP4) finden sich im Serum der meisten Patienten mit Neuromyelitis optica-Spektrumserkrankungen (NMOSD). Wenn diese Antikörper an das AQP4 von Astrozyten im Zentralnervensystem (ZNS) binden, kann dies eine Schädigung dieser Zellen in Gang setzen, die in der Entstehung großer, Gewebe-zerstörender Läsionen im ZNS gipfelt. Dadurch können unbehandelte Patienten permanent gelähmt sein oder erblinden. NMOSD-Patienten würden sehr davon profitieren, wenn man in geeigneten Modellen klären könnte, wie sich der Körper normalerweise gegen die Bildung derartiger Antikörper schützt, und wodurch es zu einem Verlust der Toleranz gegenüber AQP4 kommen kann. Wir konnten einen großen Schritt in Richtung derartiger Modelle machen: Als wir mit unserem Projekt begonnen haben, gab es eine Reihe von Beobachtungen, die nahe legten dass eine nicht zu unterschätzende Gruppe von NMOSD Patienten klinische Symptome ihrer Erkrankung nach Infektionen gezeigt haben. Dies legte die Vermutung nahe, dass Mimikry-Prozesse zwischen bakteriellen oder viralen Proteinen und dem AQP4 eine Rolle im Krankheitsgeschehen spielen könnten. Wie sind dieser Vermutung nachgegangen und suchten nach Peptiden, sogenannten Mimotopen, die die von den pathogenen Antikörpern erkannten molekularen Abschnitte des AQP4 nachahmen. Wir haben derartige AQP4-Mimotope gefunden und damit Lewisratten immunisiert, die daraufhin AQP4-spezifische Antikörper produzierten. Wir haben daher nun den Grundstock dazu gelegt, die Induktion und den Verlust von Toleranz in geeigneten Modellen untersuchen zu können. Zu Beginn unseres Projektes war es ebenfalls komplett unklar, ob die Anwesenheit eines AQP4-spezifischen Antikörpers im Serum bereits ausreicht, um Schädigungen im ZNS anzustoßen. Um diesen Punkt näher zu untersuchen, haben wir derartige Antikörper über einen längeren Zeitraum hinweg verabreicht. Wir konnten zeigen, dass AQP4-spezifische Antikörper auch ohne T-Zell-Hilfe in das ZNS eindringen können, und zwar sowohl über die zirkumventrikulären Organe als auch über Blutgefäße der Hirnhäute und des tieferliegenden Hirn- oder Rückenmarksgewebes. Je nach Eintrittsort führte dies zur Entstehung verschiedener Läsionstypen, wie sie auch in NMOSD-Patienten zu sehen sind. Wir konnten auch zeigen, dass etablierte Läsionen benachbarte und weiter entfernte Blutgefäße beeinflussen, sodass diese ein weiteres Eindringen von AQP4-spezifischen Antikörpern erleichterten, und dass AQP4-spezifische Antikörper auch periphere Organe beeinflussen können. Zusammengefasst haben unsere Ergebnisse gezeigt, wie AQP4-spezifische Antikörper in NMOSD Patienten entstehen könnten, und einen Grundstock zur Produktion geeigneter Modelle für Toleranzstudien gelegt. Unsere Ergebnisse haben auch gezeigt, wie die von den AQP4-spezifischen Antikörpern verursachten pathologischen Veränderungen innerhalb und außerhalb des ZNS die Entwicklung der NMOSD vorantreiben.