Unsere Leidenschaft - Wissenschaft, die einen Unterschied macht

In Kooperation mit Humangenetikern konnten wir krankheitsassoziierte Gene bzw. Mutationen von IRD-Patienten identifizieren (Ebermann, Scholl et al. 2007, Khan, Becirovic et al. 2017, Burkard, Kohl et al. 2018). Ca. 40% der untersuchten IRD-Patienten bleiben jedoch ohne eine gesicherte molekulargenetische Diagnose zurück. Letztere ist eine wichtige Voraussetzung, um mit Hilfe von neuartigen Ansätzen, wie z.B. Gentherapie, behandelt werden zu können. Eine Ursache für die unzureichende Diagnose ist, dass trotz der Verwendung neuartiger Methoden, wie z.B. Next-Generation Sequencing (NGS) oder anderen Sequenziermethoden, viele Mutationen unentdeckt bleiben oder in Bezug auf ihre Pathogenität schwer interpretiert werden können. Die molekulargenetische Diagnostik beschränkt sich i.d.R. aud die Identifizierung potenzieller pathogener Varianten auf genomischer Ebene. Eine Analyse auf Transkript-Ebene wir dadurch erschwert, dass die entsprechenden Transkripte i.d.R. nicht in Zellen, die man routinemässig aus Patienten gewinnen kann (z.B. Blutzellen), vorhanden sind. Wir haben einen Ansatz entwickelt, der sich dazu eignet, die Analyse von netzhautspezifischen Transkripten in Blutzellen zu ermöglichen. In Kooperation mit nationalen und internationalen Augenkliniken wollen diesen neuen Ansatz zur Diagnostik von IRD-Patienten verwenden und so eine wichtige Lücke in der molekularen Diagnostik schliessen.

Im Rahmen der Erforschung molekularer Pathomechanismen fokussieren wir uns auf die Identifizierung sowie funktionelle Charakterisierung (epi)genetischer Faktoren, die mit der Krankheitsentstehung assoziiert sind. Einer der Schwerpunkte dabei ist die Untersuchung der Effekte von Mutationen auf Transkript-Ebene. Wir haben bereits viele Mutationen in verschiedenen IRD-assoziierten Genen (e.g. CDH23, PRPH2, CNGB1, RHO, CLRN1) identifiziert, die aberrantes Spleissen hervorrufen und konnten dabei neue Genotyp-Phänotyp Korrelationen aufdecken. Auf Proteinebene haben wir Mutationen aufgedeckt, die Expression, Lokalisation, Transport sowie Protein-Protein-Interaktionen beeinträchtigen. In diesem Kontext haben wir Fluroscences resonance energy transfer (FRET) als neue Methode etabliert, um Protein-Protein-Interaktion und deren biochemischen Eigenschaaften wie Bindungsaffinitäten und Kinetik an sog. Aussensegmenten (d.h. lichtdetektieren Kompartimenten der Photorezeptor-Zellen) zu untersuchen (Becirovic, Ebermann et al. 2008, Becirovic, Nakova et al. 2010, Becirovic, Nguyen et al. 2014, Becirovic, Bohm et al. 2016, Becirovic, Bohm et al. 2016, Nguyen, Bohm et al. 2016, Bohm, Riedmayr et al. 2017, Riedmayr, Bohm et al. 2020).

Im Zusammenhang mit epigenetischen Analysen untersuchen wir aktuell die Effekte von IRD-Therapien auf das Epigenom innerhalb und ausserhalb des Auges. Diese Erkenntnisse könnten helfen, die Grundlagen der Krankheitsentstehung besser zu verstehen und massgeschneiderte Therapien für bestimmte IRD-Formen zu entwickeln.

Die Entwicklung innovativer gentherapeutischer Ansätze ist derzeit der thematische Schwerpunkt unserer Forschung. Wir fokussieren uns dabei insbesondere auf die häufigsten und bekanntesten IRD-Formen: Retinitis Pigmentosa, Morbus Stargardt und Usher Syndrom. In diesem Kontext nutzen wir die aus der molekulargenetischen Diagnostik und der Untersuchung von Krankheitsmechanismen gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung neuer Methoden, mit deren Hilfe sich bislang kaum behandelbare IRDs therapieren lassen. Dazu gehören unter anderem autosomal-dominante Formen der Retinitis Pigmentosa, bzw. Erkrankungen, die durch Mutationen in grossen Genen zu Stande kommen (beispielsweise das Usher-Syndrom oder Morbus Stargardt). In unseren Studien an Mausmodellen haben wir bereits Machbarkeitsnachweise für neue therapeutische Ansätze geliefert. Diese umfassen die Verwendung von "small molecules". AAV-vermittelten Gensupplementierung und CRISPR/Cas-basiertem Genome Editing (Michalakis, Muhlfriedel et.al. 2010, Koch, Sothilingam et al. 2012, Petersen-Jones, Occelli et al.  2018, Bohm, Splith et al. 2020, Panagiotopoulos, Karguth et al. 2020, Riedmayr, Hinrichsmeyer et al. 2022).

Mit unseren Kooperationspartnern aus verschiedenen Ländern wollen wir diese therapeutischen Ansätze an grossen IRD-Tiermodellen wie Schweinen oder Hunden evaluieren. Diese sind in Bezug auf a) die Anatomie des Auges und die davon abhängigen Krankheitsmechanismen b) die Untersuchung von Effekten verschiedener Applikationsformen und methoden zur Einbringung der Therapeutika in die Zielzellen und c) die Analyse der Nebenwirkungen deutlich besser geeignet als gängige Nagetier-Modelle. Die therapeutischen Studien an grossen Tiermodellen würden deshalb sowohl die Interpretation der gewonnenen Daten erleichtern als auch die Initiation klinischer Studien beschleunigen.