A cell-based NRG1-ERBB4 assay designed for high-throughput compound screening to identify small molecule modulators with relevance for schizophrenia

Abstract

Zusammenfassung Entwicklung eines zellbasierten Hochdurchsatzverfahrens zur Identifikation Schizophrenie-relevanter Wirkstoffe und Modulatoren des NRG1-ERBB4 Signalweges. Die Schizophrenie (SZ) ist eine schwerwiegende neurologische Erkrankung des Zentralnervensystems mit einem breiten Symptomspektrum und komplexer genetischer Ursache. Lediglich die so genannten Positiv-Symptome (z.B. Halluzinationen und Wahnvorstellungen) sind einer Behandlung mit Neuroleptikern zugänglich. Die Negativ-Symptomatik (z.B. Anhedonie und soziale Vereinsamung) und die Kognitiven-Defizite werden mit den bestehenden Medikamenten nicht oder kaum verbessert. Eine gängige Hypothese besagt, dass eine verminderte Funktion des Präfrontalen Cortex für diese Symptome verantwortlich ist. Eine Veränderung in der NRG1-ERBB4 Signalkaskade beeinträchtigt die Verschaltungen zwischen inhibitorischen Interneuronen und exitatorischen Pyramidalneuronen. Die resultierende Dysbalance zwischen Inhibition und Aktivierung ist in diesem Modell Ursache für die Kognitiven-Defizite. Diese Hypothese wird durch die Verhaltensbeobachtung, in entsprechenden gain of function/loss of function Maus Modellen, gestützt. Ferner haben mehrere genetische Assoziationsstudien gezeigt das NRG1 und ERBB4 Risikofaktoren für die Entwicklung einer SZ sind. Dies macht das Zusammenspiel zwischen NRG1 und ERBB4 zu einem der vielversprechendsten Ziele für die Entwicklung neuer medikamentöser Behandlungsmöglichkeiten der SZ. Die vorliegende Arbeit beschreibt das Design und die Entwicklung eines Testsystems, bestehend aus zwei kommunizierenden Zellen, basierend auf der Split TEV Technologie. Das Testsystem ist in der Lage in einer einzelnen Messung, Änderungen an verschiedenen Schritten der NRG1-ERBB4 Signalkaskade auszulesen. Das Testsystem ist hoch sensitiv, robust und für die Hochdurchsatzanalyse geeignet. In einer ersten Machbarkeitsstudie wurden 727 Wirkstoffe getestet. Ein Wirkstoff wurde als Haupttreffer klassifiziert und agiert als Inhibitor der NRG1-ERBB4 Funktion. Dieser Wirkstoff wurde mit einem breit aufgestellten Set weiterer Tests, inklusive technischer Kontrollen, ausführlich charakterisiert. Weiter, wurde mithilfe eines Testpanels, bestehend aus verschiedenen Neuregulinen, Mitgliedern der ERBB Rezeptorfamilie und verschiedener weiterer Komponenten der Signalkaskade, die Spezifität und der Wirkmechanismus des Wirkstoffes analysiert. Das Testsystem wurde erfolgreich etabliert und ein erster Treffer erfolgreich validiert. Das Testsystem ist für Hochdurchsatzanalysen großer Substanzbibliotheken geeignet und hat großes Potential für die Identifikation und Verbesserung neuer Leitstrukturen zur Modulation der NRG1-ERBB4 Signalkaskade