Zinc finger nuclease gene repair as a treatment for cystinosis

Cystinosis is a multi-system autosomal recessive disorder caused by mutations and/or deletions in both alleles of CTNS, a gene encoding for the low pH dependent lysosomal cystine exporter cystinosin. Cystinosis occurs in approximately 1:200,000 newborns worldwide and is characterised by an accumulation of cystine in the lysosomes. The most severe form of the disorder is nephropathic cystinosis presenting Fanconi syndrome and leads without treatment to an end-stage renal failure before the age of ten. The only treatment available so far is cysteamine therapy, which delays disease progression by five years, but does not provide a cure for cystinosis patients. Current gene and cell based therapeutic approaches have not yet provided a suitable alternative. A potentially approach for a long-term treatment could be to generate autologous gene–modified stem cells by repairing the gene. Zinc Finger Nucleases (ZFNs) serve as a tool to increase HDR up to a 200,000-fold by introducing a double-stranded break (DSB). Thus, simple mutations in the CTNS gene could be corrected by introduction of a double-stranded break using ZFNs to boost the process of HDR with a suitable donor DNA sequence. A permanent repair of the most common lesion CTNS, a 57 kb deletion, could be achieved by ZFN-mediated HDR using a minigene CTNS promoter/cDNA construct. The thesis describes the design and testing of seven zinc finger nuclease pairs for their cleavage activity in vitro and in cellulo.. A highly sensitive assay to detect even low levels of ZFN-mediated HDR was also developed. Finally, to further investigate the role of autophagy in tissue injury in cystinotic cells an assay to monitor autophagy levels in the cells was successfully developed. This assay provides the opportunity to demonstrate functional restoration of CTNS after successful ZFN-HDR in cystinotic cells.

Lysosomaler Transport kationischer Aminosäuren durch Mitglieder der SLC7-Familie

Lysosomaler Transport kationischer Aminosäuren (KAS) stellt einen Rettungsweg in der Cystinose-Therapie dar. Ein solches Transportsystem wurde in humanen Hautfibroblasten beschrieben und mit System c benannt. Des Weiteren stellt lysosomales Arginin eine Substratquelle für die endotheliale NO-Synthase (eNOS) dar. Das von der eNOS gebildete NO ist ein wichtiges vasoprotektiv wirkendes Signalmolekül. Ziel war es daher, herauszufinden, ob Mitglieder der SLC7-Unterfamilie hCAT möglicherweise System c repräsentieren.rnIn dieser Arbeit konnte ich die lysosomale Lokalisation verschiedener endogener, sowie als EGFP-Fusionsproteine überexprimierter CAT-Isoformen nachweisen. Mittels Fluoreszenz-mikroskopie wurde festgestellt, dass die in U373MG-Zellen überexprimierten Fusionsproteine hCAT-1.EGFP sowie SLC7A14.EGFP mit dem lysosomalen Fluoreszenz-Farbstoff LysoTracker co-lokalisieren. Eine Lokalisation in Mitochondrien oder dem endoplasmatischem Retikulum konnte mit entsprechenden Fluoreszenz-Farbstoffen ausgeschlossen werden. Zusätzlich reicherten sich die überexprimierten Proteine hCAT-1.EGFP, hCAT-2B.EGFP und SLC7A14.EGFP in der lysosomalen Fraktion C aus U373MG-Zellen zusammen mit den lysosomalen Markern LAMP-1 und Cathepsin D an. Gleiches galt für den endogenen hCAT-1 in der lysosomalen Fraktion C aus EA.hy926- und U373MG-Zellen sowie für den SLC7A14 in den humanen Hautfibroblasten FCys5. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit generierte Antikörper gegen natives SLC7A14 konnte erstmals die endogene Expression und Lokalisation von SLC7A14 in verschiedenen Zelltypen analysiert werden.rnObwohl eine Herunterregulation des hCAT-1 in EA.hy926-Endothelzellen nicht zu einer Reduktion der Versorgung der eNOS mit lysosomalem Arginin führte, ist eine Funktion von hCAT-1 im Lysosom wahrscheinlich. Sowohl die [3H]Arginin- als auch die [3H]Lysin-Aufnahme der Fraktion C aus U373MG-hCAT-1.EGFP war signifikant höher als in die Fraktion C aus EGFP-Kontrollzellen. Dies konnte ebenfalls für den hCAT-2B.EGFP gezeigt werden. Zusätzlich zeigten lysosomale Proben aus U373MG-hCAT-2B.EGFP-Zellen in der SSM-basierten Elektrophysiologie eine elektrogene Transportaktivität für Arginin. Das Protein SLC7A14.EGFP zeigte in keiner der beiden durchgeführten Transportstudien eine Aktivität. Dies war unerwartet, da die aus der Diplomarbeit stammende und im Rahmen dieser Dissertation erweiterte Charakterisierung der hCAT-2/A14_BK-Chimäre, die die „funktionelle Domäne“ des SLC7A14 im Rückgrat des hCAT-2 trug, zuvor den Verdacht erhärtet hatte, dass SLC7A14 ein lysosomal lokalisierter Transporter für KAS sein könnte. Diese Studien zeigten allerding erstmals, dass die „funktionelle Domäne“ der hCATs die pH-Abhängigkeit vermittelt und eine Rolle in der Substraterkennung spielt.rnZukünftig soll weiter versucht werden auch endogen eine Transportaktivität der hCATs für KAS im Lysosom nachzuweisen und das Substrat für das intrazellulär lokalisierte Waisen-Protein SLC7A14 zu finden. Eine mögliche Rolle könnte SLC7A14 als Transporter für Neurotransmitter spielen, da eine sehr prominente Expression im ZNS festgestellt wurde.rn

Cistinose : a propósito de uma doença renal de longa evolução com repercussões sobre o globo ocular

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Quando a oftalmologia diagnostica uma patologia sistémica : a propósito de um caso clínico

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014