Elektroretinografische Charakterisierung der AMOG-Mäuse

Abstract

Das Tiermodell Maus besitzt eine große Bedeutung bei der Erforschung der Netzhautphysiologie und der pathologischen Grundlagen erblicher Netzhauterkrankungen. Es werden im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Tiermodellen unterschieden. Einerseits lassen es moderne molekulargenetische Techniken zu, genveränderte Tiere herzustellen, andererseits können natürlich vorkommende Mauslinien mit Gendefekt durch Genanalyse mit menschlichen Erkrankungen korreliert werden. Motivation der vorliegenden Arbeit war es, den β2/β1-ki/ki-AMOG-Mausstamm elektrophysiologisch und morphologisch zu charakterisieren. Bei den elektrophysiologischen Screenings konnte beim AMOG- Stamm eine Reduzierung der B-Welle im Elektroretinogramm beobachtet werden. Durch die Charakterisierung des Mausstammes AMOG soll versucht werden, möglicherweise ein Tiermodell für menschliche Netzhaut-erkrankungen zu entdecken, aber auch Aufschlüsse über dessen Pathophysiologie. Zu diesem Zweck wurden die elektrophysiologischen und morphologischen Eigenschaften der AMOG- Mäuse mit dem Wildtyp (OLA-Mäuse) verglichen. Zur Beschreibung der Funktion der einzelnen Zellverbände innerhalb der Netzhaut erfolgte im Untersuchungszeitraum von einem Jahr die Ableitung der A- und B-Welle, sowie der oszillatorischen Potenziale des Elektroretinogramms. Daneben erfolgte zusätzlich die Ableitung der C-Welle. Ziel war es, einerseits die Netzhautfunktionsstörung zu lokalisieren und andererseits im Verlauf der Zeit die Entwicklung des Funktionsdefektes zu beobachten. Die elektrophysiologischen Ergebnisse konnten mit morphologischen Untersuchungen alterskorrelierter Tiere verglichen werden. Unterstützung fand die Annahme, dass die betroffenen Tiere sowohl eine Veränderung der Funktion der Pigmentepithel-, Müller-, als auch der Photorezeptorzellen hatten. Diese Tatsache führt zu stark erniedrigte A-Wellen-, B-Wellen- und C-Wellen- Amplituden. Die genannten Ergebnisse fanden auch Bestätigung in den morphologischen Untersuchungen. Sie sind im Vergleich zum Wildtyp deutlich verändert. Das signifikant veränderte skotopische ERG, mit den reduzierten A-, B- und C-Wellen-Amplituden, können zu diesem Zeitpunkt nicht abschließend erklärt werden. Man kann vermuten, dass die ERG-Veränderungen einerseits durch die Abwesenheit der Pump-Aktivität der NA-K-ATPase, andererseits durch die fehlende Haftung zwischen den Neuronen und Astrocyten oder durch beides in Summation bedingt sind. Die Funktion der Na-K-ATPase (als Haftungsmolekül und als Pumpe) ist nur in den Zellen suffizient, wo eine Ionen Homeostase gegeben ist. Der selektive Verlust von Photorezeptoren in den β2/β1-ki/ki-AMOG-Mäusen erfolgt nach Finlay nicht nur durch die Apoptose (programmierter Zelltod), sondern auch aufgrund abnormer synaptischer Stimuli (29). Zusätzlich, kann die intrazelluläre Calcium-Konzentration, die Apoptose indirekt beeinflussen. Die Endonuclease, welche DNA Fragmente nach dem Zelltod abbaut, kann durch die Cacium-Ionen- Konzentration beeinflusst werden. Dieser Mechanismus wurde bereits für die Netzhautdegeneration in einem anderen Mausmodell diskutiert (31). Die Na-K-ATPase kann direkt die intrazelluläre Calcium-Ionen Konzentration über die Na-Ca-Austauscher beeinflussen. 6 8 5\. Zusammenfassung Bei den β2/β1-ki/ki-AMOG-Mäusen kann eine Dysfunktion der Na-K-ATPase die intrazelluläre Ionen-Konzentration so verändern, dass es ebenfalls zur Induktion der Aktivität der Endonuclease und somit zum Zelltod kommt. Die C-Welle ist ein Äquivalent für die Funktion des Pigmentepithels, aber auch der Müller- und Photorezeptorzellen. Die C-Welle ist bei den AMOG-Mäusen reduziert. Diese Erkenntnis bestätigt wiederum die Annahme, dass aus der Fehlerhaften Regulation der extrazellulären Kalium-Konzentration, die intrazelluläre Calcium Konzentration beeinflusst werden kann, welches wiederum über die Endonuclease zum Zelltod der Müller- und Photorezeptoren führen kann. Das Fehlen der Zapfen-Antworten, muss noch abschließend untersucht und geklärt werden. Zu diesem Zeitpunkt, ist eine Erklärung für das Fehlen der Zapfenantworten bei den AMOG-Mäusen nicht direkt ersichtlich. Um das Fehlen der Zapfenantworten abschließend zu klären, sind weiterführende Untersuchungen notwendig. Die Hauptfragestellung hierbei sollte klären, ob die Zapfenrezeptorzelle selbst betroffen ( Phototransduktionskaskade) oder das Rezeptorpotenzial im Elektroretinogramm nicht ableitbar ist, weil die postrezeptorale Überleitung nicht funktioniert, wo bei der Maus das ERG vorwiegend generiert wird. So kann eine eventuell intakte Rezeptorfunktion durch das ERG nicht erfasst werden. Der in den elektrophysiologischen und morphologischen Untersuchungen beschriebene Phänotyp des AMOG-Stammes, deutet primär auf einen degenerativen Prozess hin. Möglicherweise ist die Ursache eine Summation aller genannten Möglichkeiten. Wenn die erforderlichen Nachuntersuchungen abgeschlossen sind, wird es möglich sein, den Einfluss der Na-K-ATPase, die Zusammenstellung und Funktion seiner Untereinheiten vollständig zu verstehen. Auch der Einfluss der Pigmentzellen, Müllerund Photorezeptoren auf die Ionenhomeostasis und die Endonuclease, wird besser zu deuten sein. Durch die in der vorliegenden Arbeit beschriebene systematische Charakterisierung dieser Netzhautfunktionsstörung ist die Vorraussetzung für die Klärung ihrer Pathophysiologie geschaffen worden. Nach Abschluss der ggf. weiterführenden Untersuchungen wird es möglich sein, die Rolle der Na-K-ATPase bei erblichen Netzhautdegenerationen des Menschen, sowie seine Rolle für die Netzhautfunktion näher zu klären. Darüber hinaus kann durch die Charakterisierung dieses Mausmodells die Rolle der Na-K-ATPase für Netzhautfunktion beim Menschen und ihre mögliche Relevanz für humane Netzhautdystrophien verifiziert werden.

Our electrophysiological findings correspond well to previously published histological findings. The progressive loss of photoreceptor cells in ß2/ß1 ki/ki mice leads to a significant reduction of the outer nuclear layer thickness in 120-day-old animals, and degeneration of photoreceptor cells is almost coplete in 270-day-old mutants( Weber et al, J Neurosci 18 (22) p9 192-203). The reduced ERG responses already in young ß2/ß1 ki/ki mice may be due to an insufficient Na, K-ATPase activity, whereas at later stages, retinal function is compromised by the degenerative process.One of the most interesting results of this study is the absence of a cone ERG. It remains to be analysed whether this defect is related to an developmental deficit, an early and rapid degeneration or to a functional deficit of existing cones.