Preisträgerin
in der Kategorie
„Experimentelle Arbeiten“ 2018

Dr. rer. nat. Heike Singer

Understanding FVIII immunogenicity in severe Haemophilia A (HA)-patients: intracellular fate of endogenous FVIII variants in IPS derived endothelial cells

Einfluss peripherer Immuntoleranz auf die FVIII-Immunogenität bei schweren Hämophilie A-Patienten

 

Wie wird immunologische Toleranz gegenüber dem Blutgerinnungsfaktor VIII (FVIII) im Körper generiert und warum führen bestimmte F8 Stop-Mutationen zu höherer Inhibitor-Bildung als andere? Die Arbeiten von Heike Singer und ihrem Team sollen das Verständnis der Grundlagen peripherer immunologischer Toleranz vs. Immunogenität gegen FVIII bei Hämophilie-A Patienten verbessern. Diese Grundlagenforschung könnte mittelfristig wichtige Erkenntnisse über periphere Toleranz hinsichtlich zukünftiger Entwicklungen personalisierter Immunotherapien liefern.

Rund 20 bis 30 Prozent der Hämophilie A-Patienten (HA) bilden inhibitorische Antikörper gegen substituierten Gerinnungsfaktor VIII – ein unerwünschter Effekt, der Therapieplan und -erfolg gefährdet. Dieses Inhibitor-Risiko ist bei HA-Patienten erhöht, die eine sog. Nonsense-Mutation („verfrühtes Stop-Codon“) in dem hinteren Teil des F8 Gens tragen, der für die sog. „leichte Kette“ des FVIII Proteins kodiert. Der molekulare Mechanismus und der Grund, warum die Position einer Nonsense-Mutation das Risiko für inhibitorische Antikörper gegen das substituierte Produkt erhöht, sind noch nicht verstanden.

Als mögliche Ursache sehen Wissenschaftler einen schnellen Abbau sowohl der F8 mRNA als auch des Proteins verursacht durch das verfrühte Stop-Codon im F8-Gen. Die Forschungsgruppe hat das „zelluläre Schicksal“ von mRNA und Protein in induzierten pluripotenten Stammzellen (induced pluripotent stem cells / iPSCs) mit molekularbiologischen und immunologischen Verfahren untersucht; die iPSCs wurden von verschiedenen Hämophilie A-Patienten gewonnen, die sich in der Lokalisierung der Nonsense-Mutationen und dem Ausmaß der Inhibitor-Bildung unterscheiden.

Dabei beobachteten die Forscher einen Mutations-spezifischen Effekt: bei allen Patienten mit Nonsense-Mutationen in der leichten Kette zeigte sich eine abnormale intrazelluläre FVIII-Verteilung. Eine Erklärungshypothese dafür ist, dass die hohe Immunogenität dieser spezifischen Mutation nicht auf einen Mangel an FVIII-Protein, sondern auf einen veränderten / modifizierten intrazellulären Transportweg zurückzuführen ist. Diese Fragestellung und weitere Einflüsse auf mutations-spezifische Effekte will Singer in weiterführenden Forschungsprojekten verfolgen.

Zur Person

Dr. rer. nat. Heike Singer

Heike Singer studierte Biologie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Anschließend wechselte sie an das Institut für Experimentelle Hämatologie und Transfusionsmedizin der Universitätsklinik Bonn, wo sie 2014 im Bereich der Molekularen Biomedizin promovierte und zurzeit als Wissenschaftliche Mitarbeiterin auf dem Gebiet der Hämatologie forscht. Heike Singer publizierte ihre Arbeiten in Fachzeitschriften wie u.A. Methods in Molecular Biology, Molecular Human Reproduktion und Blood; seit 2018 ist sie Mitglied des ImmunoSensation Bonn Cluster of Excellence und des Kompetenznetzwerks Stammzellen NRW.

Gespräch mit Dr. Heike Singer

Gewinnerin des diesjährigen Günter Landbeck Excellence Awards in der Kategorie „Experimentelle Arbeiten“

Mit welchem Problem befasst sich ihre Arbeit?

Bei rund 20-30 Prozent der Hämophilie A-Patienten, die mit einem rekombinanten Blutgerinnungsfaktor VIII (FVIII) substituiert werden, bilden sich inhibitorische Antikörper gegen diesen Faktor; das gefährdet den Therapieerfolg dieser Substitution. Dieses Inhibitor-Risiko ist bei Hämophilie A-Patienten erhöht, die sog. Nonsense-Mutationen („Stop-Codons“) in Genen tragen, die für bestimmte Abschnitte in der leichten Kette des FVIII-Proteins kodieren. Wir verfolgen in unserem Projekt die Frage, ob bestimmte Stop-Mutationen in der Lage sind, endogen FVIII zu synthetisieren und diesen dann extrazellulär über Peptid:MHC-Komplexe dem Immunsystem präsentieren. Dies könnte erklären warum einige Nonsense-Mutationen eine periphere Toleranz auslösen und andere eher immunogen auf den rekombinanten FVIII wirken. Diese Zusammenhänge wollen wir besser verstehen.

Welchen Vorteil bringt ihre Methode?

Mit unserem patienten-spezifischen Zellmodel basierend auf induziert pluripotenten Stammzellen (IPS), sind wir in der Lage den Effekt jeder F8 Stop-Mutation auf eine sehr native Art und Weise zu untersuchen. Wir differenzieren die von Hämophilie A-Patienten generierten Stammzellen in Endothelzellen, welche der natürliche Ort für eine FVIII-Protein-Synthese sind und können so erstmalig den Effekt der F8 Genmutation (ohne Überexpression oder Genom-Editing) auf RNA und Protein Ebene untersuchen.

Welchen Nutzen erhoffen Sie sich in Zukunft für die Patienten?

Neue adaptive Immuntherapien mit regulatorischen T-Zellen (CAR/BAR-T-Zellen) sind eine viel versprechende Alternative zur Immuntoleranz Induktion (ITI). Wir hoffen, dass unsere Grundlagenforschung über periphere Toleranz zukünftig bei der Entwicklung personalisierter Immunotherapien helfen kann.

Welche Projekte möchten Sie nach dem Gewinn des GLEA umsetzen?

Nachdem wir bereits in verschiedenen Hämophilie A-Patienten mit Nonsense-Mutationen endogen FVIII Protein nachweisen konnten, ist unser nächstes großes Ziel das MHC-I (Major Histocompatibility Complex) spezifische FVIII Peptidrepertoire differenzierter Endothelzellen mit verschiedenen Nonsense-Mutationen mittels Massenspektrometrie zu untersuchen. Der GLEA ermöglicht uns nun diesen komplexen Versuchsaufbau in die Tat umzusetzen.

Was bedeutet für Sie die Auszeichnung mit dem Günter Landbeck Award?

Ich nehme seit vielen Jahren an dem Hämophilie-Symposion teil und habe schon viele exzellente Wissenschaftler gesehen, die dort für ihre Forschungs-Arbeiten mit diesem Preis ausgezeichnet wurden. Es ist mir daher eine große Ehre dieses Jahr selber den Preis entgegen nehmen zu dürfen. Nicht zu unterschätzen ist aber auch die finanzielle Dimension: Das mit dem Award verbundene Preisgeld ermöglicht uns erst, weiterführende komplexe Untersuchungen auf dem Gebiet der Immuntoleranz durchzuführen.