Neuer Biomarker für FSHD-Muskeldystrophie könnte Patientenüberwachung verbessern

Forscher haben einen neuen zirkulierenden Biomarker für fazioskapulohumerale Muskeldystrophie (FSHD) identifiziert, der die Krankheitsüberwachung bei Patienten verbessern könnte. Das Protein KHDC1L wurde als zirkulierender Biomarker für DUX4-Aktivität während FSHD identifiziert, was Ärzten möglicherweise ermöglicht, den Krankheitsverlauf durch einfache Bluttests anstelle von invasiven Muskelbiopsien zu verfolgen. Diese Entdeckung, die in einer kürzlich in Human Molecular Genetics veröffentlichten Studie detailliert beschrieben wurde, entstand aus einer Zusammenarbeit zwischen Forschern des Tapscott-Labors und Wissenschaftlern von Avidity Biosciences.

FSHD ist eine erbliche Erkrankung, die durch fortschreitenden Muskelschwund gekennzeichnet ist, der zunächst das Gesicht, die Schultern und die Oberarme betrifft und sich auf alle Skelettmuskelgruppen ausbreitet. Die Krankheit wird durch unangemessene Expression des Transkriptionsfaktors DUX4 in Skelettmuskeln verursacht. Während der normalen embryonalen Entwicklung wird DUX4 für eine sehr kurze und spezifische Zeit exprimiert und zielt auf mehrere Gene für die Transkription ab, aber im Erwachsenenalter werden DUX4 und seine Ziele stillgelegt. Bei Personen mit FSHD zeigen Muskelbiopsien, dass DUX4 aberrant exprimiert wird und seine genetischen Ziele reaktiviert werden, wobei ihre Häufigkeit mit dem Krankheitsverlauf korreliert.

Das Forschungsteam begann seine Arbeit mit der Verwendung von DUX4-exprimierenden Myoblasten, um DUX4-Genziele zu identifizieren, die zu sekretierten Proteinen werden. Mittels Massenspektrometrie fanden sie mehrere sekretierte Proteine aus DUX4-exprimierenden Zellen, darunter KHDC1L. Dieses Protein war für die Forscher besonders interessant, weil sein Genpromotor eine DUX4-Bindungsstelle hat, KHDC1L-mRNA in FSHD vorhanden ist, aber in gesunden Muskelbiopsien fehlt, und es nicht von anderen adulten Geweben exprimiert wird.

Die biologische Funktion von KHDC1L ist unbekannt, und es existierten nur wenige Werkzeuge, um das Gen zu untersuchen. Die Gruppe entwickelte monoklonale Antikörper zum Nachweis des KHDC1L-Proteins und bestätigte, dass KHDC1L-Protein aus DUX4-exprimierenden Myoblasten freigesetzt wird. Weitere Arbeiten bestätigten, dass einer ihrer Antikörperklone hochspezifisch für KHDC1L war, was den Forschern ein neues Werkzeug zur Untersuchung dieses Proteins lieferte.

Die Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Avidity Biosciences konzentrierte sich auf die Entwicklung von Assays zum Nachweis von KHDC1L in FSHD-Plasma. Dies erwies sich als besonders herausfordernd, weil Reagenzien zum Nachweis von KHDC1L vor dieser Arbeit nicht existierten. Sie versuchten massenspektrometrie-basierte Ansätze, aber aufgrund von Reproduzierbarkeitsproblemen wechselte das Team zu anderen Techniken.

Die Forscher versuchten dann, einen elektrochemilumineszenzbasierten Immunoassay zum Nachweis des Proteins aus Plasmaproben zu verwenden. Sie nutzten den hochspezifischen Antikörper, um KHDC1L aus Patient*innenplasma zu binden, und einen anderen Antikörperklon, um zu detektieren, wie viel KHDC1L-Protein an den Bindungsantikörper gebunden war. Die KHDC1L-Häufigkeit in FSHD-Plasma tendierte höher als bei gesunden Freiwilligen, aber letztendlich war die Gruppe der Meinung, dass sie einen empfindlicheren Assay zum Nachweis von KHDC1L benötigten.

Behandlungen für FSHD könnten in Form einer Stilllegung der DUX4-Expression erfolgen. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass DUX4-RNA-Expression und die nachgeschalteten DUX4-Ziele mit einem Antisense-siRNA stillgelegt werden können, und mehrere Pharmaunternehmen entwickeln Therapien zur Unterdrückung der DUX4-Expression. Um zu bestimmen, ob diese Medikamente DUX4 in klinischen Studien unterdrücken, wäre eine Möglichkeit zur Überwachung der DUX4-Aktivität im gesamten Körper nützlich. Muskelbiopsien können nützlich sein, aber diese Verfahren sind invasiv und geben nur Einblicke in den Krankheitsverlauf in einem einzigen Gewebe. Die Identifizierung eines Markers für FSHD und DUX4-Aktivität, der im Blut zirkuliert, würde beide Probleme lösen: Ärzte hätten Informationen darüber, wie sich FSHD im gesamten Körper entwickelt, und Patient*innen müssten nur Blut abnehmen lassen.