| License: Publishing license for publications excluding print on demand PDF - Accepted Version (6MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-357202
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.35720
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 2 January 2018 |
| Referee: | Prof. Dr. Ernst R. Tamm and Prof. Dr. Bernhard Weber |
| Date of exam: | 23 June 2017 |
| Institutions: | 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: | TGF-β, DR, AMD, CNV, angiogenesis |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 35720 |
Abstract (English)
Two of the leading causes of blindness worldwide are diabetic retinopathy and age-related macular degeneration. Both diseases are associated with pathological changes in the ocular vasculature. In the pathogenesis of diabetic retinopathy, a proliferation of the retinal vessels can be observed whereas in the wet form of age-related macular degeneration the choroidal vessels penetrate the retinal ...
Abstract (English)
Two of the leading causes of blindness worldwide are diabetic retinopathy and age-related macular degeneration. Both diseases are associated with pathological changes in the ocular vasculature. In the pathogenesis of diabetic retinopathy, a proliferation of the retinal vessels can be observed whereas in the wet form of age-related macular degeneration the choroidal vessels penetrate the retinal pigment epithelium and grow into the retina. The molecular mechanisms leading to these changes are mostly unknown, however there is evidence, that TGF-β signaling is involved in the pathogenesis of these diseases.
To study the exact role of TGF-β signaling during development and maintenance of the ocular vasculature, we generated mice with an ocular deletion of Tgfbr2, using CAGG Cre-ERTM mice with two floxed alleles for Tgfbr2, and activated the Cre recombinase by applying tamoxifen eye drops.
The tamoxifen treatment via eye drops resulted in efficient activation of the Cre recombinase in all ocular tissue. When tamoxifen application started on postnatal day P4, the lack of Tgfbr2 in the eye caused a phenotype that mimics essential characteristics of diabetic retinopathy. We observed the formation of multiple microaneurysms, leaky capillaries and hemorrhages. Immunohistochemial staining could show that the retinal capillaries were no longer covered by pericytes, but were densely coated by vascular smooth muscle-like cells. The basal lamina between endothelial cells and pericytes was markedly thickened. In addition, we found microglia with a reactive phenotype in close association with the retinal vessels correlating with the induction of immunmodulating cytokines. Furthermore, we found an induction of angiogenic molecules and an accumulation of retinal HIF-1α which suggests local hypoxia. In the following, we could observe neuronal apoptosis and an impairment of sensory function and vitreal neovascularization which lead to the formation of vitreal membranes and finally retinal detachment.
In addition to the already mentioned structural and functional changes that mimic the phenotype of diabetic retinopathy, we found that these mice also show choroidal neovascularization (CNV), alterations of the Bruch’s membrane and the formation of basal laminar as well as basal linear deposits. All findings are similar to those seen in the wet form of AMD. A later deletion of TGFβ-signaling (at P21, after development of the retinal vasculature) resulted in a normal retinal vasculature but still in the formation of CNV. To investigate which cell type is responsible for the choroidal neovascularization, we generated mice with a specific deletion of Tgfbr2 in cells of the retinal pigment epithelium and mice with a specific deletion in endothelial cells. The deletion of Tgfbr2 in the RPE did not result in structural changes e.g. choroidal neovascularization. However, mice with a deletion of TGF-β signaling in endothelial cells developed alterations in the Bruch’s membrane, hemorrhages and CNV.
We conclude that the lack of ocular TGF-β signaling leads to a phenotype that shows characteristics of both diabetic retinopathy and age-related macular degeneration. These results strongly suggest that TGF-β signaling plays an important role in the molecular pathogenesis of these ocular diseases.
Translation of the abstract (German)
Die diabetische Retinopathie, wie auch die altersbedingte Makuladegeneration gehören weltweit zu den Hauptursachen für Erblindung. Beide Krankheiten sind mit pathologischen Veränderungen der okulären Gefäßsysteme assoziiert. In der Pathogenese der diabetischen Retinopathie kann eine Proliferation von retinalen Kapillaren beobachtet werden, während bei der feuchten Form der altersbedingten ...
