| License: Publishing license for publications excluding print on demand (4MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-151268
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.15126
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 20 May 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Ernst R. Tamm and Prof. Dr. Stephan Schneuwly |
| Date of exam: | 18 May 2010 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie > Lehrstuhl für Humananatomie und Embryologie |
| Keywords: | Norrin, neurotrophe Faktoren, retinale Ganglienzellen, Netzhautdegeneration, Angiogenese |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 15126 |
Abstract (German)
Norrin, das Genprodukt des Norrie Disease Pseudoglioma (NDP) Gens, ist ein aus 133 Aminosäuren bestehendes sezerniertes Polypeptid. Mutationen des NDP-Gens sind assoziiert mit erblichen Augenerkrankungen, die mit kongenitaler Erblindung und/oder einer Fehlentwicklung des Gefäßnetzes der Retina einhergehen. Befunde an gentechnisch veränderten Mäusen zeigen, dass Norrin essentiell ist für die ...
Abstract (German)
Norrin, das Genprodukt des Norrie Disease Pseudoglioma (NDP) Gens, ist ein aus 133 Aminosäuren bestehendes sezerniertes Polypeptid. Mutationen des NDP-Gens sind assoziiert mit erblichen Augenerkrankungen, die mit kongenitaler Erblindung und/oder einer Fehlentwicklung des Gefäßnetzes der Retina einhergehen. Befunde an gentechnisch veränderten Mäusen zeigen, dass Norrin essentiell ist für die Bildung des tiefen intraretinalen Kapillarplexus, eine Wirkung, die über die Bindung an den Fzd4/LRP5-Rezeptorkomplex und die Aktivierung des kanonischen Wnt/β-Catenin-Signalwegs erfolgt. Ndpy/--Mäuse zeigen zudem einen progressiven Verlust an retinalen Ganglienzellen, ein Befund der eine zusätzliche neuroprotektive Rolle von Norrin nahelegt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es ein eukaryotisches Expressionssystem für rekombinantes humanes Norrin (rhNorrin) zu etablieren, dass die Aufreinigung und experimentelle Anwendung von Norrin zur Klärung seiner Funktion ermöglicht. Mit Hilfe des aufgereinigten rhNorrins sollte analysiert werden, ob eine direkte angiogene Wirkung von Norrin auf mikrovaskuläre Endothelzellen nachweisbar ist. Weiterhin sollte am Tiermodell untersucht werden, ob Norrin neuroprotektive Eigenschaften aufweist, die unabhängig sind von seiner Wirkung auf das Wachstum retinaler Gefäße.
Ein Expressionssystem für Norrin konnte etabliert werden durch den Austausch der endogenen Signalsequenz von Norrin und durch die Nutzung seiner Affinität für Heparin. Rekombinantes Norrin steigerte die Proliferation und Migration von humanen mikrovaskulären Endothelzellen der Retina und der Haut. Zudem konnte Norrin das Überleben von Endothelzellen in Kultur verlängern und die Bildung kapillarähnlicher Strukturen in mikrovaskulären Endothelzellen induzieren. Diese Effekte konnten durch Blockade des Wnt/β-Catenin-Signalwegs weitgehend verhindert werden.
Zur Untersuchung einer neuroprotektiven Wirkung von Norrin in vivo wurde das Model des exzitotoxischen Schadens retinaler Neurone nach intravitrealer Injektion von NMDA etabliert. Die Gabe von Norrin konnte die Anzahl überlebender retinaler Ganglienzellen (RGC) nach NMDA-Schädigung signifikant steigern. Auch dieser Effekt wurde, zumindest teilweise, über eine Aktivierung des Wnt/β-Catenin-Signalweges vermittelt. Die weitere Analyse des Mechanismus der neuroprotektiven Eigenschaften von Norrin ergab, dass Norrin in Müllerzellen in vivo und in vitro die Expression neurotropher Wachstumsfaktoren wie Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF) und Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2) induziert und hierdurch vermutlich neuroprotektiv wirkt. Zudem induziert Norrin die Expression von Leukemia Inhibitory Factor (Lif) und Endothelin2 (Edn2), deren protektive Funktion bereits in experimentellen und hereditären Tiermodellen einer Photorezeptordegeneration nachgewiesen wurde.
