| License: Publishing license for publications including print on demand (9MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-173233
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.17323
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 13 October 2011 |
| Referee: | PD Dr. Thomas Langmann and Prof. Dr. Stephan Schneuwly and Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Date of exam: | 12 October 2010 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Humangenetik |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Netzhaut, Photorezeptordegeneration, Retinoschisin-Defizienz, Mikroglia, Apoptose, Docosahexaensäure, Chondroitinsulfatproteoglykan-Disaccharid retina, photoreceptor degeneration, retinoschisin deficiency, microglia, apoptosis, docosahexaenoic acid, chondroitin sulfate proteoglycane-disaccharide |
| 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: | 17323 |
Abstract (German)
Die Degeneration von Photorezeptoren ist bei erblichen und experimentellen Netzhautdystrophien generell auf Mechanismen der Apoptose zurückzuführen. Erste Vorarbeiten am Retinoschisin-defizienten Mausmodell konnten belegen, dass eine Aktivierung retinaler Mikroglia den apototischen Prozessen zeitlich vorausgeht. Somit ist ein kausaler Zusammenhang zwischen Mikrogliaaktivierung und ...
Abstract (German)
Die Degeneration von Photorezeptoren ist bei erblichen und experimentellen Netzhautdystrophien generell auf Mechanismen der Apoptose zurückzuführen. Erste Vorarbeiten am Retinoschisin-defizienten Mausmodell konnten belegen, dass eine Aktivierung retinaler Mikroglia den apototischen Prozessen zeitlich vorausgeht. Somit ist ein kausaler Zusammenhang zwischen Mikrogliaaktivierung und Photorezeptor-degeneration denkbar. Das zentrale Thema der vorliegenden Arbeit war deshalb die genaue Charakterisierung der Mechanismen der retinalen Mikrogliaaktivierung im Mausmodell der Retinoschisin-Defizienz.
Wildtyp Mäuse zeigten nicht-aktivierte ramifizierte Mikroglia, die vor allem in den plexiformen Schichten (OPL und IPL) lokalisiert waren. In der Netzhaut von Rs1h-/Y Mäusen kam es ab dem postnatalen Tag P14 zu einer Aktivierung der Mikroglia, die zum Einen mit morphologischen Veränderungen hin zu einer amöboiden Zellform einhergeht. Zum Anderen findet eine Verlagerung der Zellverteilung in die innere Körnerschicht (INL) statt. Diese histologischen Befunde der Aktivierung wurden durch real time RT-PCR Analysen Mikroglia-spezifischer Transkripte (Egr1, Ccl2, Tnfα und iNos) bestätigt. Die Degeneration von Photorezeptoren war morphologisch erst ab dem postnatalen Tag P18 nachweisbar. Verglichen mit Wildtyp Tieren zeigte sich als Folge der Degenerationsprozesse eine Disorganisation der Netzhaut im Bereich der Körner-schichten (ONL und INL) und der äußeren plexiformen Schicht (OPL). Real time RT-PCR Analysen ergaben dementsprechend eine erhöhte Expression der Apoptose-relevanten Transkripte Cd95 und Caspase 8 ab dem postnatalen Tag P18.
Mikroarray-Expressionsdaten von isolierten, retinalen Mikrogliakulturen Retinoschisin-defizienter Mäuse lieferten neben pro-inflammatorischen Markern mehrere Lipidtröpfchen-assoziierte Transkripte, die eine verstärkte Bildung von Lipidtröpfchen und eine aktive Eicosanoidsynthese widerspiegeln könnten. Eine Untersuchung des Fettsäure- und Phospholipidgehalts von Rs1h-/Y Netzhäuten ergab dementsprechend verminderte DHA-Spiegel im Vergleich zu Wildtyp Kontrollen. Im Rahmen einer diäteren Interventionsstudie, in der Rs1h-/- Muttertiere einer DHA-Supplementierung unterzogen wurden, konnte eine verminderte retinale Degeneration und abgeschwächte Mikrogliaaktivierung in Netzhäuten von jungen Rs1h-/Y Nachkommen erreicht werden. In vitro Experimente belegten nachfolgend einen direkten inhibitorischen Effekt von DHA auf die pro-inflammatorische Zytokinexpression und Migration von Mikroglia. Die Mikrogliaaktvität und das Ausmaß der Photorezeptordegeneration sind also durch den DHA-Gehalt in der Netzhaut direkt beeinflussbar.
