Neural stem cell-based GDNF and CNTF for the treatment of retinal degeneration in a mouse model of CLN7 disease

Abstract

Neuronale Ceroid-Lipofuszinose (NCL) ist der Sammelbegriff für eine Gruppe seltener neurodegenerativer lysosomaler Speichererkrankungen. Die Patienten leiden unter verschiedenen schweren neurologischen Symptomen und versterben gewöhnlich frühzeitig. Ein Visusverlust gehört bei den meisten NCL Formen – wie auch der CLN7 Erkrankung - zu den typischen Symptomen. Die Cln7 knockout (ko) Maus stellt ein Modell für diese Erkrankung dar. Die Mutante rekapituliert verschiedene Merkmale der humanen Erkrankung, einschließlich einer retinalen Degeneration. Ziel dieser Arbeit war es, eine frühere phänotypische Charakterisierung der Cln7 ko Retina zu vertiefen, und das therapeutische Potential eines Stammzell-(NSC) basierten neuroprotektiven Ansatzes zur Behandlung der retinalen Dystrophy zu überprüfen. Die vorliegende Arbeit bestätigt frühere Berichte, die eine früh einsetzenden Anreicherung von lysosomalen Speichermaterial, eine Dysregulation lysosomaler Proteine, eine ausgeprägte reaktive Astrogliose und Mikrogliose, eine gestörte Autophagie und eine schnelle Degeneration von Stäbchen-Photorezeptoren gezeigt haben. Außerdem weist diese Arbeit zum ersten Mal eine früh einsetzende Degeneration von Zapfen-Photorezeptoren und von Stäbchen- und Zapfen-Bipolarzellen nach. Eine ausgeprägte Reduktion der Antworten in skotopischen und photophischen Elektroretinogramm- (ERG) Ableitungen steht im Einklang mit dem Verlust von Stäbchen- und Zapfen-Photorezeptoren und Stäbchen- und Zapfen-Bipolarzellen. Eine kontinuierliche Applikation der neuroprotektiven Faktoren „ciliary neurotrophic factor“ (CNTF), „glial cell line-derived neurotrophic factor“ (GDNF) oder eine Ko-Applikation beider Faktoren (GDNF/CNTF) über intravitreale Transplantationen lentiviral modifizierter neuraler Stammzellklone hatte keinen Effekt auf die Akkumulation von Speichermaterial, die lysosomale Hypertrophie, die Neuroinflammation oder die gestörte Autophagie. Dagegen förderte CNTF– und ein einem geringeren Umfang GDNF/CNTF– das Überleben von Stäbchen-Photorezeptoren, aber nicht das Überleben von Zapfen-Photorezeptoren oder Bipolarzellen. Trotz dieses positiven therapeutischen Effekts hatten beide Behandlungen einen negativen Effekt auf die retinale Funktion. Im Widerspruch zu früheren Studien in Tiermodellen für andere retinale Dystrophien hatte GDNF keinen therapeutischen Effekt auf die retinale Degeneration in der Cln7 ko Maus. Vielmehr wurden negative Effekte auf die Amplituden der b-Welle in skotopischen und photopischen ERGs beobachtet.