Ergebnisse dieser Arbeit deuten zudem darauf hin, dass Norrin mit dem TGF-β1-Signalweg interagiert. So konnte gezeigt werden, dass Norrin in vitro TGF-β1-vermittelte Signale hemmen kann. Umgekehrt konnte TGF-β1 die Norrin-induzierte Proliferation von HRMEC reduzieren. Zusätzliche in vivo Untersuchungen stützen die in vitro gewonnenen Resultate. Mäuse, die ektopes TGF-β1 in der Linse exprimieren, bilden keinen Glaskörper aus und zeigen zudem einen Verlust retinaler Ganglienzellen. Durch Kreuzung dieser Tiere mit βB1-Norrin-Mäusen, mit einer okulären Überexpression an Norrin, konnte der Phänotyp dieser Tiere partiell gerettet werden.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass Norrin nicht nur eine direkte angiogene Wirkung auf mikrovaskuläre Endothelzellen entfaltet, sondern auch Teil eines neuroprotektiven Signalsystems für retinale Ganglienzellen in der Netzhaut ist. Norrin und die Komponenten seines Signalwegs könnten Möglichkeiten für einen neuen Therapieansatz eröffnen, der zu einer neuroprotektiven Therapie des Glaukoms genutzt werden könnte.
Translation of the abstract (English)
Norrin is the secreted gene product of the Norrie Disease Pseudoglioma (NDP) gene. Mutations in the NDP gene cause retinal dysplasia leading to congenital blindness. Analyses of transgenic mice indicate that Norrin is important for the formation of intraretinal vessels and mediates its angiogenic effects via activation of the canonical Wnt/β-catenin pathway. Furthermore there is evidence that ...
Translation of the abstract (English)
Norrin is the secreted gene product of the Norrie Disease Pseudoglioma (NDP) gene. Mutations in the NDP gene cause retinal dysplasia leading to congenital blindness. Analyses of transgenic mice indicate that Norrin is important for the formation of intraretinal vessels and mediates its angiogenic effects via activation of the canonical Wnt/β-catenin pathway. Furthermore there is evidence that Norrin has also neuroprotective properties as Norrin-deficient (NDPy/-) mice show a continuous loss of retinal ganglion cells (RGC).
To enable precise investigation of the angiogenic and potential neuroprotective function of Norrin, it was necessary to establish a eukaryotic expression system to obtain recombinant human Norrin (rhNorrin). After purification of rhNorrin it could be shown, that Norrin increases the proliferation and migration of human microvascular endothelial cells. Furthermore Norrin-treatmend extendes the lifespan of endothelial cells in culture and induces the formation of capillary-like structures. These effects could be blocked by inhibiting the Wnt/β-catenin signaling pathway.
To test a potential neuroprotective role of Norrin in vivo, we examined its effects on RGC death following excitotoxic damage after intravitreal injection of NMDA. Norrin substantially increases the survival of RGC, an effect that was again mediated via the canonical Wnt/β-catenin pathway. Further investigations led us to propose a potential mechanism of Norrin. Treatment with Norrin induces the expression of several neurotrophic factors in Müller glia cells such as cilliary neurotrophic factor and fibroblast growth factor 2. In addition Norrin stimulates the expression of leukemia inhibitory factor and Endothelin 2, whose protective effects have been already shown in acute and chronicle stress models of retinal degeneration.
Additional experiments indicate that Norrin can interact with the TGF-β1 signaling pathway. In several cell culture experiments Norrin inhibits TGF-β1-mediated effects and vice versa. Additional in vivo studies support these findings. Transgenic mice that express TGF-β1 in the lens develop no vitreous cavity and show a distinct loss of retinal neurons. This phenotype can be partially rescued by cross-breeding these animals with transgenic mice overexpressing Norrin in the lens.
In summary our results demonstrate that Norrin has not only angiogenic effects on microvascular endothelial cells, but also is part of a neuroprotective signaling system in the retina. Norrin and the molecules involved in its signaling pathway could be targets of new therapeutic strategies that increase RGC survival in patients with RGC damage following ischemia or glaucoma.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 09:14
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