Systemic Complement Activation in Age-Related Macular Degeneration

Dysregulation of the alternative pathway (AP) of complement cascade has been implicated in the pathogenesis of age-related macular degeneration (AMD), the leading cause of blindness in the elderly. To further test the hypothesis that defective control of complement activation underlies AMD, parameters of complement activation in blood plasma were determined together with disease-associated genetic markers in AMD patients. Plasma concentrations of activation products C3d, Ba, C3a, C5a, SC5b-9, substrate proteins C3, C4, factor B and regulators factor H and factor D were quantified in patients (n = 112) and controls (n = 67). Subjects were analyzed for single nucleotide polymorphisms in factor H (CFH), factor B-C2 (BF-C2) and complement C3 (C3) genes which were previously found to be associated with AMD. All activation products, especially markers of chronic complement activation Ba and C3d (p<0.001), were significantly elevated in AMD patients compared to controls. Similar alterations were observed in factor D, but not in C3, C4 or factor H. Logistic regression analysis revealed better discriminative accuracy of a model that is based only on complement activation markers Ba, C3d and factor D compared to a model based on genetic markers of the complement system within our study population. In both the controls' and AMD patients' group, the protein markers of complement activation were correlated with CFH haplotypes

Functional characterization of Complement-factor-H-variant Y402H associated with age-related macular degeneration (AMD)

Faktor H (FH) ist der wichtigste Regulator der Komplementaktivierung über den alternativen Weg in der flüssigen Phase. Ein mit der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD) assoziierter FH-Polymorphismus (Y402H) hat den Austausch von Tyrosin gegen Histidin an Position 402 innerhalb der Domäne SCR7 zur Folge, welche u.a. die Bindung von FH an Heparin und CRP vermittelt. Darüber hinaus bindet FH auch C3b und ist zugleich Cofaktor für dessen Abbau durch Faktor I.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Aminosäuresubstitution an Position 402 Einfluss auf einige der Funktionen von FH hat. So bindet die AMD-Risikovariante FH-402H schwächer an CRP als FH-402Y und weist eine reduzierte Cofaktor-Aktivität für den Abbau des C3-Fragments iC3b zu C3dg auf. Die Bedeutung von FH als Cofaktor für diesen Schritt des C3b-Abbaus unter physiologischen Bedingungen in der flüssigen Phase konnte in dieser Arbeit erstmalig dokumentiert werden. Diese Ergebnisse wurden durch vergleichende funktionelle Untersuchungen von FH-402Y und FH-402H in nativer Form und voller Länge gewonnen. Beide FH-Varianten wurden hierzu aus dem Plasma von gesunden genotypisierten Spendern mittels Immunaffinitätschromatographie aufgereinigt. Darüber hinaus gelang es im Rahmen der vorliegenden Arbeit, monoklonale Antikörper zu generieren, die spezifisch nur FH-402Y oder FH-402H binden. Unter Zuhilfenahme dieser Antikörper wurde das FH-Epitop 402 funktionell charakterisiert. Den eigenen Daten zufolge könnte die Aminosäure an Position 402 direkt an der Bindung von FH an Heparin und an der Cofaktor-Aktivität für die Überführung von iC3b in C3dg beteiligt sein. An der CRP-Bindung hingegen ist das polymorphe Epitop nicht direkt beteiligt, ein indirekter Einfluss des Y402H-Polymorphismus auf diese FH-Funktion erscheint daher plausibel.Die Risikovariante FH-402H mit ihrer reduzierten CRP-Bindung und eingeschränkten Cofaktor-Aktivität könnte zu einer reduzierten Komplementkontrolle und zu einer Akkumulation von iC3b führen, was wiederum die Ausbildung von Neovaskularisationen und ein chronisches Entzündungsgeschehen zur Folge haben könnte. Durch die Untersuchung von AMD-Patienten-Plasmen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass bei der Erkrankung eine systemische chronische Aktivierung des Alternativwegs nachweisbar ist. Selbige ist auch bei Augen-gesunden Probanden nachweisbar, welche genetisch die Kombination verschiedener AMD-Risikopolymorphismen tragen. Der FH-Polymorphismus Y402H allein führt zu keiner systemischen Komplementaktivierung. Passend zu dieser Beobachtung konnte auf molekularer Ebene gezeigt werden, dass die FH-Polymorphismen I62V und Y402H additive Effekte auf die CRP-Bindung haben.Die Daten der vorliegenden Arbeit geben also Anlass zu der Vermutung, dass die Kombination mehrerer FH-Polymorphismen über additive funktionelle Effekte zu einer chronischen Komplementaktivierung führen könnte. Da schon seit längerem vielfach Hinweise auf eine lokale Komplementaktivierung in den Augen von AMD-Patienten bestehen, erweitern die Erkenntnisse, die in dieser Arbeit gewonnen wurden, die aktuellen pathophysiologischen Konzepte der AMD-Entstehung