Neuromyelitis optica (NMO) ist eine gegen Astrozyten gerichtete Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems, die vor allem den optischen Nerv und das Rückenmark betrifft und zu Lähmungen und eingeschränkter Sehkraft führt. Die Krankheit ist gekennzeichnet durch spezifische Autoantikörper, die sich gegen konformationelle Epitope auf den extrazellulären Schleifen des astrozytären Wasserkanals Aquaporin 4 (AQP4) richten. Die vorliegende Arbeit behandelt die Identifizierung von Epitop-Imitatoren für diese AQP4- spezifischen Antikörper (NMO-IgG). Hierfür wurde eine Phagen-präsentierte 12-Mer-Peptid- Bibliothek für ein Biopanning mit aufgereinigten polyklonalen Immunglobulinen eines NMOIgG- seropositiven Patienten verwendet. Nach einer Spezifitätszunahme in drei Biopanning- Runden wurden einzelne Phagen-Klone isoliert und ihre Reaktivität mit NMO-IgG in ELISAVersuchen evaluiert. Weiters wurden die Peptide, die durch DNA-Sequenzierung der einzelnen Phagen-Klone ermittelt wurden, mit Hilfe Mimotop-basierter Computerprogramme auf humanes AQP4 abgebildet. Basierend auf den ELISA-Ergebnissen und der errechneten Lage der Mimotope wurden acht vielversprechende Kandidaten ausgewählt und in einer FACS-basierten Analyse auf ihr Potential, die Bindung von NMO-IgG an sein Antigen, AQP4, zu blockieren, untersucht. Die FACS-Experimente ergaben, dass vier Peptide dazu fähig sind, die Interaktion von NMO-IgG mit AQP4 zu reduzieren, was darauf hindeutet, dass diese Peptide in der Tat Epitope von NMO-IgG imitieren. Aufgrund seines polyklonalen Ursprungs enthält der in dieser Arbeit verwendete Antikörper-Pool nicht nur eine, sondern mehrere Subpopulationen von NMO-IgG. Hier wurden Mimotope für mindestens zwei Untergruppen von NMO-IgG gefunden: eine A-Schleifen-unabhängige und eine A-Schleifenabhängige. Die Identifizierung der vier Mimotope stellt eine solide Grundlage dar, von der ausgehend langfristig einige Anwendungen vorstellbar sind. Die Mimotope könnten die Klassifizierung der Antikörper-Pools verschiedener Patienten nach ihrer Reaktivität mit unterschiedlichen Mimotopen ermöglichen, oder für aktive Immunisierungsstrategien verwendet werden, z. B. um im Tiermodell den Effekt bestimmter NMO-IgG-Subpopulationen zu untersuchen.

Neuromyelitis optica (NMO) is a severe autoimmune astrocytopathy of the central nervous system (CNS) that preferentially affects the optic nerve and the spinal cord leading to paralysis and impaired vision. The disease is hallmarked by specific autoantibodies that target conformational epitopes composed of the extracellular loops of the astrocytic water channel aquaporin 4 (AQP4). This study addresses the identification of epitope mimics (so-called mimotopes) for these AQP4-specific autoantibodies (NMO-IgG) For this purpose, we used a random phagedisplayed 12-mer peptide library for biopanning with purified polyclonal immunoglobulin G (IgG) of an NMO-IgG-seropositive patient as target. After increasing target specificity within three rounds of panning, single phage clones were picked and their reactivity with NMO-IgG was evaluated via ELISA. For further characterization, mimotope-based prediction softwares were employed to map the peptides obtained by DNA sequencing of the single phage clones on human AQP4 in silico. Eight promising candidates were selected and tested for their potential to block the binding of NMO-IgG to its target, AQP4, in a FACS-based analysis using AQP4-transfected HEK293A cells. The FACS measurements revealed four peptides to be capable of reducing the binding of NMO-IgG to the extracellular loops of AQP4, indicating that these peptides successfully mimic epitopes of the autoantibody. Due to its polyclonal origin, the IgG fraction used in this study probably contains not one but several subpopulations of NMO-IgG. Here, we identified mimotopes for at least two subtypes of NMO-IgG: one loop A independent and one loop A dependent subpopulation. The identification of these four mimotopes provides a solid basis from which the development of several applications is conceivable in the long term. Mimotopes could enable the characterization and classification of patients’ antibody pools according to their reactivity with different mimotopes or could be used for active immunization strategies, e.g. to raise antibodies in valid animal models to investigate the effect of distinct NMO-IgG subpopulations.