NFP37 SOMATIC GENE THERAPY Divulgation Abstracts phase B

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GAY, Steffen	Uni-Spital Zuerich, Zentrum für Experimentelle, Rheumatologie, Gloriastr. 25, CH-8091 Zuerich tel. 01 255 5737; fax 01 255 4170 e-mail: ruzgay@ruz.unizh.ch
Title:	Inhibition of matrix metalloproteinases mediated joint destruction in rheumatoid arthritis by a three level gene transfer approach
Co-applicants:
Collaborators:	names
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DIVULGATION TEXT AT SUBMISSION (1998):

Inhibition of matrix metalloproteinases mediated joint destruction in rheumatoid arthritis by a three level gene transfer approach

Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic systemic disorder that affects primarily the joints and results in the severe destruction of articular cartilage and bone. Activated fibroblast-like synoviocytes (FLS) contribute significantly to the pathogenesis of disease. They display an altered morphology and are imbued with some tumor-like features such as anchorage-independent growth and loss of contact inhibition. In the course of disease, RA-FLS attach to and deeply invade the articular cartilage through the release of matrix-degrading enzymes such as matrix metalloproteinases (MMPs). The understanding that the upregulation of MMPs is linked to the specific properties of activated RA-FLS has resulted in the development of a three level gene transfer approach. This includes: (i) the interruption of external stimulation of RA-FLS through the delivery of genes for anti-inflammatory cytokine/cytokine receptors such as IL10 and the IL-1 receptor antagonist, (ii) the modulation of internal signaling cascades that result in the activation of RA-FLS through gene transfer with dominant negative mutants of signaling molecules, and (iii) the delivery of ribozymes that specifically inhibit the production of mRNA for MMPs. To investigate the effects of these gene transfer approaches on the expression of MMPs as well as the invasive behavior of RA-FLS, the SCID mouse co-implantation model of RA is used. In this model, RA-FLS are implanted together with normal human cartilage into severe combined immmuodeficient (SCID) mice. After 60 days the implants are removed and analyzed by histology as well as by in situ techniques. Applying this model, it was shown that RA-FLS maintain their aggressive behavior in the absence of human inflammatory cells. Therefore, this model is a feasible tool to assess changes in the invasiveness of RA-SF when transduced with potentially therapeutic gene products.

text (font Courier, corps 3)

Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch entzündliche Systemerkrankung, die vor allem die Gelenke befällt und hier zu einer fortschreitenden Zerstörung führt. Forschungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass aktivierte Fihroblasten an den pathologischen Prozessen, die schliesslich zur Gelenkdestruktion führen eine entscheidende Rolle spielen. Diese Fihroblasten weisen eine veränderte Morphologie auf und sind durch Veränderungen in der Expression von Signalmolekülen und -kaskaden gekennzeichnet, wie sie in ähnlicher Form auch in Tumoren gefunden werden. Obwohl es sich bei dem hyperplastischen rheumatoiden Gewebe (Synovium) nicht um einen Tumor handelt, bestehen offenbar einige gemeinsame Mechanismen der zellulären Aktivierung. Ausserdem werden aktivierte Fibroblasten von Patienten mit RA durch Zytokine, die im entzündeten rheumatoiden Synovium gefunden werden, zusätzlich stimuliert. Dies führt zu einer verstärkten Expression vom matrixzerstörenden Enzymen, zu denen vor allem die Matrixmetalloproteinasen (MMPs) gehören. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Produktion solcher MMPs mittels Gentranfer zu hemmen. Dazu sollen a) der Einfluss von Entzündungsmediatoren durch Übertragung von Genen für anti-entzündliche Zytokine gehemmt, b) Signalübertragungswege, die zur Aktivierung synovialer Fibroblasten beitragen mittels mutierter Signalmoleküle unterbrochen und c) die Expression von MMPs durch den Transfer von spezifischen Hemmmolekülen inhibiert werden (Abbildung).

Im ersten Jahr des Projektes lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Signalmoleküle Raf-1, c-Myc und p53 für die eine Beteiligung an der Aktivierung von rheumatoiden Fibroblasten nachgewiesen wurde. Wir konnten in einem Tiermodel für die rheumatische Knorpelzerstörung (SCID Maus Model) zeigen, dass die Inhibition von Raf-1 bzw. c-Myc zu einer Verminderung der Invasivität aktivierter Fihroblasten führt. Zusätzlich konnten wir nachweisen, dass eine Inhibition von Raf-1 die Expression von MMPs hemmt. Im Gegensatz führt eine Hemmung des Tumorsuppressors p53 zu einer Verstärkung der invasiven Eigenschaften solcher Fibroblasten und bewirkt im SCID Maus Modell sogar ein aggressives Verhalten normaler synovialer Fibroblasten. Dies ist von Bedeutung, da in der letzten Zeit mehrere Berichte über Mutationen des p53 Gens bei RA publiziert wurden. In weiteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass der Gentransfer von Molekülen, die spezifisch die Expression einzelner MMPs hemmen können (Ribozyme), eine Reduktion der MMP Expression erreicht werden kann. Allerdings, scheint der Effekt der Ribozyme nach etwa 60 Tagen nachzulassen. Dies ist offenbar auf eine verminderte Expression der Ribozyme in den Zielzellen zurückzuführen. Gegenwärtig erfolgt die Entwicklung neuer Vektorsysteme, mit denen dieses Problem überwunden werden soll.

Zusammenfassend konnten im Berichtszeitraum wichtige Fortschritte bei der Aufklärung relevanter Mechanismen der Aktivierung von synovialen Fibroblasten sowie der Identifizieren potentieller Zielmoleküle für die Inhibition der rheumatischen Gelenkzerstörung erzielt werden. Weiteren Untersuchungen werden die Relevanz dieser Ergebnisse sowie alternative Zielmoleküle (besonders Zytokine) zum Ziel haben.

--> Bild folgt später

text (font Courier, corps 3)

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