Systembiologie in der Ophthalmologie – innovative Wirkstoffidentifikation zur spezifischen Vermeidung postoperativer Fibrose

Abstract

Zusammenfassung Hintergrund Der Langzeiterfolg fistulierender Therapiekonzepte zur Behandlung des Glaukoms wird im Wesentlichen durch überschießende Vernarbungsreaktionen (Fibrose) limitiert. Zytostatika wie Mitomycin C können die Fibrose zwar verhindern, sind jedoch häufig mit Nebenwirkungen assoziiert. Spezifisch wirkende Antifibrotika sind derzeit nicht im klinischen Einsatz. Daher beschreibt diese Studie einen systembiologischen Ansatz, mit dem durch eine dedizierte Bioinformatik-Technologieplattform Wirkstoffe identifiziert und als Antifibrotikum repositioniert werden können. Material und Methoden Als Basis für den Wirkstoffidentifikationsprozess wurden differenzielle Genexpressionsdaten humaner Tenon-Fibroblasten (hTF) genutzt, die von unbehandelten hTF und von mit Transforming Growth Factor β1 (TGF-β1) stimulierten hTF („fibrotische Fibroblasten“) mittels Next-Generation Sequencing (NGS) erhoben wurden. Diese Daten wurden mit dem bioinformatischen Werkzeug „FocusHeuristics“ gefiltert. Im Vergleich mit der Connectivity-Map-Datenbank wurden der Fibrose entgegenwirkende Wirkstoffe identifiziert. Die Evaluierung eines potenziell erfolgversprechenden Wirkstoffs als Antifibrotikum wurde an hTF mittels indirekter Immunfluoreszenz in vitro durchgeführt. Ergebnisse Die Analyse der Genexpressionsdaten führte zur Identifikation mehrerer in fibrotische Prozesse involvierter Interaktionsnetzwerke von Genen bzw. Proteinen. Eines dieser Netzwerke beinhaltet das Zytokin Bone morphogenic Protein 6 (BMP6) sowie Interleukin 6 (IL6) und Fibroblast Growth Factor 1 (FGF1). Ein weiteres relevantes Netzwerk konnte rund um das CD34-Gen (CD34: Cluster of Differentiation 34) identifiziert werden. Der Vergleich dieser Daten mit denen der Connectivity Map ermöglichte die Identifikation eines entsprechend invers wirkenden Wirkstoffs. Dessen Evaluierung im fibrotischen Zellkulturmodell in vitro mittels indirekter Immunfluoreszenz führte zu einer deutlichen Expressionsreduktion der fibrotischen Markerproteine Fibronektin und Alpha-smooth Muscle Actin (α-SMA), womit die vorhergesagte antifibrotische Wirkung bestätigt werden konnte. Schlussfolgerung Systembiologische Ansätze können für die Identifikation von antifibrotischen Wirkstoffkandidaten zur Vermeidung postoperativer Fibrose genutzt werden und sollten sich über die Erfassung differenzieller Genexpressionsdaten weiterer okularer Zellen oder Gewebe auch auf andere ophthalmologische Anwendungsfelder transferieren lassen.