Autoinflammatorische Erkrankungen umfassen genetisch definierte Entitäten sowie auch multifaktorielle Erkrankungen. Molekulare Mechanismen, Therapiekonzepte, sowie Prognosen von autoinflammatorischen Erkrankungen sind nicht gut untersucht. AID-Net hat gezeigt, dass der nicht-klassischen Sekretion von Interleukin-1ß und S100-Alarminen sowie neuen Mechanismen der Genregulation eine entscheidende Bedeutung bei der Autoinflammation zukommt. Der translationale Ansatz vereint Experten zur Zellbiologie, zu sekretorischen Mechanismen, eine Biobank vernetzt mit einem Patientenregister und klinische Ansätze in einer einzigartigen Forschungsstruktur. Die Forschung fokussiert auf S100-vermittelte Entzündungsprozesse, die Verstärkung autoinflammatorischer Mechanismen durch Mitglieder der NF-kB-Familie und die Aktivierung des Inflammasoms. Die translationalen Ansätze sollen biologische und klinische Signaturen für neue Therapieansätze hervorbringen. Die zentrale Einheit zum ‚Next Generation Sequencing‘ und die bioinformatischen Analysen seltener autoinflammatorischer Erkrankungen werden diese umfassenden Ansätze unterstützen. Aufbauend auf bisherigen Vorarbeiten wird AID-Net neue molekulare Zielstrukturen für zukünftige innovative Therapien identifizieren Leitlinien für eine evidenzbasierte Behandlung von autoinflammatorischen Erkrankungen erbringen. Die Projekte TP 1 und TP5 umfassen biochemische und molekularbiologische Ansätze und Methoden sowie eigens etablierte, genetisch modifizierte Zellmodelle zur Analyse alternativer Sekretionsprozesse. Darüber hinaus werden genomweite Expressionsprofile von Entzündungszellen erhoben. Die Biomarkerstudien zur Verlaufskontrollen verschiedener autoinflammatorischer Erkrankungen (TP1, TP7) beinhalten eigens entwickelte, diagnostische Immunoassays. TP8 umfasst genomische Exomanalysen, die Erstellung von Genexpressionsprofilen, wie auch bioinformatische Auswertungen. TP 9 umfasst die zentrale Koordinierung.

Es sollen Einblicke in die Regulation der Bildung des Entzündungsmediators Interleukin-1ß (IL1ß) bei autoinflammatorischen Syndromen im Kindesalter gewonnen werden, um neue therapeutische Ansatzpunkte zu definieren. Hierzu sollen 1) die Aktivierung von sogenannten Inflammasomen durch posttranslationale Phosphorylierung und 2) die Regulation der IL1ß-Genaktivierung durch neue transkriptionelle Regulatoren, sogenannte atypische IkB-Proteine, untersucht werden. Durch beide Ansätze könnten bislang unbekannte Mechanismen der erhöhten IL1ß-Produktion bei Kindern mit autoinflammatorischen Syndromen identifiziert werden. Die Produktion des Entzündungsmediators IL1ß wird zum einen durch die Aktivierung des IL-1ß Gens, zum anderen durch eine proteolytische Spaltung des IL1ß-Vorläufermoleküls gesteuert. Bei letzterem spielen hochmolekulare Proteinkomplexe, sogenannte Inflammasomen, eine entscheidende Rolle. Diese setzen sich u.a. aus der Protease Caspase-1 und dem NLRP3-Protein zusammen. Über welche Mechanismen die Aktivität des Inflammasoms gesteuert wird, ist weitgehend unbekannt. Die Vorarbeiten zeigen, dass die Bildung von Inflammasomen und die folgende proteolytische Spaltung des IL1ß-Vorläufers durch eine Phosphorylierung von NLRP3 aktiviert werden. Im Projekt sollen deshalb die bislang unbekannte NLRP3-Kinase identifiziert und ihre mögliche Fehlregulation in autoinflammatorischen Erkrankungen untersucht werden. In einem weiteren Ansatz wird analysiert, welche Bedeutung zwei neue transkriptionelle Regulatoren, nämlich die Proteine IkBNS (NFKBID) und IkBz (NFKBIZ), für die erhöhte IL1ß-Genexpression spielen. Das Projekt wird damit nicht nur neue Einblicke in die (Dys)regulation der IL1ß-Synthese liefern, sondern auch potenzielle Angriffspunkte für die therapeutische Intervention in autoinflammatorischen Erkrankungen identifizieren.

