| License: Publishing license for publications including print on demand (8MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-286271
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.28627
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 1 August 2013 |
| Referee: | PD Dr. Andreas Ohlmann |
| Date of exam: | 25 July 2013 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie > Lehrstuhl für Humananatomie und Embryologie |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Research groups and research centres: | Not selected |
| Keywords: | Norrin, Neuroprotektion, DBA/2J, Glaukom, Lithium, kanonischer Wnt-Signalweg, ROP, IGF-1, Angiogenese, β-Catenin |
| 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: | 28627 |
Abstract (German)
Norrin ist ein sekretiertes Signalprotein, das in der Retina über neuroprotektives und angiogenes Potential verfügt. So schützt die intravitreale Injektion von rhNorrin vor der NMDA-vermittelten exzitotoxischen Schädigung retinaler Ganglienzellen (RGC) und die ektope Norrin-Überexpression in βB1-Norrin Mäusen fördert die Rekapillarisierung vasoobliterierter Areale nach einer ...
Abstract (German)
Norrin ist ein sekretiertes Signalprotein, das in der Retina über neuroprotektives und angiogenes Potential verfügt. So schützt die intravitreale Injektion von rhNorrin vor der NMDA-vermittelten exzitotoxischen Schädigung retinaler Ganglienzellen (RGC) und die ektope Norrin-Überexpression in βB1-Norrin Mäusen fördert die Rekapillarisierung vasoobliterierter Areale nach einer Sauerstoff-induzierten Retinopathie (OIR). Studien unserer Arbeitsgruppe konnten zeigen, dass für die neuroprotektive als auch für die angiogene Funktion die Norrin-vermittelte Aktivierung des kanonischen Wnt-Signalwegs essentiell ist. Der klassische Wnt/β-Catenin-Signalweg kann auch durch die gezielte Inhibition der GSK-3β, einem zentralen Element des Signalweges, mit Lithiumchlorid (LiCl) oder dem Indolylmaleimid-Derivat SB216763 aktiviert werden.
Das Ziel dieser Dissertation bestand zum einen darin, die chronische Wirkung von Norrin auf retinale Ganglienzellen zu untersuchen, wobei transgene Pax6-Norrin Mäuse, mit Expression von Norrin, unter der Kontrolle des α-Enhancerelements des murinen Pax6 Promotors, analysiert werden sollten.
Die Phänotypanalyse der transgenen Pax6-Norrin Mäuse zeigte eine Expression von transgenem Norrin in der Retina und eine Aktivierung des kanonischen Wnt-Signalwegs in der inneren Netzhaut. In diesen Tieren waren der N. opticus, die Netzhautschichten und der vordere Augenabschnitt normal ausgebildet. Bei NMDA-vermittelter RGC-Schädigung konnte keine protektive Wirkung der chronischen Norrin-Überexpression gefunden werden. Um den Einfluss des transgenen Norrins auf eine chronische RGC-Degeneration zu untersuchen, wurden die Pax6-Norrin Mäuse in den genetischen DBA/2J Hintergrund rückgekreuzt, indem sich mit zunehmendem Alter ein Sekundärglaukom entwickelt. Die Analyse ergab in den transgenen Mäusen eine Verminderung des DBA/2J-typischen intraokularen Druckanstiegs und einen Schutz vor starkem RGC-Verlust. Somit zeigen die erhobenen Daten, dass die intraretinale Norrin-Überexpression eine chronische glaukomatöse Schädigung des N. opticus bzw. der RGC im genetischen DBA/2J Hintergrund vermindern kann.
Ein weiteres Ziel dieser Doktorarbeit bestand darin, den Signalweg, welcher die angiogenen Eigenschaften von Norrin vermittelt, eingehender zu analysieren. Hierfür sollte in in vitro- und in vivo-Experimenten der klassische Wnt/β-Catenin-Signalweg mit Inhibitoren der GSK-3β aktiviert werden, um festzustellen, ob eine generelle Stimulation des kanonischen Signalwegs ausreicht, um Norrin-ähnliche angiogene Wirkungen zu erzielen. Darüber hinaus war die Frage, ob eine Induktion der IGF-1-Expression mit der Vermittlung der angiogenen Eigenschaften von Norrin verknüpft ist, Gegenstand der vorliegenden Arbeit und sollte in vitro als auch in vivo überprüft werden.
Durch die Inkubation von humanen dermalen Endothelzellen (HDMEC) mit LiCl bzw. SB216763 konnte in vitro der kanonische Wnt-Signalweg aktiviert werden. Auch konnte in diesen Zellen durch die GSK-3β-Inhibitoren angiogene Eigenschaften wie die Zellproliferation, die Migration und das Überleben induziert werden. Der LiCl-vermittelte Effekt auf die Zellproliferation konnte mit Hilfe von Quercetin, einem Inhibitor des Wnt/β-Catenin-Signalwegs blockiert werden. In vivo konnte zwar durch LiCl-Injektion der kanonische Wnt-Signalweg nach Induktion einer OIR aktiviert wer-den, allerdings hatte dies keinen Einfluss auf die Rekapillarisierung vasoobliterierter Areale. Die Ergebnisse zeigen, dass die unspezifische Aktivierung des Wnt/β-Catenin-Signalwegs durch GSK-3β-Inhibitoren in vitro Norrin-ähnliche angiogene Eigenschaften induziert. In vivo scheint jedoch eine spezifische, Norrin-vermittelte Aktivierung des kanonischen Wnt-Signalwegs entscheidend für eine verstärkte Rekapillarisierung nach einer OIR zu sein.
