Aptamere/ Tolerogene Proteinkomplexe

Die Plattform »Aptamere/Tolerogene Proteinkomplexe« hat das Ziel, institutsübergreifende Strukturen und Netzwerke für die Erforschung und Weiterentwicklung von MHCII-Glykopeptid-Komplexen zur Behandlung der rheumatoiden Arthritis (RA) und von Aptameren für die Nutzung zur Früherkennung von Glykosylierungsdefekten bei Autoimmunerkrankungen oder deren Vorstufen zu schaffen.

Behandlungsoptionen für die dauerhafte Krankheitskontrolle nötig

Für (auto-) immunvermittelte Erkrankungen wie der RA besteht ein großer Bedarf an neuen Therapieoptionen. Mit verfügbaren Behandlungsoptionen wie etwa Zytokinblockern wird nur selten eine Remission oder gar Heilung der Erkrankung erreicht. Gleichzeitig werden diese Erkrankungen oft erst nach Manifestation z.T. irreversibler Schädigungen diagnostiziert. Es besteht daher ein großer Bedarf an neuen Methoden zur Früherkennung und an Behandlungsoptionen zur dauerhaften Kontrolle der krankheitsunterhaltenden Autoimmunität.

Vorarbeiten

In aufwändigen Vorarbeiten wurde bereits ein rekombinanter Komplex bestehend aus dem MHC II (DRA / DRB1 * 0401) Molekül und einem galaktosylierten Collagen-II-Peptid als antirheumatische Wirksubstanz entwickelt und dessen immunregulatorisches Potenzial in einer Vielzahl präklinischer Daten belegt. Gleichzeitig wurden Methoden zur Glykanisolation und der Synthese biotinylierter Glykanstrukturen etabliert, die für die Selektion von Aptameren verwendet werden können.

Optimierung der Formulierung und Glykosylierung der MHC-II-Komplexe

Hauptziele des Projekts sind die Optimierung der Formulierung und Glykosylierung der MHC-II-Glykopeptid-Komplexe, deren Untersuchung in einem humanisierten Mausmodell der RA und die Identifizierung von Aptameren für die Entwicklung eines Detektionssystems für Glykosylierungsveränderungen.

© Fraunhofer ITMP | Harald Burkhardt - angepasst von: Yang et al, Mol TherNucleic Acids. 2018; 13: Nucleic Acids 13:164-174 using SMART Medical images https://smart.servier.com
Oligonukleoitide können sequenzabhängig eine große Vielfalt 3-dimensionaler Strukturen als potenzielle Liganden funktionell relevanter Biomoleküle wie Botenstoffe der Zellkommunikation im Extrazellullärraum oder Rezeptoren auf der Oberfläche von Immunzellen ausbilden. Aus großen Oligonukleotidbanken können diese sogenannten Apatamere gezielt auf hohe Bindungsaffinitäten für distinkte biologisch relevante Zielstrukturen selektiert werden mit dem Ziel der Entwicklung diagnostischer Testverfahren aber auch der Identifikation von Leitstrukturen für eine therapeutische Wirkstoffentwicklung.

Verbesserung der Behandlung der Rheumatoiden Arthritis

Die Entwicklung einer völlig neuen Substanzklasse zur Rekonstitution der immunologischen Selbsttoleranz durch Induktion regulatorischer Lymphozytenpopulationen kann die Behandlung von Patienten mit RA deutlich verbessern. Die Arbeiten in der Therapieplattform bilden die Grundlage für den präklinischen Nachweis der Wirksamkeit dieser Moleküle in einem humanisierten Mausmodell. Ein aptamer-basiertes Detektionssystem für die Identifizierung und Quantifizierung von Glykosylierungsdefekten könnte den Grundstein für eine neuartige Diagnostik zur Früherkennung und Verfolgung von Immunerkrankungen legen.

Zusammenbringen von komplementären Kompetenzen

Die Plattform »Aptamere/Tolerogene Proteinkomplexe« kombiniert die Expertise des Fraunhofer ITMP im Bereich der rheumatologischen Erkrankungen und ihrer präklinischen Modelle mit der Erfahrung des Fraunhofer IGB und des Fraunhofer ITEM-R bei der Charakterisierung von Immunzellen mittels Bulk- oder Einzelzell-RNA-Sequenzanalytik, der Expertise des IZI-BB bei der Generierung, Synthese und Funktionalisierung von Aptameren, etablierten Verfahren am Fraunhofer IAP zur Isolation sowie zur synthetischen und semisynthetischen Herstellung von Glykan-Zielstrukturen

Ausblick

Nach Abschluss der präklinischen Studien zum Wirksamkeitsnachweis des prototypischen rekombinanten immunmodulatorischen HLADR4/CII Peptidkomplexes im etablierten humanisierten murinen Arthritismodell der Kollagen II (CII) induzierten Arthritis (CIA) stehen die Etablierung eines GMP-konformen Herstellungsverfahrens sowie die präklinischen Toxizitätsstudien zur Vorbereitung der klinischen Phase 1b Studien des innovativen Wirkstoffs zur Therapie der rheumatoiden Arthritis an. Die durch Kooperation auf der Projektplattform selektierten CII T Zellrezeptor spezifischen Aptamere sollen zu Assays für das Immunmonitorinjg der zellulären CII Autoimmunität im peripheren Blut für klinische Anwendungen weiterentwickelt werden. Analog werden im Anschluß an die erfolgreiche Identifizierung von Apatameren mit Spezifität für post-translational modifizierte Immunglobulin-Strukturen sowie für Metabolite kongenitaler Glykosylierungsdefekte zu optimierten analytischen Testsystemen im Dienst einer verbesserten klinischen Labordiagnostik entwickelt.

Die in den laufenden Projekten gewonnen Erfahrungen sollen zur Erschließung neuer Anwendungen der Aptamer-Technologie insbesondere zur selektiven Modulation von Rezeptoren des Immunsystems eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird ein weiterer Forschungsbedarf in der Targetidentifizierung und dem Wirkstoffdesign insbesondere im Bereich der Optimierung pharmakokinetischer Eigenschaften gesehen.