Im genetisch unabhängigen Modell der Blaulicht-induzierten Photorezeptorapoptose konnte ebenfalls eine Aktivierung von Mikroglia vor allem im Zentrum der Läsionen nachgewiesen werden. Mikroarray-Expressionsanalysen der Blaulicht-bestrahlten Netzhaut im Vergleich zur unbestrahlten Netzhaut ergaben eine differentielle Expression von 102 vorwiegend hochregulierten Genen. Die signifikant regulierten Transkripte konnten der Immunregulation, retinalen Homöostase und Zellkommunikation sowie Wachstums- und Transkriptionsfaktoren zugeordnet werden. Die funktionelle Bedeutung dieser Transkriptionsprofile wird Gegenstand weiterer Forschungen der Arbeitsgruppe um PD Dr. Thomas Langmann sein.
Abschließend wurde die bioaktive Wirkung von Chondroitinsulfatproteoglykan-Disaccharid (CSPG-DS) auf stimulierte Mikroglia umfassend untersucht. Dabei konnte ein neuer, aktivierter Phänotyp mit phagozytischer Aktivität und geringem zytotoxischem Potential identifiziert werden. CSPG-DS stellt somit eine vielversprechende Behandlungs-möglichkeit dar, um pro-inflammatorische Mikrogliaaktivierung zu dämpfen, und somit die homöostatischen und neurotrophen Funktionen von Phagozyten im zentralen Nervensystem zu erhalten.
Translation of the abstract (English)
Photoreceptor degeneration leading to hereditary and experimental induced retinal dystrophies is due to apoptotic mechanisms. Previous studies on retinoschisin-deficient (Rs1h-/Y) mice revealed activation of retinal microglia cells before the onset of apoptosis. To better understand the role of microglia in photoreceptor degeneration this work characterized retinal microglia activation in Rs1h-/Y ...
Translation of the abstract (English)
Photoreceptor degeneration leading to hereditary and experimental induced retinal dystrophies is due to apoptotic mechanisms. Previous studies on retinoschisin-deficient (Rs1h-/Y) mice revealed activation of retinal microglia cells before the onset of apoptosis. To better understand the role of microglia in photoreceptor degeneration this work characterized retinal microglia activation in Rs1h-/Y mice in depth.
Wildtype mice displayed non-activated ramified microglia mainly in the outer and inner plexiform layers (OPL and IPL). In contrast, retinas of Rs1h-/Y mice show activation of microglia around postnatal day P14 leading to morphological transition of ramified microglia into amoeboid shaped cell structures and dislocation of these cells towards the inner nuclear layer (INL). These morphological findings were confirmed by real time RT-PCR analyses of microglia-specific transcripts (Egr1, Ccl2, Tnfα and iNos). Degeneration of photoreceptors was detectable with postnatal day P18. As a consequence of the degeneration processes a disorganisation of retinal layers occurred. Accordingly, real time RT-PCR analyses of apoptosis-related transcripts Cd95 and Caspase 8 revealed increased levels at postnatal day P18.
DNA-microarray profiling of isolated retinal microglia cultures of retinoschisin-deficient mice showed increased expression of pro-inflammatory markers and lipid droplet-associated transcripts, indicating enhanced formation of lipid droplets and active eicosanoid synthesis. Analyses of the fatty acid and the phospholipid content of Rs1h-/Y retinas further revealed reduced DHA levels compared to wildtype animals. A dietary intervention study supplementing Rs1h-/- litters with DHA delayed retinal degeneration and attenuated microglia activation in young Rs1-/Y littermates. In addition, in vitro experiments supported a direct inhibitory effect of DHA on pro-inflammatory cytokine expression and migration of microglia. Therefore, the extent of photoreceptor degeneration and microglia activity are directly influenced by retinal DHA levels.
The genetically independent apoptosis of photoreceptors induced by blue light also shows activation of microglia in central lesions. DNA-microarray analyses of blue light exposed retinas compared to untreated retinas revealed 102 differentially regulated transcripts. Significantly regulated genes could be linked to immune reaction, retinal homeostasis, cell communication, growth and transcription factors. Future work will be required to clarify the functional relevance of these transcript profiles.
Finally, the bioactive properties of chondroitin sulfate proteoglycane-disaccharide (CSPG-DS) on stimulated microglia was comprehensively examined. Thereby, a novel activated phenotype with high phagocytic activity but weak cytotoxic potential could be identified. Thus, CSPG-DS represents a promising therapeutic approach to attenuate pro-inflammatory microglia activation and therefore maintain homeostatic and neurotrohic functions of phagocytes in the central nervous system.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 08:12
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