Translation of the abstract (German)
Die diabetische Retinopathie, wie auch die altersbedingte Makuladegeneration gehören weltweit zu den Hauptursachen für Erblindung. Beide Krankheiten sind mit pathologischen Veränderungen der okulären Gefäßsysteme assoziiert. In der Pathogenese der diabetischen Retinopathie kann eine Proliferation von retinalen Kapillaren beobachtet werden, während bei der feuchten Form der altersbedingten Makuladegeneration die choroidalen Gefäße das retinale Pigmentepithel durchbrechen und in die Retina hineinwachsen. Die molekularen Mechanismen, die zu diesen Veränderungen führen, sind weitgehend unbekannt, es gibt jedoch Befunde, die darauf hindeuten, dass der TGF- β Signalweg in die Pathogenese dieser beiden Krankheiten involviert ist.
Um die genaue Rolle des TGF- β Signalweges währen der Entwicklung und Aufrechterhaltung der okulären Gefäße zu untersuchen, haben wir durch die Verwendung von CAGG Cre-ERTM Mäuse mit zwei gefloxten Allelen für Tgfbr2, Mäuse mit einer okulären Deletion des Tgfbr2 generiert . Die Cre Rekombinase wurde durch die Gabe von Tamoxifen-haltigen Augentropfen aktiviert.
Die Tamoxifen Behandlung mittels Augentropfen resultierte in einer effizienten Aktivierung der Cre Rekombinase in allen okulären Geweben. Bei Beginn der Tamoxifen Behandlung am postnatalen Tag P4 resultierte die Deletion des Tgfbr2 in einem Phänotyp, der essentielle Charakteristika der diabetischen Retinopathie wiederspiegelt. Wir konnten multiple Mikroaneurysmen beobachten, undichte Gefäße und Blutungen. Immunhistochemische Untersuchungen konnten zeigen, dass die retinalen Kapillaren nicht mit Perizyten bedeckt, aber dicht von vaskulären glatten Muskelzellen umgeben waren. Die Basalmembran zwischen Endothelzellen und Perizyten war merklich verdickt. Des Weiteren waren Mikroglia mit einem reaktiven Phänotyp in der Nähe der retinalen Gefäße zu finden, was mit einer Induktion von immunmodulatorischen Zytokinen einherging. Wir konnten eine Induktion von angiogenen Molekülen beobachten, ebenso wie eine Akkumulation von retinalem HIF1-α, was auf eine lokale Hypoxie hindeutet. Im Folgenden kam es zu neuronaler Apoptose, einer Beeinträchtigung der neuronalen Funktion und vitrealen Neovaskularisationen, welche zur Bildung von vitrealen Membranen und letztendlich zu Netzhautablösungen führten.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen strukturellen und funktionalen Veränderungen, die den Phänotyp der diabetischen Retinopathie wiederspiegeln, konnten wir zeigen, dass diese Mäuse auch choroidale Neovaskularisationen (CNV), Veränderungen der Bruch Membran und „basal laminar“ und „basal linear deposits“ entwickelten. Diese Befunde können in ähnlicher Weise auch bei Menschen mit feuchter altersbedingter Makuladegeneration beobachtet werden. Eine spätere Deletion des TGF- β Signalweges (an P21, nach vollständiger Entwicklung der retinalen Gefäße) resultierte in einem normalen retinalen Gefäßbett, führte jedoch trotzdem zur Bildung von CNV. Um zu untersuchen, welcher Zelltyp für die choroidalen Neovaskularisationen verantwortlich ist, generierten wir Mäuse mit einer spezifischen Deletion des TGF- β Signalweges in Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) bzw. in Endothelzellen. Die Deletion des Tgfbr2 im RPE führte nicht zu strukturellen Veränderungen, wie z.B. Entstehung von CNV. Mäuse mit einer Endothelzell-spezifischen Deletion des Tgfbr2 jedoch entwickelten Veränderungen in der Bruch Membran, Blutungen und CNV.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Verlust des TGF- β Signalweges zu einem Phänotyp führt, der sowohl Charakteristika der diabetischen Retinopathie, als auch der altersbedingen Makuladegeneration wiederspiegelt. Dies deutet stark auf eine Beteiligung des TGF- β Signalweges in der molekularen Pathogenese dieser beiden okulären Krankheiten hin.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 21:14
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