Research Focus 1: - Investigator(s): Prof. Dr. med. Ziya Kaya

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1 Research Focus 1: - Title: Identifizierung von neuen kardiovaskulären Target-Proteinen für Autoantikörper in Patienten mit dilatativer und ischämischer Kardiomyopathie und ihre prognostische Bedeutung. - Investigator(s): Prof. Dr. med. Ziya Kaya Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) ist eine häufige Herzmuskelerkrankung, für die eine Dilatation und eingeschränkte Pumpfunktion des linken Ventrikels (oder beider Ventrikel) charakteristisch ist. Zurzeit wird angenommen, dass bei einem großen Anteil der DCM-Patienten das Immunsystem eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Erkrankung spielt. Dabei spielen sowohl zelluläre als auch humorale Autoimmunreaktionen gegen myokardspezifische Proteine eine Rolle. So konnten bisher bei DCM-Patienten diverse Autoantikörper identifiziert werden, die gegen körpereigene Proteine gerichtet sind, wie z.b. gegen mitochondriale Proteine, Herzmyosin, β 1 -Adrenorezeptor, sarkolemmale Na-K-ATPase und kardiales Troponin I. Allerdings konnte nur für wenige Antikörper eine direkte pathogene Wirkung auf das Myokard nachgewiesen werden (z.b. Herzmyosin, β 1 -Adrenorezeptor und kardiales Troponin I). Auch in der Postinfarkt Phase spielt das Immunsystem eine wichtige Rolle im Remodelling. Im vorliegenden Projekt wollen wir bei Patienten mit dilatativer und ischämischer Kardiomyopathie neue kardiovaskuläre Proteine identifizieren, die als Target für Autoimmunreaktionen dienen. Diese identifizierten Proteine sollen dann im Tiermodell auf ihre direkt pathogene Wirkung auf die Myokardfunktion untersucht werden. Abschließend soll im klinischen Teil die prognostische Bedeutung dieser neuen Target-Proteine und Autoantikörper für den Patienten untersucht werden. - Keywords: dilatativer Kardiomyopathie, ischämischer Kardiomyopathie, Autoimmunität, Antikörper, Targetproteine kda Lipocortin II 43kDa GSK3beta 53kDa Cathepsin B 28kDa RGS 10 46kDa DYRK1A 90kDa HMGB1 31kDa Leptin 16kDa RGS 3 47kDa Abb. 1: Western Blot-Beispiele von Eluaten (durch Immunoadsorption gereinigten Antikörper) aus DCM- Patienten. Auf die Gele wurden die angegebenen Proteine (kardiales Troponin I, kardiales Troponin T, kardiales Myosin) bzw. Proteinextrakte aus dem kompletten Herzextrakt aufgetragen. Zur Detektion wurde als 1. Antikörper eine Verdünnung der Eluate (durch Immunoadsorption gereinigten Antikörper) von Immunapharesepatienten verwendet. Abb. 2: Western Blot- Analyse: Identifizierung neuer Antigene für Autoantikörper bei DCM. Auf die Gele wurden die angegebenen Antikörper aufgetragen. Zur Detektion wurde als 1. Antikörper die Verdünnung des Eluates (durch Immunoadsorption gereinigten Antikörper) von einem DCM-Patienten verwendet.

2 Research Focus 2: - Title: Die Bedeutung von HMGB1 in der Pathogenese der Herzmuskelentzündung und der dilatativen Kardiomyopathie - Investigator(s): Prof. Dr. med. Ziya Kaya (in Kooperation mit PD Dr. med. Martin Andrassy) Die inflammatorische Kardiomyopathie ist eine wichtige Ursache von Herzversagen und plötzlichem Herztod bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen. Es ist bis dato wenig über den Einfluss des angeborenen ( innaten ) Immunsystems in der Pathogenese der autoimmunologischinduzierten Myokarditis bekannt. In diesem Projekt soll die Rolle von high mobility group box chromosomal protein 1 (HMGB1), ein Schlüssel-Modulator der akuten und chronischen Entzündungsantwort, und seine Interaktion mit dem spezifischen Rezeptor ( receptor for advanced glycation endproducts (RAGE)) in der Pathogenese der inflammatorischen Kardiomyopathie untersucht werden. Insbesondere soll in einem gentherapeutischen Ansatz mittels Adenoassoziierten Viren (AAV-Serotyp-9) die Effekte einer herzspezifischen Überexpression von High Mobilitiy Group Box 1 (HMGB-1) und seiner Untereinheiten box A und box B auf den Verlauf der experimentellen inflammatorischen Kardiomyopathie überprüft werden. - Keywords: dilatativer Kardiomyopathie, inflammatorische Kardiomyopathie, HMGB1, Box A, AAV-9, neue antiinflammatorische Therapieansätze. Abb. 1: HMGB1 -, H&E - und Masson Trichrom - Färbungen vom Myokard der mit kardialem Troponin I immunizierten Mäuse zum Nachweis der HMGB1-Expression, der Inflammation und der Fibrosierung.

