GDNF and PEDF effects on Müllerr cells and on photoreceptor survival in 2D-monolayer and 3D-reggregate cultures of the avian retina
Final Report Abstract
Ziel dieses Projekts war es, die Wirkung der Zytokine BDNF, GDNF und PEDF auf die retinale Entwicklung sowie auf reine Müllerzell-Populationen zu studieren, sowie diese Faktoren auf ein etabliertes Gliosemodell anzuwenden und deren Auswirkungen zu analysieren. Neben einem schnelleren Weg, reine Müllerzell-Populationen zu erstellen, wurde für diese Arbeit ein Explanatsystem entwickelt, das sämtliche Entwicklungsschritte entsprechend der in vivo-Retina durchläuft. Die Gliose im besagten Explantatsystem wurde mit DL-α-Aminoadipat (AAA) erzeugt. AAA ist ein Toxin, das spezifisch auf Gliazellen wirkt. Neben einem Anschwellen der Zellkörper exprimierten die Müllerzellen GFAP, was nur unter Stressbedingungen (Gliose) auftritt. Beide Reaktionen sind wichtige Nachweise für eine Gliose. Mittels eines Katalase-Tests wurde gezeigt, dass die Gliose durch oxidativen Stress erzeugt wird und zum Absterben der Müllerzellen führt. Um der Frage nachzugehen, inwieweit Müllerzellen unter gliotischen Bedingungen auf die o.g. Faktoren reagieren körmen, musste ein schnellerer Weg gefunden werden, durch den reine Müllerzell-Populationen für molekularbiologische Untersuchungen erstellt werden können. Dies wurde durch Einsatz von hohen Ascorbat-Konzentrationen tatsächlich erreicht. Expressionsstudien zeigten, dass Müllerzellen die genannten Faktoren und ihre Rezeptoren unter Kontrollbedingungen exprimierten und auch auf exogene Faktoren reagierten. Alle eingesetzten Faktoren stimulierten in Müllerzellen ihre eigene Expression, sowie zum Teil auch die ihrer Rezeptoren. Femer wurde eine stimulierende Wirkung von Forskolin auf die TrkB-Expression in Müllerzellen nachgewiesen, was bislang nur für die gesamte Retina gezeigt worden war. Die Expression der besagten Zytokine wurde unter dem Einfluss von AAA dramatisch beeinflusst. GDNF, GFRα1, TrkB und PEDF wiesen schon bei geringen AAA-Konzentrationen eme starke Verringerung der Genexpression auf. Somit wurden sämtliche betrachteten Signalwege unter gliotischen Bedingungen beeinträchtigt. Unter Kontrollbedingungen förderten diese Faktoren - vermittelt durch Müllerzellen - die Entwicklung von Photorezeptoren. Die Photorezeptoren weisen dabei keine Rezeptorexpression für diese Zytokine auf. Hieraus wird deutlich, dass gliotische Bedingungen wichtige Müllerzell-Signale unterbinden, die für den Erhalt der umliegenden Neuronen wichtig sind. Obwohl alle drei verwendeten Faktoren auf Müllerzellen einwirken können, zeigte nur PEDF eine reduzierende Wirkung auf die AAA-Gliose. Somit konnte mit der vorliegenden Arbeit eine Reduktion des gliotischen Anschwellens und der GFAP-Expression durch exogenes PEDF unter AAA-Einfluss gezeigt werden, was durch Befunde mit dem Katalase-Test unabhängig untermauert wurde. Die Ergebnisse dieser Arbeit machen deutlich, dass Müller'sche Radialgliazellen auf exogene Faktoren reagieren und eine entscheidende Rolle bei der Vermittlung von Zytokinwirkungen haben. Eine Beeinträchtigung der Müllerzellen durch AAA führt nicht nur zum Verlust der retinalen Struktur, sondem auch zu einem dramatisch veränderten Expressionsverhalten. Es ist daher anzunehmen, daß das Absterben der Neuronen bei Retina-degenerativen Krankheiten durch fehlende Müller'sche Signale in gliotischen Müllerzellen verstärkt werden kann. Allein PEDF war in der Lage, der Gliose positiv entgegen zu wirken und den Zerfall der Retina aufzuhalten. Die Ergebnisse dieser Arbeit erweitern das Verständnis von Gliosen und der Degeneration von Neuronen. Dies könnte die Therapierung retinaler Erkrankungen entscheidend unterstützen, indem eine Gliose durch PEDF unterbunden wird. Weitere Studien müssen zeigen, welche Wirkung PEDF im entsprechenden Retina-degenerativen Tiermodell hat, und ob allein eine verminderte Gliose einen positiven Einfluss auf den Krankheitsverlauf hat.