Es gibt zwei Hauptsysteme, die für die Produktion von reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) in der Zelle zuständig sind: Die Mitochondrien im Zellplasma und die NADPH Oxidasen in der Zellmembran. In diesem Projekt soll herausgefunden werden wie groß der Beitrag der jeweils gebildeten ROS bei der Produktion entzündungsfördernder Zytokine (wie z.B. IL1beta) ist, und wie sich die beiden ROS produzierenden Systeme gegenseitig beeinflussen. Im Knochenmark von Patienten mit Septischer Granulomatose (Defekt der NADPH Oxidase 2) konnten erhöhte Werte für IL1beta und weitere Zytokine festgestellt werden, die zu einer Beeinträchtigung des Blut-Stammzellpools führten. Daher soll ermittelt werden ob und in welchen Ausmaß diese Entzündungs-Überreaktion auch in anderen Krankheitsbildern mit Auto-Inflammatorischer Komponente eine ähnliche Auswirkung hat. Folgende Fragen sollen angegangen werden: 1. Wie sind die Veränderungen bei der Aktivierung des NLRP3 Inflammasom Komplexes durch mitochondrial abgeleitete ROS in An- bzw. Abwesenheit der NADPH Oxidase; 2. Aktives NLRP3 führt zur Überproduktion/-Aktivierung von IL1beta?; 3. Welche Wechselwirkungen bestehen zwischen NADPH oxidase und mitochondrial abgeleiteten ROS im präklinischen Modell mit erhöhter IL1beta Aktivität?; 4. Wie stark sind Blutstammzellen von Patienten mit auto-inflammatorischem Krankheitsbild in ihrer Qualität als repopuliernde Stammzellen eingeschränkt und welche Mechanismen sind hierfür verantwortlich?

Der Wachstumsfaktor Fibroblast Growth Factor 2 wird von Tumorzellen ausgeschüttet. Er bewirkt die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen durch die Stimulation der Blutgefäßneubildung und begünstigt hierdurch das Tumorwachstum. Darüber hinaus ist bekannt, dass Fibroblast Growth Factor 2 Entzündungsreaktionen modulieren kann. Dieses Projekt untersucht den molekularen Mechanismus mit dessen Hilfe Tumorzellen Fibroblast Growth Factor 2 in den extrazellulären Raum freisetzen können. Dieser als unkonventionelle Proteinsekretion bezeichnete Prozess soll systematisch mit der zellulären Freisetzung von Interleukin 1ß verglichen werden, einem Zytokin mit einer zentralen Rolle in Entzündungsprozessen. Es werden neue Einblicke in die Mechanismen der unkonventionellen Sekretionswege von Zytokinen und Wachstumsfaktoren erwartet. Diese können als Grundlage zur Entwicklung von neuen Medikamenten für die Behandlung autoinflammatorischer Krankheiten und verschiedener Krebsformen dienen. Das Erreichen der genannten Ziele wird durch eine Kombination von biochemischen, biophysikalischen und zellbiologischen Methoden angestrebt. FGF2 und Interleukin 1ß werden in unterschiedlichen Formen rekombinant hergestellt sowie in zell-basierten Systemen induzierbar exprimiert. Zur Analyse der Disulfidbrücken wird moderne Proteinmassenspektrometrie zum Einsatz kommen. Der oligomere Zustand von FGF2 auf Zelloberflächen wird durch Oberflächenbiotinylierung in Kombination mit nicht-reduzierenden SDS-PAGE Systemen und nativer Gelelektrophorese analysiert. Darüber hinaus wird in diesem Projekt eine potenzielle Rolle der Sulfhydryloxidase ALR2 in unkonventionellen Sekretionsprozessen untersucht.

Ziele des Vorhabens sind: Entwicklung von diagnostischen und therapeutischen Strategien, Beschreibung von Komplikationen und Toxizität der Medikamente sowie Kostenreduktion im Gesundheitswesen, Initiierung eines Patientenforums und Integration der subjektiven Patientenangaben zur Krankheitsaktivität, Ausweitung der Registerstruktur auf weitere seltene, autoinflammatorische (AID) und autoimmunologische Erkrankungen (AD). Arbeitsschritte sind: 1. Fortführung von bereits betreuten und Einschluss von neu diagnostizierten Patienten mit AID; 2. Intensivierung der Datensammlung auf klinischer und laborchemischer Ebene durch Vernetzung mit den beiden Biobanken; 3. Kooperationen auf nationaler Ebene und internationaler Ebene und Auswertung zusammengeführter Daten zur Erhöhung der Datenqualität; 4. Ausweitung des Registers auf weitere, seltene AID- und AD-Erkrankungen; 5. Verlaufsuntersuchungen der Biomarker unter medikamentöser Therapie; 6. Standardisierung und Harmonisierung der Behandlung durch Therapieleitlinien, Entwicklung von Fall-Kontroll-Studien und Anwendungsbeobachtungen; 7. Identifizierung neuer AID im Kollektiv der klinisch definierten unklaren AID-Patienten; 8. Integration der betroffenen Patienten durch Patientenhomepage, Selbsthilfegruppen, Patientenforum und aktive Mitarbeit im Register durch Angabe der subjektiven Erkrankungsaktivität sowie der Lebensqualität.