Der vascular endothelial growth factor (VEGF)-Signalweg spielt eine wichtige Rolle sowohl während der physiologischen Gefäßentwicklung als auch bei pathologischen Veränderungen des Gefäßsystems im Auge. So sind ophthalmologische Erkrankungen wie z. B. die feuchte altersbedingte Maculadegeneration oder die diabetische Retinopathie mit pathologischen Gefäßproliferationen im Auge assoziiert, verursacht unter anderem durch erhöhte VEGFa-Spiegel, einem Liganden der VEGF-Familie. Ziel dieser Arbeit war, den Einfluss des VEGF-Signalwegs auf die postnatale Gefäßentwicklung und Homöostase im Mausauge zu untersuchen. Hierbei wurden unter Verwendung des Cre/loxP-Systems Mäuse mit einer induzierbaren, Tamoxifen-abhängigen Deletion des VEGF Rezeptors 2 (Vegfr2Δeye-Mäuse) generiert. Zunächst konnte die Aktivität der verwendeten Cre-Rekombinase anhand von Cre-Reportermäusen (R26R) im gesamten Auge nachgewiesen werden, anschließend wurde sowohl auf Protein- als auch auf mRNA-Ebene der erfolgreiche Knockdown des VEGF-Rezeptors 2 (VEGFR2) in Geweben des vorderen Augenabschnitts und der Retina bei den Vegfr2Δeye-Tieren im Vergleich zu den Kontrolltieren nachgewiesen und weiterhin eine Phänotyp-Analyse der Versuchstiere durchgeführt. Makroskopisch zeigten sich die Vegfr2Δeye-Mäuse kleiner und mit einem geringeren Gewicht als die Kontrollgeschwistertiere. Ferner zeigten Vegfr2Δeye-Mäuse Einblutungen in die vordere Augenkammer. Die detaillierte Analyse der Augen der Vegfr2Δeye-Mäuse zeigte bei morphometrischen Analysen der verschiedenen retinalen Schichten signifikant dünnere retinale Zellschichten, wobei im Speziellen die innere Körnerschicht an den meisten Positionen eine signifikante Reduktion ergab, die äußere Körnerschicht hingegen nur an einigen wenigen Positionen. Des Weiteren ergaben sich eine geringere Anzahl an Zellen in der Ganglienzellschicht und TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL)-Analysen bestätigten eine erhöhte Apoptoserate retinaler Zellen bei den Vegfr2Δeye-Mäusen. Auch wurde die retinale Gefäßentwicklung mittels transkardialen Perfusionen von hochmolekularem FITC-Dextran untersucht und bei den Vegfr2Δeye-Mäusen eine komplett inhibierte retinale Angiogenese und eine daraus resultierende retinale Hypoxie, einhergehend mit einer HIF-1α-Stabilisierung und erhöhten VEGFa-Spiegeln detektiert.
Außerdem zeigte sich eine Astrozytenakkumulation in der Nervenfaserschicht der Retina sowie deutliche Veränderungen des retinalen astrozytären Netzwerks. Auch im vorderen Augenabschnitt zeigten sich Auswirkungen des VEGFR2-Knockdowns. Besonders auffallend waren bei den Vegfr2Δeye-Mäusen Veränderungen im Vaskularisierungsprofil der Iris mit plumperen und teils gekräuselten Gefäßen an Stelle des fein verzweigten und symmetrisch aufgebauten vaskulären Netzwerks der Irisgefäße der Kontrollgeschwistertiere. Immunhistochemische Analysen zeigten eine mengenmäßige Zunahme und eine Zunahme der Signalintensität des Endothelzellmarkers cluster of differentiation (CD) 31, was auf eine Gefäßproliferation der Irisgefäße bei den Vegfr2Δeye-Mäusen schließen lässt. Darüber hinaus konnte, durch den Einsatz von transmissionselektronenmikroskopischen Analysen, nachgewiesen werden, dass das Irisendothel bei den Vegfr2Δeye-Mäusen fenestriert ist, was auf die detektierte, signifikant gesteigerte VEGFa-Expression im vorderen Augenabschnitt der Vegfr2Δeye-Mäuse zurückzuführen ist. Molekularbiologische mRNA Analysen des Gewebes des vorderen Augenabschnitts zeigten eine signifikante Steigerung der Expression von plasmalemma vesicle associated protein (Plvap), einem Marker für fenestrierte Endothelien, was durch immunhistochemische PLVAP-Färbungen auf Proteinebene bestätigt wurde. Die somit dokumentierte Fenestrierung der Irisgefäße kann auch die vorliegenden Vorderkammerblutungen bei den Vegfr2Δeye-Mäusen erklären.