Die in vitro-Analyse von HDMEC und Müllerzellen aus der Ratte zeigte in beiden Zelltypen eine Induktion der IGF-1-Expression durch Norrin, die durch Dickkopf-1, einen Inhibitor des kanonischen Wnt-Signalwegs, blockiert werden konnte. In vivo fand sich in Norrin-überexprimierenden βB1-Norrin Mäusen 24 h nach Hyperoxie-Exposition im OIR-Modell eine Induktion der IGF-1-Expression. Durch die Injektion inhibitorischer Antikörper gegen IGF-1 direkt im Anschluss an die Hyperoxie-Phase, konnte die Rekapillarisierung der vasoobliterierten Areale signifikant unterdrückt werden. Somit scheint der Norrin-vermittelte Effekt der Rekapillarisierung von avaskulären Netzhautarealen nach Induktion einer OIR zumindest partiell über eine gesteigerte IGF-1-Expression zu erfolgen.
Translation of the abstract (English)
Norrin is a secreted signaling protein, which has neuroprotective and angiogenic properties in the retina. Intravitreal injection of rhNorrin protects against NMDA-induced excitotoxic damage of retinal ganglion cells (RGC). Moreover, ectopic overexpression of Norrin promotes capillary regrowth into vaso-obliterated areas of βB1-Norrin mice following oxygen-induced retinopathy (OIR). Studies in ...
Translation of the abstract (English)
Norrin is a secreted signaling protein, which has neuroprotective and angiogenic properties in the retina. Intravitreal injection of rhNorrin protects against NMDA-induced excitotoxic damage of retinal ganglion cells (RGC). Moreover, ectopic overexpression of Norrin promotes capillary regrowth into vaso-obliterated areas of βB1-Norrin mice following oxygen-induced retinopathy (OIR). Studies in our lab have shown that the Norrin-mediated neuroprotective and angiogenic functions are mediated via canonical Wnt signaling. An activation of Wnt/β-Catenin signaling can also be induced by GSK-3β inhibitors such as lithium chloride (LiCl) and indolylmaleimide derivative SB216763.
To study long-term effects of Norrin on RGC, Pax6-Norrin mice with transgenic overexpression of Norrin under control of the α-enhancer element of the Pax6 promoter were analyzed.
Phenotypic analyses revealed a retinal expression of transgenic Norrin as well as an activation of Wnt/β-Catenin signaling in inner retina. The optic nerve, the retinal layers and the anterior segment appeared to be normal. NMDA-induced RGC loss could not be prevented by overexpression of Norrin in inner retina. To investigate the effects of Norrin on chronic RGC degeneration, Pax6-Norrin mice were backcrossed to DBA/2J genetic background. Wild-type DBA/2J mice normally develop a progressive secondary glaucoma. In transgenic Pax6-Norrin / DBA/2J mice the typical rise in intraocular pressure was decreased. In addition, these animals were protected against severe RGC loss. In summary, the intraretinal overexpression of Norrin reduces chronic glaucomatous damage of the optic nerve as well as RGC in DBA/2J.
To analyze the underlying pathway of the angiogenic properties of Norrin in more detail, GSK-3β inhibitors were used in vitro and in vivo to clarify if a general activation of the canonical Wnt signaling pathway can mediate angiogenic effects similar to Norrin. Moreover, the mediation of the angiogenic properties of Norrin via an induction of IGF-1 was studied in vitro and in vivo.
Incubation of human dermal microvascular endothelial cells (HDMEC) with LiCl or SB216763 caused an activation of the canonical Wnt/β-Catenin signaling pathway and induced angiogenic properties, such as proliferation, migration and survival. The LiCl-mediated effect on HDMEC proliferation could be blocked with Quercetin, an inhibitor of the Wnt/β-Catenin signaling pathway. Although the canonical Wnt signaling pathway could be activated by injection of LiCl following induction of oxygen-induced retinopathy (OIR), this had no effect on capillary regrowth into vaso-obliterated areas. Thus, it can be concluded that a general activation of Wnt/β-Catenin signaling via GSK-3β inhibitors mediates Norrin-like angiogenic properties in vitro. In vivo, however, Norrin-mediated activation of the canonical Wnt signaling pathway seems to be the crucial factor for capillary regrowth following OIR.
After treatment with Norrin, an induction of IGF-1 expression was detected in both HDMEC and rat Müller cells in vitro. This Norrin-mediated effect could be blocked by adding Dickkopf-1, an inhibitor of the canonical Wnt signaling pathway. Transgenic βB1-Norrin mice with overexpression of Norrin in the lens showed an increased IGF-1 expression 24 hours after oxygen exposure in the OIR model. When inhibitory antibodies against IGF-1 were injected subsequent to hyperoxic phase, capillary regrowth into vaso-obliterated areas was significantly reduced. Therefore, the Norrin-mediated capillary regrowth into vaso-obliterated areas following an OIR seems to result, at least partially, from an increased IGF-1 Expression.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 01:58
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