Characterization of the Neuroprotective Function of the TGF-β Signaling Pathway in the Retina

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	26 February 2018
Referee:	PD Dr. Dr. Barbara Braunger and Prof. Dr. Frank Schweda
Date of exam:	24 February 2017
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie > Lehrstuhl für Humananatomie und Embryologie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie > Lehrstuhl für Humananatomie und Embryologie > Prof. Dr. Ernst Tamm
Keywords:	retina, photoreceptors, neuroprotection, TGF-β, light damage
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:	35581

Abstract (English)

The aim of this work was to demonstrate the neuroprotective role of TGF-β signaling on photoreceptors in the adult retina and to investigate the molecular mechanisms, mediating this effect. The assessment of this notion included the generation of transgenic mice, bearing a TβRII deficiency in different subpopulations of retinal cells. The deletion of TGF-β signaling in retinal neurons and Müller ...

Abstract (English)

The aim of this work was to demonstrate the neuroprotective role of TGF-β signaling on photoreceptors in the adult retina and to investigate the molecular mechanisms, mediating this effect.
The assessment of this notion included the generation of transgenic mice, bearing a TβRII deficiency in different subpopulations of retinal cells. The deletion of TGF-β signaling in retinal neurons and Müller cells, accompanied by a reduced phosphorylation of retinal SMAD3, led to an increased susceptibility to light-induced degeneration, resulting in a thinner outer nuclear layer (ONL), an attenuation of photoreceptors’ responses in the frame of functional analyses and elevated rate of TUNEL-positive apoptotic cells in the Tgfbr2∆oc mouse model. The downregulation of the pathway in rod photoreceptors (Tgfbr2∆rod) did not yield a comparable outcome, a fact, which implicates that other cells than rod photoreceptors are most likely responsible for the observed neuroprotective effect. To the best of our knowledge, the Müller cells are very likely candidates.
To identify the molecular machinery, which might convey the neuroprotective properties of the TGF-β signaling pathway, real-time RT-PCR analyses for neuroprotective factors and Western blot analysis for AKT/pAKT were performed. We found that following light exposure, the deletion of TβRII in the Tgfbr2∆oc model resulted in a diminished phosphorylation of AKT, a serine/threonine-specific protein kinase, bound and activated by PI3K. Thus, the neuroprotective effect, downstream of TGF-β, is most likely regulated through the activation of the PI3K/pAKT signaling cascade.

Translation of the abstract (German)

Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Darlegung der neuroprotektiven Rolle des TGF-β-Signalweges auf Photorezeptoren in der adulten Netzhaut und in der Erforschung der molekularen Mechanismen, welche den Effekt vermitteln. Zu der Überprüfung dieser Hypothese gehörte das Generieren von konditionellen Knockout-Mäusen, die eine Deletion des TβRII in unterschiedlichen Subpopulationen retinaler ...

Translation of the abstract (German)

Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Darlegung der neuroprotektiven Rolle des TGF-β-Signalweges auf Photorezeptoren in der adulten Netzhaut und in der Erforschung der molekularen Mechanismen, welche den Effekt vermitteln.
Zu der Überprüfung dieser Hypothese gehörte das Generieren von konditionellen Knockout-Mäusen, die eine Deletion des TβRII in unterschiedlichen Subpopulationen retinaler Zellen aufwiesen. Die Inaktivierung des TGF-β-Signals in retinalen Neuronen und Müllerzellen (Tgfbr2∆oc) und die daraus resultierende verminderte Phosphorylierung von retinalem SMAD3 führte zu erhöhter Empfindlichkeit der Photorezeptoren gegenüber einer lichtinduzierten Degeneration. Diese äußerte sich in einer signifikant dünneren äußeren Körnerschicht, in einer reduzierten retinalen Funktion im Rahmen der ERG-Analysen und einer gesteigerten Anzahl TUNEL-positiver, apoptotischer Zellen im Tgfbr2∆oc-Mausmodell. Die Deletion des TGF-β-Signalweges in Stäbchen (Tgfbr2∆rod) führte zu keinem vergleichbaren Ergebnis. Daraus schlussfolgern wir, dass andere Zellen als Stäbchen für den neuroprotektiven Effekt Verantwortung tragen und, basierend auf den Ergebnissen der Tgfbr2∆oc-Mäuse, sehen wir die Müllerzellen als sehr wahrscheinliche Kandidaten an.
Um die genauen molekularen Mechanismen zu identifizieren, welche die neuroprotektiven Eigenschaften des TGF-β-Signalweges vermitteln könnten, wurden quantitative RT-PCR für neuroprotektive Faktoren und Western-Blot-Analysen für AKT/pAKT durchgeführt. Die densitometrische Auswertung der Western-Blot-Analysen zeigte, dass die Deletion des TβRII im Tgfbr2∆oc-Mausmodell zur verminderten Phosphorylierung von AKT führt, einer Serin/Threonin-Proteinkinase, die von PI3K gebunden und aktiviert wird und letztlich eine protektive, anti-apoptotische Wirkung vermittelt. Daraus ziehen wir die Schlussfolgerung, dass der dem TGF-β-Signalweg nachgeschaltete neuroprotektive Effekt durch eine Aktivierung der pAKT/PI3K-Kaskade reguliert wird.

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