Zellbiologische Untersuchung α-Mannosidase-defizienter und Enzym-behandelter Mäuse

Abstract

Die Defizienz der lysosomalen α-Mannosidase führt zu der lysosomalen Speichererkrankung α-Mannosidose. Ein möglicher Therapieansatz zur Behandlung der Erkrankung bietet die Substitution des Enzyms durch die intravenöse Injektion rekombinanten Enzyms. Ziel der Arbeit war es, sekundäre Folgen der lysosomalen Speicherung und den Effekt der Therapie auf diese Veränderungen zu untersuchen. Anhand eines bereits etablierten knockout-Mausmodells der α-Mannosidose sollte mittels Microarray-Genexpressionsanalyse das Transkriptomprofil der Leber von knockout und Wildtyp-Mäusen, sowie mit rekombinantem Enzym behandelter knockout-Mäuse verglichen werden, um sekundäre Folgen der lysosomalen Speicherung und deren mögliche Therapierbarkeit durch das rekombinante Enzym abschätzen zu können. In 58 Wochen alten Tieren konnte die erhöhte Expression einer Reihe von Genen gezeigt werden, deren Expression auf Kupfferzellen beschränkt ist. Immunohistologisch konnte eine veränderte Morphologie der Kupfferzellen in der Leber nachgewiesen werden, die nach der Enzym Ersatz Therapie wieder auf Wildtyp-Niveau normalisiert wurde. Weiterhin konnte durch die Transkriptomanalyse ein regulatorischer Effekt auf die Expression von Genen detektiert werden, die dem knockout-Gen Man2B1 auf Chromosom 8 benachbart sind. Biochemische Untersuchungen zeigten, neben einer erhöhten spezifischen Aktivität, eine Hyperglykosylierung einiger lysosomaler Proteine. Während die spezifische Aktivität vollständig durch die Therapie normalisiert wurde, ließ sich für die Hyperglykosylierung im Rahmen der Therapiedauer eine partielle Korrektur feststellen. Die Untersuchung des Gehirns älterer α-Mannosidase-defizienter Tiere offenbarte in der Molekularschicht des Cerebellum die Akkumulation von Cholesterin, eine Aktivierung von Mikrogliazellen, hypertrophen Bergmann-Glia und Lücken in der Purkinjezellschicht. Zudem konnte Lipofuscin in Mikroglia nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen neue sekundäre, durch die lysosomale Speicherung bedingte Veränderungen in der Leber auf, die durch die Enzym-Therapie teilweise therapierbar sind. Weitere Untersuchungen über pathogene Veränderungen im Gehirn könnten unter anderem Aufschluss über Zusammensetzung des autofluoreszenten Materials liefern.