Die Rolle von Hsp90-assoziierten DNA-Replikations-Checkpoint-Proteinen und Proteasom-Untereinheiten bei der altersbedingten Makuladegeneration
Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der weltweit häufigsten Ursachen für Sehverlust, insbesondere bei älteren Menschen. Trotz ihrer erheblichen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit sind die molekularen Mechanismen, die der Entstehung und Progression von AMD zugrunde liegen, noch unzureichend verstanden. Diese Studie zielt darauf ab, Schlüsselgene zu identifizieren, die am Fortschreiten der AMD beteiligt sind, mit einem Fokus auf das retinale Pigmentepithel (RPE) und dessen Rolle in der Pathogenese.
AMD wird klinisch in Früh- und Spätstadien unterteilt. Frühstadien sind durch Drusenablagerungen und RPE-Anomalien gekennzeichnet, während Spätstadien eine choroidale Neovaskularisation (CNV) oder geografische Atrophie (GA) umfassen. Die globale Prävalenz von AMD nimmt zu, mit geschätzten 288 Millionen Fällen bis 2040. Aktuelle Therapien wie Anti-VEGF-Behandlungen haben die Häufigkeit von Sehbeeinträchtigungen reduziert, aber für atrophe AMD existieren keine wirksamen Therapien. Daher ist das Verständnis der molekularen Mechanismen von AMD entscheidend für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien.
Das RPE spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der retinalen Homöostase, indem es die Netzhaut vor systemischen Schäden schützt und den Transport von Nährstoffen und Abfallprodukten reguliert. RPE-Schäden sind ein Schlüsselmerkmal der AMD und führen zum fortschreitenden Verlust von Photorezeptoren. Die Seneszenz des RPE, ausgelöst durch Depletion von Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+), ist eng mit der AMD-Progression verbunden. Zudem wurde eine beeinträchtigte Autophagie in RPE-Zellen mit der AMD-Entwicklung in Verbindung gebracht. Genmutationen oder veränderte Genexpression im RPE tragen zur Pathogenese bei, weshalb die Analyse von RPE-Genexpressionsprofilen entscheidend ist.
In dieser Studie analysierten wir differentiell exprimierte Gene (DEGs) in AMD-RPE/Choroidea-Geweben unter Verwendung der Microarray-Datensätze GSE99248 und GSE125564 aus der Gene Expression Omnibus (GEO)-Datenbank. Es wurden 174 DEGs im AMD-RPE im Vergleich zu gesunden Kontrollen identifiziert. GO- und KEGG-Enrichment-Analysen zeigten, dass diese DEGs vorwiegend in der Regulation der DNA-Replikation, des Zellzyklus und der proteasomvermittelten Proteinpolyubiquitinierung involviert sind. Eine Protein-Protein-Interaktions(PPI)-Netzwerkanalyse identifizierte die zehn wichtigsten Hub-Gene, darunter HSP90AA1, CHEK1, PSMA4, PSMD4 und PSMD8, die in seneszenten ARPE-19-Zellen hochreguliert waren.
HSP90AA1 kodiert für Hsp90, ein Chaperon, das für die Faltung und Stabilisierung zahlreicher zellulärer Proteine essenziell ist. Hsp90 steht im Zusammenhang mit AMD, und Hsp90-Inhibitoren wurden bereits in klinischen Studien zur AMD-Behandlung getestet. CHEK1 kodiert für die Checkpoint-Kinase Chk1, die DNA-Replikation und Alterungsprozesse reguliert. Chk1 ist ein Hsp90-Clientprotein, dessen Kinaseaktivität von Hsp90 abhängt. PSMA4, PSMD4 und PSMD8 sind Proteasom-Untereinheiten, die am Proteinabbau beteiligt sind. Die Hochregulation dieser Gene in seneszenten RPE-Zellen deutet auf ihre Rolle in der AMD-Progression hin.
Um die Funktion dieser Hub-Gene weiter zu untersuchen, induzierten wir Seneszenz in ARPE-19-Zellen mittels FK866, einem selektiven Inhibitor der Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase (NAMPT), der NAD+-Spiegel reduziert. HSP90AA1, CHEK1, PSMA4, PSMD4 und PSMD8 waren in FK866-behandelten Zellen hochreguliert, was ihre Beteiligung an RPE-Seneszenz und AMD bestätigt. HSP90AA1 reagierte besonders sensitiv auf niedrige FK866-Dosen, was seine zentrale Rolle unterstreicht.
Zudem untersuchten wir potenzielle Therapiestrategien durch Vorhersage von Wirkstoffen, die auf AMD-relevante Gene abzielen. Hsp90-Inhibitoren wie Geldanamycin und seine Derivate zeigen vielversprechende Ansätze. BX795, ein Chk1-Inhibitor, unterdrückt Entzündungen und ist für die Augentherapie geeignet. Bortezomib, ein Proteasom-Inhibitor, besitzt antitumorale Eigenschaften und könnte auch bei AMD wirksam sein.
Darüber hinaus analysierten wir die Rolle von microRNAs (miRNAs) bei der Regulation AMD-assoziierter Gene. miRNAs sind kleine nicht-kodierende RNAs, die die Genexpression posttranskriptionell steuern. Hsa-miR-16-5p wurde als potenzieller Regulator von HSP90AA1, CHEK1, PSMD4 und PSMD8 identifiziert. Diese miRNA steht im Zusammenhang mit Entzündungsregulation und könnte durch Targeting der Schlüsselgene die AMD-Progression beeinflussen.
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die Bedeutung von HSP90AA1, CHEK1, PSMA4, PSMD4 und PSMD8 in der AMD-Pathogenese durch ihre Beteiligung an RPE-Seneszenz. Die gezielte Modulation dieser Gene durch miRNAs oder kleine Moleküle könnte neue Therapieansätze eröffnen. Weitere Forschung ist erforderlich, um diese Ergebnisse zu validieren und die klinische Anwendbarkeit zu prüfen.
doi: 10.1097/CM9.0000000000001773