Marlene Spitzel

• Fabry disease (FD), an X-linked lysosomal storage disorder, is caused by variants in the gene α-galactosidase A (GLA). As a consequence, the encoded homonymous enzyme GLA is not produced in sufficient amount or does not function properly. Subsequently, globotriaosylceradmide (Gb3), the target substrate of GLA, starts accumulating in several cell types, especially neurons and endothelial cells. FD patients suffer from multiorgan symptoms including cardiomyopathy, nephropathy, stroke, and acral burning pain. It is suggested that the impact ofFabry disease (FD), an X-linked lysosomal storage disorder, is caused by variants in the gene α-galactosidase A (GLA). As a consequence, the encoded homonymous enzyme GLA is not produced in sufficient amount or does not function properly. Subsequently, globotriaosylceradmide (Gb3), the target substrate of GLA, starts accumulating in several cell types, especially neurons and endothelial cells. FD patients suffer from multiorgan symptoms including cardiomyopathy, nephropathy, stroke, and acral burning pain. It is suggested that the impact of pathological Gb3 accumulation, inflammatory and hypoxic processes, and vasculopathy are contributing to the specific FD pain phenotype. Thus, we investigated the role of inflammation, hypoxia, and vasculopathy on molecular level in dorsal root ganglia (DRG) of the GLA knockout (KO) mouse model. Further, we investigated pain-like characteristics of GLA KO mice at baseline (BS), after capsaicin administration, and after repeated enzyme replacement therapy (ERT) administration for a period of 1.5 years. Acquired data showed disturbances in immune response markers represented by downregulated inflammation-associated genes and lower numbers of CD206+ macrophages in DRG of GLA KO mice. Hypoxic mechanisms were active in DRG of GLA KO mice reflected by increased gene expression of hypoxia- and DNA damage-associated targets, higher numbers of hypoxia-inducible factor 1α-positive (HIF1α+) and carbonic anhydrase 9-positive (CA9+) neurons in DRG of GLA KO mice, and DRG neuronal HIF1α cytosolic-nuclear translocation in GLA KO mice. Vascularization in DRG of GLA KO mice was reduced including lower numbers of blood vessel branches and reduced total blood vessel length. Pain-like behavior of the GLA KO mouse model revealed no mechanical hypersensitivity at BS but age-dependent heat hyposensitivity, which developed also age-matched wild type (WT) mice. Capsaicin administration under isoflurane anesthesia did not elicit the development of nocifensive behavior in GLA KO mice after mechanical or heat stimulation. Repeated ERT administration did not show a clear effect in GLA KO mice in terms of restored heat hyposensitivity to BS paw withdrawal latencies. In summary, we demonstrated the impact of disturbed immune response markers, active hypoxic mechanisms, and reduced vascularization on molecular FD pathophysiology.…
• Morbus Fabry (M. Fabry oder Fabry disease, FD) ist eine X-chromosomal vererbte, lysosomale Speichererkrankung, die durch Varianten im Gen α-Galaktosidase A (GLA) verursacht wird. Das durch GLA kodierte gleichnamige Enzym GLA kann somit nicht in ausreichender Menge produziert werden oder erhält nicht die volle Funktionalität. Als Folge akkumuliert das Glykosphingolipid Globotriaosylceramid (Gb3), welches das Zielsubstrat von GLA ist und durch dieses Enzym normalerweise abgebaut wird. Gb3 Akkumulationen sind in verschiedenen Zelltypen zu finden,Morbus Fabry (M. Fabry oder Fabry disease, FD) ist eine X-chromosomal vererbte, lysosomale Speichererkrankung, die durch Varianten im Gen α-Galaktosidase A (GLA) verursacht wird. Das durch GLA kodierte gleichnamige Enzym GLA kann somit nicht in ausreichender Menge produziert werden oder erhält nicht die volle Funktionalität. Als Folge akkumuliert das Glykosphingolipid Globotriaosylceramid (Gb3), welches das Zielsubstrat von GLA ist und durch dieses Enzym normalerweise abgebaut wird. Gb3 Akkumulationen sind in verschiedenen Zelltypen zu finden, jedoch bevorzugt in Neurone und Endothelzellen. FD-Patienten leiden unter Symptome, die verschiedene Organe betreffen, insbesondere Kardiomyopathien, Nephropathien, Schlaganfälle, und brennende Schmerzen in den Extremitäten. Es wird vermutet, dass neben dem pathologischen Einfluss der Gb3 Ablagerungen auch inflammatorische und hypoxische Prozesse und Vaskulopathien zum spezifischen FD-Schmerzphänotyps beitragen. Daher wurde die Rolle der Inflammation, Hypoxie und Vaskulopathie auf molekularer Ebene in Spinalganglien (dorsal root ganglion, DRG) eines FD-spezifischen GLA knockout (KO) Mausmodells untersucht. Des Weiteren wurde der Schmerz-ähnliche Phänotyp in GLA KO Mäusen unter nativen Bedingungen, nach Capsaicingabe und unter Enzymersatztherapie (enzyme replacement therapy, ERT) während einer Dauer von 1,5 Jahren untersucht. Unsere erhobenen Daten zeigten eine Beeinträchtigung von Faktoren der Immunantwort, die sich durch herunterregulierter Genexpression Inflammations-assoziierter Gene und einer geringeren Anzahl an CD206+ Makrophagen in DRG von GLA KO Mäusen nachweisen ließ. Zu aktiven Hypoxiemechanismen trugen eine hochregulierte Genexpression Hypoxie- und DNA-Schäden-assoziierter Gene, eine höhere Anzahl an hypoxia-inducible factor 1α-positiver (HIF1α+) und carbonic anhydrase 9-positiver (CA9+) Neurone in DRG von GLA KO Mäusen, und die DRG neuronale HIF1α Translokation zwischen Zytosol und Nukleus bei. Die Vaskularisierung der DRG in GLA KO Mäusen war reduziert zusätzlich zu der geringeren Anzahl an Blutgefäßverzweigungen und einer Reduzierung der gesamten Blutgefäßlänge. Die Untersuchungen des nativen Schmerz-ähnlichen Verhaltens der GLA KO Mäuse zeigte keine Entwicklung mechanischer Hypersensitivität, während sich eine Hitzehyposensitivität mit steigendem Alter der Tiere entwickelte, die sich auch in altersangepassten Wildtyp (WT) Mäusen zeigte. Eine Capsaicingabe unter Isoflurannarkose zeigte keine erhöhte Sensitivität der GLA KO Mäuse nach mechanischer oder Hitzestimulation. Wiederholte ERT-Gaben zeigten keine Verbesserung der Hitzehyposensitivität auf ein natives Niveau der Pfotenrückzuglatenz. Wir konnten den Einfluss beeinträchtigter Faktoren der Immunantwort, aktiver Hypoxieprozesse und reduzierter Vaskularisierung in DRG von GLA KO Mäusen auf die molekulare FD-Pathophysiologie zeigen.…