In-vitro-Untersuchungen zur Wirksamkeit von Liganden nukleärer Rezeptoren zur Behandlung der Multiplen Sulfatase-Defizienz
In vitro studies on the efficacy of nuclear receptor ligands for the treatment of multiple sulfatase deficiency
by Marten Bertram
Date of Examination:2026-01-20
Date of issue:2025-12-08
Advisor:Prof. Dr. Lars Schlotawa
Referee:Prof. Dr. Lars Schlotawa
Referee:Prof. Dr. Peter Rehling
Referee:Prof. Dr. Ralf Dressel
Sponsor:Göttinger Promotionskolleg für Medizinstudierende, Else Kröner-Fresenius-Stiftung
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11693
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Name:Dissertation Bertram, Marten.pdf
Size:696.Kb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Multiple sulfatase deficiency (MSD) is a rare lysosomal storage disorder. It is caused by pathogenic variants in the SUMF1 gene, which encodes the formylglycine-generating enzyme (FGE). FGE is required for the posttranslational activation of sulfatases. Mutations of SUMF1 result in reduced or absent FGE function, impaired sulfatase activities and the accumulation of enzyme substrates. MSD manifests as a complex multisystem disorder with a neurological focus. Currently, no disease-modifying therapy is available. Previous high-throughput screenings in MSD patient-derived fibroblasts identified tazarotene and bexarotene as possible therapeutic options. By binding to nuclear receptors, these retinoids modulate gene expression, leading to the stabilization of misfolded FGE variants and restoration of sulfatase activities. In this study the search for potential therapeutic options for MSD was extended to additional nuclear receptor ligands. A total of 69 ligands were tested in a phenotypic screening assay using immortalized MSD patient fibroblasts. The estrogen receptor β agonist FERb 033 was identified as a promising candidate. Subsequent studies on primary MSD patient fibroblasts confirmed that the treatment with FERb 033 induces a significant dose- and time-dependent increase in the activity of lysosomal and non-lysosomal sulfatases. The effect was observed in multiple patient-derived cell lines, suggesting mutation-independent efficacy. FERb 033 does not alter the protein abundance of the examined sulfatases, indicating that the increased activity is likely caused by more complete activation of newly synthesized sulfatases by FGE. As a side effect of the treatment with FERb 033, a significant reduction in cell viability was observed. Considering possible adverse effects, this work suggests that, in addition to retinoids, there are other nuclear receptors ligands that could serve as future therapeutic options for MSD.
Keywords: multiple sulfatase deficiency; formylglycine-generating enzyme; drug screening; nuclear receptors; FERb 033
German
Die Multiple Sulfatase-Defizienz (MSD) ist eine seltene autosomal rezessiv vererbte lysosomale Speichererkrankung. Sie wird durch Mutationen des SUMF1-Gens ausgelöst, das für das Formylglycin-generierende Enzym (FGE) codiert. FGE ist für die posttranslationale Aktivierung von Sulfatasen unerlässlich, sodass es bei MSD zur verminderten Sulfataseaktivität und Akkumulation von Stoffwechselprodukten kommt. Klinisch zeigt sich das Bild einer komplexen multisystemischen Erkrankung mit neurologischem Fokus, für die es bisher keine kausale Therapie gibt. In früheren Hochdurchsatz-Screenings an Fibroblasten von MSD-Patienten wurden die Retinoide Tazaroten und Bexaroten als mögliche Therapieoption identifiziert. Beide Wirkstoffe lösen durch die Bindung an nukleäre Rezeptoren Transkriptionsänderungen aus, die zu einer Stabilisierung fehlgefalteter FGE Varianten und dadurch zu einer partiellen Wiederherstellung der Sulfataseaktivitäten von MSD-Patientenzellen führen. In dieser Arbeit wurde die Suche nach Wirkstoffen mit einem potenziellen therapeutischen Nutzen für die MSD auf andere Liganden nukleärer Rezeptoren ausgeweitet. Insgesamt wurden 69 Liganden in einem phänotypischen Screening-Assay an MSD-Patientenzellen untersucht. Hierbei konnte der Östrogenrezeptor-β-Agonist FERb 033 als möglicher Kandidat identifiziert werden. Nachfolgende Untersuchungen an MSD-Patientenfibroblasten bestätigten, dass FERb 033 zur ausgeprägten Dosis- und zeitabhängigen Aktivitätssteigerung lysosomaler und nicht-lysosomaler Sulfatasen führt. Der Effekt trat in verschiedenen Patientenzelllinien auf, was eine mutations-unabhängige Wirksamkeit nahelegt. FERb 033 bewirkt keine Änderung der Proteinmenge der untersuchten Sulfatasen, sodass der gesteigerten Sulfataseaktivität wahrscheinlich eine vollständigere Aktivierung neu synthetisierter Sulfatasen durch FGE zugrunde liegt. Als Nebenwirkung der Behandlung mit FERb 033 kam es zu einer deutlichen Reduktion der Zellviabilität. Diese Arbeit deutet darauf hin, dass es neben Retinoiden weitere Liganden nukleärer Rezeptoren gibt, die, unter Beachtung möglicher unerwünschter Effekte, zukünftig als Therapieoptionen für die MSD infrage kommen könnten.
Schlagwörter: Multiple Sulfatase-Defizienz; Formylglycin-generierendes Enzym; Medikamentenscreening; nukleäre Rezeptoren; FERb 033
