Retinitis pigmentosa: Stäbchenzellen verdrahten sich neu, wenn die Sehkraft schwindet

Wissenschaftler der University of California, Los Angeles (UCLA), USA, haben entdeckt, dass sich bestimmte Netzhautzellen neu vernetzen können, wenn das Sehvermögen bei Retinitis pigmentosa nachlässt.

Die Forscher des Jules Stein Eye Institute an der David Geffen School of Medicine der UCLA fanden anhand von Untersuchungen am Mausmodell heraus, dass Stäbchen-Bipolarzellen neue funktionelle Verbindungen zu Zapfenzellen herstellen können, wenn ihre üblichen Partner nicht mehr funktionieren. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Current Biology“ veröffentlicht.

Neue Behandlungsansätze schaffen

Retinitis pigmentosa betrifft Millionen von Menschen weltweit und ist eine der Hauptursachen für erblich bedingte Blindheit. Die Krankheit schreitet oft langsam fort und einige Patienten gehalten bis ins mittlere Alter ein überraschend gutes Sehvermögen. Dennoch ist wenig darüber bekannt, wie sich die Netzhautkreisläufe an den Zellverlust anpassen. Das Verständnis dieser natürlichen Anpassungsmechanismen könnte den Wissenschaftlern zufolge neue Ansatzpunkte für Behandlungen zur Erhaltung des Sehvermögens aufzeigen.

Die Forscher verwendeten Rhodopsin-Knockout-Mäuse. Bei diesem Modell für die frühe Retinitis pigmentosa können Stäbchenzellen nicht auf Licht reagieren und die Degeneration schreitet langsam in den Mäusen voran. Um herauszufinden, wie sich die einzelnen bipolaren Stäbchenzellen verhalten, wenn ihr üblicher Input ausfällt, führten die Wissenschaftler elektrische Messungen an diesen Zellen durch.

Zudem verwendete das Team weitere Mausmodelle, denen verschiedene Komponenten der Stäbchensignalisierung fehlten, um festzustellen, was den Umstrukturierungsprozess auslöst. Sie untermauerten ihre Einzelzellbefunde mit elektrischen Messungen der gesamten Netzhaut.

Neue Verdrahtung durch Degenerationsprozess selbst ausgelöst

Die Forscher konnten in ihren Untersuchungen beobachten, dass die bipolaren Stäbchenzellen in den Mäusen, denen die funktionstüchtigen Stäbchen fehlen, starke Amplitudenreaktionen zeigten. Diese wurden hier von den Zapfenzellen und nicht durch normale Stäbchenimpulse ausgelöst. Die umstrukturierten Reaktionen waren stark und wiesen die erwarteten elektrischen Eigenschaften von zapfengesteuerten Signalen auf, wie die Wissenschaftler berichteten.

Die neue Verdrahtung wurde speziell bei Mäusen mit Stäbchendegeneration festgestellt. Bei anderen Mausmodellen, bei denen die Lichtreaktionen der Stäbchen fehlten, ohne dass es zu einem tatsächlichen Zelltod gekommen war, wurde diese Phänomen nicht beobachtet.

Dies deutet den Autoren nach darauf hin, dass die zelluläre Umverdrahtung durch den Degenerationsprozess selbst und nicht durch das Fehlen von Lichtreaktionen oder unterbrochenen Synapsen ausgelöst wird.

Die Netzhautkreisläufe erhalten ihre Funktion durch verschiedene Anpassungsmechanismen

Frühere Arbeiten des Forschungsteams aus dem Jahr 2023 zeigen, dass einzelne Zapfenzellen auch nach schweren strukturellen Veränderungen in späteren Krankheitsstadien funktionsfähig bleiben können. Zusammen zeigen diese Studien, so die Autoren, dass die Netzhautkreisläufe ihre Funktion durch verschiedene Anpassungsmechanismen in verschiedenen Stadien des Krankheitsverlaufs aufrechterhalten. Diese Erkenntnisse könnten den Wissenschaftlern helfen, neue Ansatzpunkte für die Erhaltung des Sehvermögens bei Patienten mit erblichen Netzhauterkrankungen zu identifizieren.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich die Netzhaut an den Verlust der Stäbchen anpasst, um die Tageslichtempfindlichkeit der Netzhaut zu erhalten“, erklärte der leitende Autor A.P. Sampath, PhD, vom UCLA Stein Eye Institute. „Wenn die üblichen Verbindungen zwischen Stäbchen-Bipolarzellen und Stäbchen verloren gehen, können sich diese Zellen neu verdrahten, um stattdessen Signale von den Zapfen zu empfangen. Das Signal für diese Plastizität scheint die Degeneration selbst zu sein, möglicherweise durch die Rolle von Gliazellen oder Faktoren, die von absterbenden Zellen freigesetzt werden.“

Was kommt als Nächstes?

Eine der offenen Fragen ist, ob diese Umverdrahtung einen allgemeinen Mechanismus darstellt, den die Netzhaut nutzt, wenn Stäbchen absterben. Die Gruppe untersucht derzeit diese Möglichkeit an anderen Knockout-Mäusen, die Mutationen in Rhodopsin und anderen Stäbchenproteinen aufweisen. Von diesen ist bekannt, dass sie beim Menschen Retinitis pigmentosa verursachen.

(SaS)