3 Research Focus 3: - Title: Interleukin-10 mrna-transfektion von Monozyten / Makrophagen zur antiinflammatorischen Therapie proof of principle am Myokarditis-Modell der Maus - Investigator(s): Prof. Dr. med. Ziya Kaya Lokale inflammatorische Prozesse wie sie z.b. im Rahmen von Autoimmunerkrankungen auftreten, stellen therapeutische Herausforderungen dar. Interleukin-10 (IL-10) ist ein Chemokin mit stark anti-inflammatorischer Wirkung. Es soll exemplarisch am Myokarditis-Modell der Maus ein therapeutischer Nutzen von IL-10 überexprimierenden Monozyten / Makrophagen untersucht werden. Nach Isolation von murinen Monozyten/Makrophagen aus dem Peritoneum soll mittels mrna-nukleofektion IL-10 überexprimiert werden. Anschließend sollen die genetisch modifizierten Monozyten/Makrophagen A/J Mäusen mit induzierter Myokarditis intravenös appliziert werden. Wir erwarten, dass die Monozyten/Makrophagen selektiv in das entzündete Myokard einwandern und dort vermehrt IL-10 freisetzen. Die anti-inflammatorische Wirkung soll mittels serologischer und histologischer Schnitte sowie klinischen Untersuchungen ermittelt werden. Anschließend soll der therapeutische Nutzen durch simultane Überexpression der Chemokin-rezeptoren CXCR-4 bzw. CCR-2 mit IL-10 auf Monozyten/Makrophagen gesteigert werden. Das hier vorgestellte Therapiekonzept soll als proof of principle dienen und könnte grundsätzlich auf therapeutische Modulation anderer inflammatorischer Prozesse übertragen werden. Weiterhin ist eine klinische Studie als Pilotprojekt geplant. - Keywords: mrna Transfektion, antiinflammatorische Therapieansätze. IL-10, inflammatorische Kardiomyopathie, neue Abb. 1: 1H gewichtetes MRT-Bild einer ctni immunisierten Maus, überlagert mit dem korrospendierenden 19F MRT-Bild (rot). Als positives Kontrast wurde emulsiertes Perfluorocarbon benutzt, welches von Monoczyten/Makrophagen phagoziert wird. Die Bilder zeigen, dass eine i.v. Applikation von Perfluorocarbone nach Phagozytose durch Monozyten/Makrophagen (nach 1 Stunde (a) und nach 5 Tagen (b)) in den inflammatorischen Arealen des Herzens akkumulieren. Dort können sie durch 1H/19F MRTBildgebung bei einer Feldstärke von 9,4 Tesla nachgewiesen werden. (Die MRT-Bildgebung wurde in Koorperation mit Prof. Dr. med. J. Schrader, Universität Düsseldorf, durchgeführt). Abb. 2: H&E - Färbung zum Grading der Inflammation a b c d Abb. 3: Massons - Trichrome - Färbung zum Grading der Fibrosierung

4 Abb. 4: Morphological tracking der Monozyten/Makrophagen mittels RFP. Kein Nachweis von RFP + Monozyten/Makrophagen in Lunge, Leber, Skelettmuskel, Leber, Niere (hier nicht gezeigt) und Haut (hier nicht gezeigt). In Milz und Lymphknoten ist nur eine geringe unspezifische background staining zu sehen. Signifikante Anzahl von RFP + Monozyten/Makrophagen konnten im Myokard der Mäuse gesehen warden, denen IL-10 behandelte RFP + Monozyten/Makrophagen verabreicht wurden (representative photographs).

5 Research Focus 4: - Title: Identifizierung von spezifischen micrornas, die in der Induktion, Pathogenese und Ausheilung der Herzmuskelentzündung eine Bedeutung spielen sowie Identifizierung epigenetischer Faktoren, die die Empfänglichkeit für eine Autoimmunmyokarditis beeinflussen. - Investigator(s): Prof. Dr. med. Ziya Kaya Seit der Entdeckung kleiner nichtkodierender RNAs, den sogenannten micrornas (mirna) im Jahre 1993 weisen zahlreiche Experimente auf eine überragende Rolle bei der Feinregulation zellulärer Vorgänge durch mirnas hin. Untersuchungen an humanen Modellen mit einer Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis fördern typische mirna-expressionsprofile zu Tage. Dabei kann aber keine Unterscheidung hinsichtlich der Einflussnahme des Viruses direkt und einer nachfolgenden Autoimmunantwort auf die mirna-expression vorgenommen werden. Durch die Provokation einer Myokarditis mit kardialem Troponin I (ctni) im murinen Modell lässt sich das entstehende mirna-expressionsmuster allein auf die Autoimmunreaktion zurückführen. Die Identifizierung bestimmter mirna s und ihrer Bedeutung könnte zur Etablierung neuer Therapieansätze bei der Autoimmunmyokarditis führen. Desweiteren gibt es eine bisher nicht geklärte, jedoch wichtige Beobachtung in allen Tierexperimenten zur Autoimmunmyokarditis, unabhängig ob mit kardialem Troponin I oder Herzmyosin induziert: Trotz Benutzung von Tieren gleichen Alters, gleichen Geschlechtes, gleichem Laborpersonal und erfolgreicher Immunizierung mit der gleichen Emulsion (= vergleichbar gleich starke humorale und zelluläre Antwort auf das Antigen (Autoantikörper- und Zytokinproduktion)) entwickeln ca % der immunizierten Tiere keinerlei Zeichen einer Herzmuskelentzündung bzw. funktionsstörung. Diese Beobachtung soll in einem zweiten Ansatz mit der Frage einer möglichen epigenetischen Beeinflussung der Immunantwort untersucht werden. - Keywords: mirna, Epigenetik, inflammatorische Kardiomyopathie, Autoimmunität, neue antiinflammatorische Therapieansätze.