Zusammenfassend zeigen die Daten dieser Dissertation, dass der VEGF-Signalweg essentiell für eine regelrechte physiologische retinale Gefäßentwicklung und die Formation des Astrozytennetzwerks ist. Die durch die Deletion des Signalwegs resultierende avaskuläre Retina führte zur Hypoxie und zu kompensatorisch erhöhten VEGFa-Spiegeln, die bei den bereits angelegten Irisgefäßen zur Proliferation und zu Fenestrationen führten. In dieser Dissertation wurde somit auch ein Mausmodell des Neovaskularisationsglaukoms generiert, wie es bei Patienten mit diabetischer Retinopathie oder Okklusion der retinalen Gefäße vorkommt.

The vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling pathway plays an important role both during physiological vascular development and in pathological changes of the vasculature in the eye. Ophthalmologic diseases such as wet age-related macular degeneration or diabetic retinopathy are associated with pathological vascular proliferation in the eye caused, among other causes, by increased VEGFa levels, a ligand of the VEGF family. The aim of this work was to investigate the influence of the VEGF signaling pathway on postnatal vascular development and homeostasis in the mouse eye. Here, mice with an inducible, tamoxifen-dependent deletion of VEGF receptor 2 (Vegfr2Δeye- mice) were generated using the Cre/loxP system. First, the activity of the Cre recombinase used was demonstrated using Cre reporter mice (R26R) in the whole eye, followed by demonstration of the successful knockdown of VEGF receptor 2 (VEGFR2) in tissues of the anterior segment of the eye and retina in Vegfr2Δeye- animals compared with control animals in both, protein and mRNA levels, and further phenotype analysis of the experimental animals was performed. Macroscopically, Vegfr2Δeye-mice appeared smaller and with a lower weight than control littermates. Furthermore, Vegfr2Δeye-mice showed hemorrhages in the anterior eye chamber. Detailed analysis of the eyes of Vegfr2Δeye-mice revealed significantly thinner retinal cell layers in morphometric analyses of the various retinal layers, specifically, the inner nuclear layer showed a significant reduction at most positions, whereas the outer nuclear layer showed a significant reduction only at a few positions. Furthermore, a lower number of cells in the ganglion cell layer was observed and TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) analyses confirmed an increased apoptosis rate of retinal cells in Vegfr2Δeye-mice. Also, retinal vascular development was examined using transcardiac perfusions of high-molecular-weight FITC-dextran, with completely inhibited retinal angiogenesis and consequent retinal hypoxia, accompanied by HIF-1α stabilization and increased VEGFa levels, detected in the Vegfr2Δeye-mice. There was also an astrocyte accumulation in the retinal nerve fiber layer and marked changes in the retinal astrocytic network. The anterior segment of the eye also showed effects of VEGFR2 knockdown. Particularly prominent in the Vegfr2Δeye-mice were changes in the vascularization profile of the iris, with plumper and partly curled vessels in place of the finely branched and symmetrically structured vascular network of the iris vessels of the control littermates. Immunohistochemical analyses showed a quantitative increase and an increase in the signal intensity of the endothelial cell marker cluster of differentiation (CD) 31, suggesting vascular proliferation of the iris vessels in the Vegfr2Δeye-mice. In addition, using transmission electron microscopy analysis, it was demonstrated that the iris endothelium was fenestrated in the Vegfr2Δeye-mice, which was due to the detected significantly increased VEGFa expression in the anterior segment of the eyes of the Vegfr2Δeye-mice. Molecular mRNA analysis of the anterior eye segment tissue revealed a significant increase in the expression of plasmalemma vesicle-associated protein (Plvap), a marker for fenestrated endothelia, which was confirmed by immunohistochemical PLVAP staining at the protein level. Thus, the fenestration of iris vessels which was documented may also explain the anterior chamber hemorrhages present in Vegfr2Δeye-mice.
In summary, the data of this dissertation demonstrate that the VEGF signaling pathway is essential for proper physiological retinal vascular development and astrocyte network formation. The avascular retina resulting from the deletion of the signaling pathway led to hypoxia and compensatory increased VEGFa levels, which resulted in proliferation and fenestrations in the already formed iris vessels. Thus, this dissertation also generated a mouse model of neovascularization glaucoma as it occurs in patients with diabetic retinopathy or occlusion of the retinal vessels.