Matrix Remodeled: Der Einfluss der Zellumgebung auf das Sehvermögen

Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum konnte gemeinsam mit weiteren Arbeitsgruppen zeigen, dass der kombinierte Verlust von vier extrazellulären Matrixproteinen, die in der Umgebung von Nervenzellen der Netzhaut auftreten, zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der Funktion der Netzhaut, einer verminderten visuellen Bewegungsverarbeitung sowie deutlichen synaptischen Veränderungen führt.

Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in der Fachjournal „iScience“ veröffentlicht.

Eingeschränkte Netzhautfunktion in Matrix-defizienten Mäusen

Im Fokus der Untersuchungen standen die vier extrazellulären Matrixproteine Brevican, Neurocan, Tenascin-C und Tenascin-R, die in der Zellumgebung von Nervenzellen der Netzhaut vorkommen. „Ihre genaue Aufgabe in der Netzhaut war bislang noch nicht hinreichend untersucht“, erklärt die Privatdozentin Dr. Jacqueline Reinhard-Recht vom Lehrstuhl für Zellmorphologie und Molekulare Neurobiologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität Bochum. Die Wissenschaftler untersuchten daher die Sehfunktion von Knockout-Mäusen, die genetisch so verändert waren, dass ihr Körper diese vier Proteine nicht herstellen konnte.

Durch Elektroretinogramm-Analysen konnte das Forschungsteam zeigen, dass Stäbchen-Fotorezeptoren und Bipolarzellen in den Knockout-Mäusen funktionelle Defizite in der visuellen Verarbeitung aufweisen. „Interessanterweise konnten wir bei den Knockout-Mäusen zusätzlich deutliche Einschränkungen in der visuellen Bewegungsverarbeitung im Vergleich zu Kontrolltieren feststellen“, so Reinhard-Recht. Mäuse, denen nur die Proteine Tenascin-C oder Tenascin-R fehlen, zeigen zwar ebenfalls Einbußen in der visuellen Bewegungsverarbeitung, allerdings deutlich schwächere. „Dies zeigt, dass der kumulative Verlust von vier Matrixproteinen die optomotorischen Einschränkungen verstärkt“, bemerkt die Forscherin.

Matrix-Remodellierung und Ungleichgewicht in der synaptischen Signalisierung

Untersuchungen der Netzhaut der Knockout-Mäuse belegten außerdem Veränderungen verschiedener Matrixmoleküle und Synapsen. „Insbesondere zeigte sich ein Ungleichgewicht von hemmenden und erregenden Synapsen“, erörtert Reinhard-Recht. „Insgesamt weisen die Forschungsdaten darauf hin, dass die vier Matrixproteine Brevican, Neurocan, Tenascin-C und Tenascin-R wichtige Modulatoren der synaptischen Signalisierung in der Netzhaut sind.“

Die Forschungsergebnisse tragen dazu bei, die komplexen molekularen Mechanismen der visuellen Verarbeitung deutlich besser zu verstehen. Zukünftig könnten diese Erkenntnisse neue Ansätze für die Entwicklung therapeutischer Interventionen bei Störungen der Sehfunktion von Patienten bieten.

Kooperationspartner

Im Rahmen der Forschungsarbeit kooperierten Dr. Jacqueline Reinhard-Recht, Dr. Cornelius Mueller-Buehl, Dr. Susanne Wiemann, Dr. Lars Roll, Dr. Veronika Luft und Andreas Faissner vom Lehrstuhl für Zellmorphologie und Molekulare Neurobiologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität Bochum mit Prof. Dr. Stephanie Joachim vom Experimental Eye Research Institute der Universitäts-Augenklinik in Bochum, Dr. Hamed Shabani und Dr. Daniel Rathbun vom Institute for Ophthalmic Research, Centre for Ophthalmology, Eberhard-Karls-Universität in Tübingen sowie Lin Gan, Dr. Chao-Chung Kuo und Dr. Julia Franzen vom Interdisciplinary Centre for Clinical Research Aachen, Universität RWTH Aachen.

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützte die Arbeiten (SFB 642, SPP 1172/3, FA 159/13-3, FA 159/22-1 und RE 4891/3-1). Susanne Wiemann wurde durch ein Promotionsstipendium der Konrad-Adenauer-Stiftung gefördert. Veronika Luft wurde durch die RUB Research School und die International Graduate School of Neuroscience gefördert.