Matrix Remodeled: Der Einfluss der Zellumgebung auf das Sehvermögen
Die Verarbeitung von visuellen Informationen beginnt mit einer zielgerichteten und balancierten Kommunikation zwischen Nervenzellen in der Netzhaut über Synapsen.
Proteine in der Umgebung von Nervenzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung, Reifung und Funktion dieser Synapsen. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum konnte gemeinsam mit weiteren Arbeitsgruppen zeigen, dass der kombinierte Verlust von vier Proteinen zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der Funktion der Netzhaut, einer verminderten visuellen Bewegungsverarbeitung sowie deutlichen synaptischen Veränderungen führt.
Darüber berichteten Forschende um Privatdozentin Dr. Jacqueline Reinhard-Recht und Prof. Dr. Andreas Faissner in der Fachzeitschrift iScience vom 16. Februar 2024.
Eingeschränkte Netzhautfunktion in Matrix-defizienten Mäusen
Im Fokus der Untersuchungen des Forschungsteams 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 Jacqueline Reinhard-Recht. Die Forschenden untersuchten daher die Sehfunktion von sogenannten Knockout-Mäusen, die genetisch so verändert waren, dass ihr Körper die 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 Jacqueline 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“, sagt 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“, so Jacqueline 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 Patientinnen und Patienten bieten.
Kooperationspartner
Im Rahmen der Forschungsarbeit kooperierten 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.
Originalpublikation:
Jacqueline Reinhard et al.: Neural Extracellular Matrix Regulates Visual Sensory Motor Integration, in: iScience, 2024, DOI: 10.1016/j.isci.2024.108846,
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004224000671