HTRA1: Ein Kandidatengen für die Altersbedingte Makuladegeneration?

Abstract

Polymorphismen in der chromosomalen Region 10q26 sind stark mit einem erhöhten Erkrankungsrisiko der Altersabhängigen Makuladegeneration (AMD) assoziiert. In diesem Bereich liegt das Gen high temperature requirement protein A1 (HTRA1). Das Gen kodiert eine Serinprotease, die vor allem in der Qualitätskontrolle von Extrazellulärmatrix (EZM)-Proteinen eine Rolle spielt. Der single nucleotide polymorphism (SNP) rs11200638 im Promotor des HTRA1-Gens verursacht eine Überexpression von HTRA1 im retinalen Pigmentepithel (RPE) und erhöht das Erkrankungsrisiko der AMD deutlich. In AMD-Patienten wurde eine zwei- bis dreifache Überexpression an HTRA1-Protein in RPE-Zellen nachgewiesen. Bislang gab es jedoch keine funktionellen Studien zur Überexpression von HTRA1 im RPE, die Aufschluss über die Beteiligung von HTRA1 an der Entstehung der AMD geben könnten. In dieser Arbeit wurde die Rolle der HTRA1-Überexpression in der Pathogenese der AMD untersucht. Dazu wurden transgene Mäuse generiert, die HTRA1-Protein im RPE 2,7-fach überexprimierten. Die Htra1-transgenen Mäuse entwickelten keine spontane choroidale Neovaskularisation (CNV) in der Retina. Die CNV-Induktion mittels Laserkoagulation ließ in der Fluoreszenz-Angiographie (FAG), der spektralen optischen Kohärenztomographie (SD-OCT) und histologischen Untersuchungen nicht auf eine erhöhte Angiogenese durch die HTRA1-Überexpression schließen. Ebenfalls besaßen Htra1-transgene Mäuse im Vergleich zum Wildtypen keine Expressionsunterschiede vom transformierenden Wachstumsfaktor-beta (TGF-ß), vom Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktors-1 (IGF-1) und vom vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) im Auge. Unterdessen zeigte sich in Zellkulturüberständen Htra1-transfizierter Nierenzellen (HEK-293-EBNA) eine reduzierte Konzentration von VEGF, Endostatin und Angiogenin im Vergleich zu nicht-transfizierten Zellen und Kontrollen. Die Konzentration von Angiopoietin-1 war dagegen leicht erhöht. Anhand von Transmissonselektronenmikroskopie (TEM)-Bildern war eine Fragmentierung der elastischen Schicht (EL) der Bruchschen Membran (BrM) in Htra1-transgenen Mäusen zu beobachten. Zusätzlich kam es zu verminderten Expressionen von Fibulin-5 und Tropoelastin (TE) in Protein-Lysaten von RPE, BrM und Choroidea. Versuche mit rekombinantem HTRA1 bestätigten weiterhin den Abbau von Fibulin-5 durch HTRA1. Diese Daten deuten auf eine gestörte Elastogenese in der BrM von Htra1-transgenen Mäusen hin. Interessanterweise sind Mutationen im FBLN5 (Fibulin-5)-Gen, die zu einer reduzierten Sekretion von Fibulin-5 führen, mit der AMD assoziiert. Darüber hinaus war die Stabilität der BrM weiterhin durch den HTRA1-bedingten Abbau von Fibronektin gestört. So war die Expression von Fibronektin und Fibronektin-Fragmenten in den transgenen Mäusen erhöht und die Adhäsion Htra1-transfizierter Nieren- und RPE (ARPE-19)-Zellen an Fibronektin deutlich reduziert. Zudem wurden Fibronektin und Nidogen-1 und -2, aber nicht Laminin-1 und Kollagen IV von rekombinantem HTRA1-Protein proteolytisch gespalten. Die Immunfluoreszenzfärbungen auf Paraffinschnitten der Retinae Htra1-transgener und Wildtyp-Mäuse ließen allerdings keine Änderungen in der Farbintensität oder Verteilung von Nidogen-1 und -2 und auch Laminin-1 und Kollagen IV erkennen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die BrM eine wichtige Rolle bei der Entstehung der AMD hat. Eine HTRA1-Überexpression führt durch die Reduktion von Fibulin-5 und TE zu einer gestörten Elastogenese in der EL der BrM. Auf Grund dieser Ergebnisse kann HTRA1 auch mit anderen AMD-Risikogenen wie MMP-9 (Matrixmetalloproteinase-9), TIMP-3 (Gewebeinhibitor von Metalloptroteinasen-3) und FBLN-3, -5 und -6 in Verbindung gebracht werden