Entwicklung konditionaler Mausmodelle zur Erforschung von NF-κB Genfunktionen beim Schlaganfall und bei der Pankreatitis
Eines der wichtigsten molekularbiologischen Grundkonzepte ist das der differentiellen Genexpression, die es einem Organismus erlaubt, in Abhängigkeit von äußeren und inneren Bedingungen, die Expression seiner Gene zu steuern. In nahezu allen Körperzellen des Menschen konnte eine Klasse von Proteinen nachgewiesen werden, die mit dem Sammelbegriff NF-κB bezeichnet wird. NF-κB Proteine liegen üblicherweise in einem inaktivem Zustand in der Zelle vor und werden durch äußere oder innere Reize aktiviert und können dann diese Signale in Veränderungen der Genexpression umsetzen. Diese Genregulatoren erlauben es dem Organismus sich so schnell auf neue Bedingungen einzustellen. Allerdings kommt es auch bei vielen Erkrankungen wie z.B. der Tumorentstehung, unkontrollierten Entzündungsprozessen oder neurodegenerativen Vorgängen zu einer fehlgesteuerten Aktivierung der NF-κB Genregulatoren.
Ziel der aktuellen Forschung ist es nun genau zu verstehen wie NF-κB in diese Krankheitsprozesse eingreift, um nachfolgend Möglichkeiten zur therapeutischen Intervention aufzuzeigen ohne natürlich die physiologischen Funktionen von NF-κB zu beeinträchtigen. Hier liegt aber auch die Problematik an der Sache. NF-κB kommt in jeder Körperzelle vor und man weis, dass schwerwiegende bis tödliche Folgen für den Organismus auftreten, wenn NF-κB Gene in allen Zellen ganz ausgeschaltet werden. Ziel von Baumann's Arbeiten war es daher Mausmodelle zu erzeugen, bei der NF-κB nur in ganz bestimmten Zellen genetisch moduliert werden kann und diese Modulation auch von außen steuerbar ist.
Unter Verwendung des tetrazyklin-regulierten Genexpressionssystems konnten Mausmodelle etabliert werden, in denen sich die NF-κB Aktivität zum einen in Neuronen zum anderen in pankreatischen Azinuszellen beliebig verändern lässt. Dieses System zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die NF-κB Aktivierung gezielt nur in krankheitsrelevanten Zellen zu nahezu jedem gewünschten Zeitpunkt induziert oder blockiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass direkt am lebenden Tier überprüft werden kann, ob die Maschinerie zur Modulation von NF-κB im gewünschten Organ aktiv ist (siehe Abbildung).

- Abb.: Transgene Mausmodelle mit aktivem und inaktivem System zur Modulation der NF-κB Aktivität in Neuronen des Gehirns (links) und Azinuszellen des Pankreas (rechts). Die generierten Mausmodelle besitzen die Eigenschaft, dass erst durch die Gabe von Tetrazyklin das genetische System aktiviert wird und durch ein bioluminiszens-technisches Verfahren mittels einer hochsensitiven Kamera in der lebenden Maus sichtbar gemacht werden kann. Gezeigt sind jeweils ein Kontrolltier und ein Tier mit aktiviertem System.
Mit Hilfe dieser Mausmodelle konnte nun ein klares Bild von der Wirkungsweise von NF-κB beim Schlaganfall und der akuten Pankreatitis entwickelt werden. Es wurde festgestellt, dass Mäuse mit hyperaktivem NF-κB in Neuronen stärkere Schäden davontragen und dass weit mehr Zellen absterben als üblich. Umgekehrt überleben geschädigte Neuronen bei blockiertem NF-κB besser und können sich sogar erholen. Außerdem scheinen diese positiven Auswirkungen von langfristiger Natur sein, da Neuronen in den beschädigten Geweben auch Tage nach dem Schlaganfall noch am Leben waren.
Bei der aktuten Pankreatitis ist die Funktion von NF-κB bei der Entstehung der Erkrankung und deren Verlauf Gegenstand kontroverser Diskussionen. Die Befundlage lässt sowohl die Schlussfolgerung zu, dass NF-κB Aktivierung eine protektive Wirkung auslöst aber auch eine gegenteilige Funktion wird vertreten, dass NF-κB vielmehr die Ursache für die Entstehung der Erkrankung ist.
Die von Baumann generierten Mausmodelle konnten nun belegen, dass eine experimentelle Pankreatitis durch genetische NF-κB Blockade in pankreatischen Azinuszellen signifikant abgemildert werden kann. Die Befunde sprachen deshalb für eine ursächliche Wirkung von NF-κB bei der Entstehung der akuten Pankreatitis. Diese Hypothese konnte letztlich mit einem weiteren Mausstamm bewiesen werden. Eine gezielte genetische Aktivierung von NF-κB in Azinuszellen ist bereits alleine ausreichend, um eine Pankreatitis auszulösen.
Die erzielten Forschungsergebnisse lassen es daher sehr sinnvoll erscheinen nun zu überprüfen, ob beim Schlaganfall und bei der akuten Pankreatitis effektive Wirkstoffe zur Hemmung der NF-κB Aktivität zu Therapiezwecken eingesetzt werden können. In aktuellen Forschungsarbeiten beschäftigt sich Dr. Baumann und seine Arbeitgruppe mit der Frage, welche Folgen eine langfristige Modulation der NF-κB Aktivität für die physiologische Funktion von Neuronen und Azinuszellen nachsichzieht. Die Beantwortung dieser Frage ist ein äußerst kritischer Faktor, wovon die therapeutische Anwendung von NF-κB Hemmstoffen entscheidend abhängt.
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