Retinaler Phänotyp dreier Mausmodelle für die neuronale Ceroidlipofuszinose: (CLN1-knockout Mausmodell, CLN3Δex7/8-knock-in Mausmodell und CLN6-knockout Mausmodell)

Abstract

Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der phänotypischen Charakterisierung der Mausmodelle für die infantile, juvenile und spät- infantile Form der neuronalen Ceroidlipofuszinose. Die neuronalen Ceroidlipofuszinosen stellen eine Gruppe von neurodegenerativen Erkrankungen vornehmlich des Kindes- und Jugendalters dar, die gekennzeichnet sind durch Visusverlust, Epilepsie und Demenz. Die Erkrankung nimmt einen progredienten Verlauf und führt zu frühem Tod. Bei der detaillierten Erforschung krankheitsspezifischer pathophysiologischer und funktioneller Grundlagen in Korrelation zur Erkrankung beim Menschen nimmt das Tiermodell Maus eine besondere Stellung ein. Um den Netzhautdystrophie-Typ nachzuweisen und eine eventuelle Progression des Degenerationsprozesses zu analysieren, wurden die elektrophysiologischen und funktionellen Eigenschaften betroffener Mäuse mit denen alterskorrelierter Wildtypen verglichen. Sowohl die Elektroretinographie als auch die Pupillometrie bieten eine objektive und nicht-invasive Methode, die Netzhautfunktion näher zu untersuchen, Fundusuntersuchungen sowie die Fluoreszenzangiographie beschreiben den Phänotyp genauer. Bei den PPT1-knock- out-Tieren als Modell für die INCL fanden sich verglichen mit dem Wildtyp Verminderungen der ERG-Amplituden beginnend ab einem Alter von 2-4 Monaten mit anschließender Progression im Alter. Zusammen mit der evidenten Vergröberung des retinalen Pigmentepithels verbunden mit einer Gefäßrarefizierung deutet dies auf einen relativ milden Phänotyp mit Veränderungen rezeptoraler und postrezeptoraler Strukturen hin. Die Untersuchungen an CLN3Δex7/8-knock-in- Tieren als JNCL-Modell ergaben einen relativ späten Beginn der retinalen Pathologie. Verminderte ERG-Amplituden der Knock-in-Mäuse ab einem Alter von 12 Monaten sind ein Hinweis auf einen Verlust visueller Empfindlichkeit. Innere Netzhautschichten, repräsentiert durch die B-Welle des ERG, scheinen stärker betroffen als die Photorezeptoren, deren Funktion sich in der A-Welle des ERG widerspiegelt. Einen weiteren Hinweis auf eine gestörte Signaltransduktion liefert der verminderte Pupillenlichtreflex im Alter von 16 Monaten. Im Krankheitsverlauf scheint eine fehlerhafte Neurotransmission von den inneren Segmenten der Photorezeptoren zu den Bipolarzellen immer evidenter zu werden, wie dies auch bei von JNCL betroffenen Patienten beschrieben ist. Die CLN6-knock-out-Tiere als Modell für die vLINCL wiesen eine relativ früh auftretende Netzhautdystrophie auf. Dabei zeigte sich eine progrediente Beeinträchtigung visueller Empfindlichkeit bei den Knock-out-Tieren ab einem Alter von 1,5 Monaten mit präferenzieller Beeinträchtigung des Stäbchensystems. Am Fundus zeigte sich eine Rarefizierung retinaler Gefäße. Die verminderten Pupillenreflexe und ERG-Amplituden deuten auf eine Affektion sowohl der Photorezeptorzellen als auch innerer Netzhautschichten hin, wie auch bei von INCL betroffenen Patienten beschrieben, aber im Gegensatz zu den beiden anderen Modellen keine vornehmliche Beeinträchtigung der Synapse oder der Bipolarzellfunktion. Die phänotypische Charakterisierung der Mausmodelle liefert einerseits einen essenziellen Beitrag zum besseren Verständnis der NCLF. Andererseits offerieren die beschriebenen Mausmodelle effektive Untersuchungsobjekte zur künftigen Testung potenzieller Interventionsstrategien für die Erkrankung.

The aim of this study is the phenotypical characterization of the mouse models for infantile, juvenile and variant late infantile neuronal ceroid lipofuscinosis. Neuronal ceroid lipofuscinosis is a group of neurodegenerative disorders mostly occuring in childhood. They are characterized by loss of visual function, epilepsia and dementia, disease progression and consecutive early death. The mouse model is of special importance in exploring the functional and pathophysiological basis of the disease because it correlates well with the human form of the disease. For proofing the type of retinal dystrophy and analysing a progression of the disease, we compared electrophysiological and functional characteristics of mouse models with the disease and age matched wild types. Electroretinography and pupillometry are objective and non-invasive methods to investigate retinal function. Fundoscopy and fluorescein angiography are methods to characterize the phenotype more precisely. In CLN1 KO mice, representing INCL, we found reduced ERG-waves starting at an age of 2-4 months, compared to the wild type. Furthermore this reduction in ERG amplitudes showed to be progressive with age. In addition to this fundusfotography and fluorescein angiography revealed reduced retinal vessels and changes in the retinal pigment epithelium. All in all these findings demonstrate a relatively mild phenotype with changes of receptoral and post-receptoral structures. Investigating CLN3Δex7/8-knock-in-mice, model for JNCL, revealed a relatively late onset of the retinal pathology. ERG- amplitudes were reduced in 12 months old knock-in mice. This demonstrates a certain loss of retinal function. Inner retinal layers, represented by the b-wave in ERG seem to be more impaired as photoreceptorcells, represented by the a-wave. The reduced pupillary light reflex at an age of 16 months indicates an impaired signal transduction as well. With disease progression an impaired neurotransmission from the inner segments of the photoreceptorcells to the bipolar cells seems to be more and more evident. This was also found to be evident in patients with JNCL. CLN6-knock-out-mice, representing vLINCL, showed a relatively early onset of retinal dystrophy. Impaired visual function was evident starting at an age of 1,5 months. A preferential impairment of the cone system was found as well as a progression of the disease with age. Fundusphotography and fluorescein angiography showed reduced retinal vessels. A reduction of the pupillary light reflex and reduced amplitudes in ERG indicate an affection of photoreceptorcells as well as of inner retinal layers. These findings were also evident in the human form of the disease. Constrasting the other two disease models, a preferential impairment of the synapse or the bipolar cell function was not found. On the one hand this phenotypical characterization of the mouse models is an essential basis for a better understanding of NCLF. On the other hand these characterized mouse models can be effective objects for further future testing of potential interventional strategies against the disease.