Vergleichende Studie von Zelltodmechanismen in rd1 und Cpfl1 Photorezeptoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Teilprojekt 6 der KFO-134 beschäftigt sich mit den Zelltod-Mechanismen bei der erblichen Zapfenphotorezeptordegeneration. Zur Analyse der Zelltodmechanismen wurde in erster Linie das cpfl1 (cone photoreceptor function loss) Mausmodell für Zapfenphotorezeptordegeneration verwandt, welches eine Zapfenspezifische Mutation in dem phosphodiesterase 6 (PDE6) Enzym trägt. Hierbei wurden jedoch auch Erkenntnisse aus vorhergehenden und während der KFG weitergeführten Arbeiten mit dem rd1 Mausmodell für Retinadegeneration (Stäbchenphotorezeptor-spezifische PDE6 Mutation) berücksichtigt. So konnten wir zeigen, dass sowohl in rd1 Stäbchenphotorezeptoren als auch in cpfl1 Zapfenphotorezeptoren während des Zelltods der cGMP-Spiegel stark erhöht ist und damit eine verstärkte enzymatische Aktivität von cGMP abhängiger Proteinkinase (PKG) und Calpainen einhergeht. In weiterführenden Arbeiten konnten wir zeigen dass analog zur rd1 Situation auch die Aktivität von Poly-ADP-Ribose-Polymerase (PARP) und Histon-DeACetylase (HDAC) in absterbenden cpfl1 Zapfen stark ansteigt. Demgegenüber konnten wir weder in rd1 Stäbchen noch in cpfl1 Zapfen Hinweise für caspase-Aktivität oder andere Marker für Apoptose finden. Dies legt nahe, dass in beiden Fällen ein nicht-apoptotischer Zelltodmechanismus zum Tragen kommt bei dem epigenetische Prozesse eine wesentliche Rolle spielen könnten. Interessanterweise scheint ein solcher Zelltodmechanismus auch bei Mutationen in einer Reihe von weiteren Photorezeptorgenen ausgelöst zu werden womit sich die Möglichkeit einer mutationsunabhängigen Behandlung von erblicher Photorezeptordegeneration ergeben könnte. Ein weiterer sehr interessanter Aspekt dieser Arbeiten war der Vergleich von cGMP-PKG-signaling induzierter PARP Aktivität in Photorezeptoren und den Haarsinneszellen der Cochlea. Im Gegensatz zu Photorezeptoren wo eine hohe PARP Aktivität eindeutig schädlich ist, scheint das Überleben von Haarsinneszellen durch PARP Aktivität gefördert zu werden. In Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten in der KFG haben wir außerdem die Rolle von cGMP-aktivierten CNG-Ionen-Kanälen bei der Stäbchen und Zapfenphotorezeptor-Degeneration untersucht und Möglichkeiten erforscht Zapfendegeneration über mutationsspezifische, gentherapeutische Maßnahmen aufzuhalten. Gegenwärtig werden in der Restlaufzeit des Teilprojektes 6 zwei wesentliche Ansätze verfolgt: (1) An organotypischen Retinakulturen werden potentiell neuroprotektive HDAC Inhibitoren (z. B. Trichostatin A) auf ihre Fähigkeit die Zapfenphotorezeptordegeneration aufzuhalten getestet. (2) In Zusammenarbeit mit Dr. Steffanie Hauck (Helmholtz-Zentrum München) wird ein proteomischer Screen auf HDAC-Interaktionspartner und andere Marker für epigenetische Prozesse untersucht. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf einer Analyse von möglichen Veränderungen des Zellzyklus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009) PKG activity causes photoreceptor cell death in two Retinitis Pigmentosa models. J Neurochem 108:796-810
Paquet-Durand F, Hauck SM, van Veen T, Ueffing M, Ekström P
- (2010) cGMP-dependent cone photoreceptor degeneration in the cpfl1 mouse retina. J Comp Neurol 518: 3604-3617
Trifunović D, Dengler K, Michalakis S, Zrenner E, Wissinger B, Paquet-Durand F
- (2010) Excessive HDAC activation is critical for neurodegeneration in the rd1 mouse. Cell Death Dis 1: e24
Sancho-Pelluz J, Alavi MV, Sahaboglu A, Kustermann S, Farinelli P, Azadi S, van Veen T, Romero FJ, Paquet-Durand F, Ekström P
- (2010) Restoration of Cone Vision in the CNGA3−/− Mouse Model of Congenital Complete Lack of Cone Photoreceptor Function. Mol Ther 18: 2057-2063
Michalakis S, Mühlfriedel R, Tanimoto N, Krishnamoorthy V, Koch S, Fischer MD, Becirovic E, Bai L, Huber G, Beck SC, Fahl E, Büning H, Paquet-Durand F, Zong X, Gollisch T, Biel M, Seeliger MW
- (2011) A key role for cyclic–nucleotide gated (CNG) channels in cGMP-related retinitis pigmentosa. Hum Mol Genet 20: 941-947
Paquet-Durand F, Beck S, Michalakis S, Goldmann T, Huber G, Mühlfriedel R, Trifunovic D, Fischer MD, Fahl E, Duetsch G, Becirovic E, Wolfrum U, van Veen T, Biel M, Tanimoto N, Seeliger MW
- (2012) Light-driven calcium signals in mouse cone photoreceptors. J Neurosci 32: 6981-6994
Wei T, Schubert T, Paquet-Durand F, Tanimoto N, Chang L, Koeppen K, Ott T, Griesbeck O, Seeliger MW, Euler T, Wissinger B
(Siehe online unter https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.6432-11.2012) - (2012) Neuroprotective Strategies for the Treatment of Inherited Photoreceptor Degeneration. Curr Mol Med 2::598-612
Trifunović D, Sahaboglu A, Kaur J, Mencl S, Zrenner E, Ueffing M, Arango-Gonzalez B, Paquet-Durand F
(Siehe online unter https://doi.org/10.2174/156652412800620048)
