FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-76843
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/7684/


Retinal degeneretaion in Arylsulfatase G-deficient mice and neural stem cell-based neuroprotective approaches in mouse models of retinal degeneration.

Retinale Degeneration der Arylsulfatase G-defizienten Maus und neurale Stammzell-basierte Neuroprotektion in Mausmodellen mit retinaler Degneration

Kruszewski, Katharina

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (4.262 KB) 


SWD-Schlagwörter: Degeneration , Netzhaut , Therapie , Mucopolysaccharidose , Dystrophie , Retinopathia pigmentosa , Glaukom
Freie Schlagwörter (Deutsch): Neuroprotektion , neurale Stammzellen , Arylsulfatase G
Freie Schlagwörter (Englisch): neuroprotection , neural stem cell based , retinal degeneration , mucopolysaccharidosis , glaucoma
Basisklassifikation: 44.95 , 42.15 , 42.13
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Bartsch, Udo (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.11.2015
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum: 08.01.2016
Kurzfassung auf Englisch: Visual impairment as a result of retinal disorders may result from the dysfunction of loss of different retinal cell types such as photoreceptors, the photosensitive cells, or retinal ganglion cells (RGCs), which relay the visual signals through their axons to the brain. Another group of diseases with a frequent involvement of the retina are the lysosomal storage disorders (LSDs). LSDs are characterized by mutations in genes encoding lysosomal transporters or enzymes, subsequent intracellular accumulation of metabolites and eventually cell death. For all these retinal dystrophies, there are currently no effective therapies available.
The present thesis has analyzed the retinal phenotype of a novel LSD mouse model of mucopolysaccharidosis (MPS) type IIIE. MPSs are caused by systemic and neural accumulation of glycosaminoglycans (GAGs). The seven subtypes of MPS are classified according to the specific enzyme involved and the clinical manifestation. In MPSIII, also termed Sanfilippo syndrome, retinopathies are moderate to severe with retinal dysfunction caused by the deposition of GAGs within the retinal pigment epithelium (RPE) and the photoreceptor cell layer. The new mouse model of MPSIIIE carries a mutation in the Arylsulfatase G (Arsg) gene. Analyses of the retina of Arsg knockout mice revealed a progressive degeneration of photoreceptors starting between 1 and 6 months of age. At the age of 24 months more than 50% of photoreceptor cells were lost. Photoreceptor loss was accompanied by reactive astrogliosis and microgliosis and elevated expression levels of some lysosomal proteins. Expression of ARSG protein in wild-type mice was restricted to the RPE. However, RPE cells in the knockout mouse appeared normal at the ultrastructural level, and evidence for the presence of storage vacuoles was not found.
Neurotrophic factor deprivation is among the various stress signals that may lead to the apoptotic cell death of retinal cells. The administration of exogenous neurotrophic factors aims to delay retinal degeneration and offers a widely applicable therapy across a range of conditions. Therefore, a cell-based intraocular delivery system for a sustained administration of neurotrophic factors was established in two mouse models of RP and a CLN6 mouse model of juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis (for photoreceptor degeneration) and an optic nerve crush (ONC) mouse model (for RGC degeneration). Modified clonal neural stem (NS) cell lines with an ectopic expression of ciliary neurotrophic factor (CNTF) were transplanted into the vitreal cavity of the different mouse models prior to the onset of photoreceptor degeneration or one day after the optic nerve crush. The reporter protein enabled the analysis of the differentiation behaviour and the survival of the grafted cells. In all mouse models analyzed, CNTF-secreting NS cells significantly protected photoreceptors or ganglion cells. Furthermore, the CNTF-secreting NS cells stimulated long distance regeneration of the axotomized RGCs in the ONC mouse model. In addition to CNTF, the protective effects of vascular endothelial growth factor factor-B (VEGF-B) secreting NS cells were analyzed in the ONC mouse model. The VEGF-B-secreting NS cells significantly protected the lesioned RGCs for up to 2 months post-lesion but did not induce regeneration of RGC axons in the optic nerve. Despite the fact that members of the VEGF family promote vascularization, retinas from eyes with grafted VEGF-B expressing NS cells showed no pathological alterations of their vasculature.
In summary, this thesis has analyzed the retinal phenotype of a novel MPS mouse model, and thus provides further insights into the pathomechanisms of retinal disorders associated with LSDs. In addition, the present thesis has demonstrated that a sustained NS cell-based intraocular administration of CNTF attenuates photoreceptor loss in two mouse models of RP and a mouse model of CLN6 disease. The present work has also demonstrated that a NS cell-based intraocular administration of CNTF or VEGF-B attenuates the loss of axotomized RGCs in a mouse model of glaucoma. These combined data demonstrate that a sustained NS cell-based administration of neurotrophic factors might serve as a valuable tool for preclinical studies aimed at evaluating the protective effects of known or novel neurotrophic factors or factor combinations on retinal cells in vivo.
Kurzfassung auf Deutsch: Retinale Dystrophien können zu Beeinträchtigungen des Sehvermögens bis hin zur Erblindung führen. Dabei sind je nach Art der retinalen Dystrophie unterschiedliche Zellen betroffen, wie z.B. die Licht-sensitiven Photorezeptoren oder die retinalen Ganglienzellen (RGCs), die die visuellen Signale von der Retina über ihre Axone im optischen Nerven hin zum Gehirn leiten. Lysosomale Speichererkrankungen (LSDs) bilden eine weitere Gruppe von Erkrankungen, bei denen oftmals eine retinale Degeneration zu den typischen Symptomen gehört. LSDs werden durch Mutationen in Genen verursacht, die für lysosomale Transporters oder Enzyme kodieren. Bei diesen Erkrankungen kommt es zu einer intrazellulären Akkumulation von Metaboliten und eventuell zum Zelltod. Für alle retinalen Dystrophien sind derzeit keine effektiven Therapien verfügbar.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der retinale Phänotyp eines neuen LSD Mausmodells für die Mukopolysaccharidose (MPS) IIIE analysiert. Ursache für MPSs ist eine systemische und neurale Akkumulation von Glykosaminoglykanen (GAGs). Bei MPS III, auch als Sanfilippo-Syndrom bezeichnet, sind Retinopathien mittelschwer bis stark ausgeprägt, wobei die retinale Fehlfunktion durch die Ablagerung von GAGs innerhalb des retinalen Pigmentepithels (RPE) und der Photorezeptoren verursacht wird. Das untersuchte Mausmodell für die MPS Variante IIIE weist eine Mutation im Arylsulfatase G (Arsg) Gen auf. Die Analyse der Retina von Arsg knockout Mäusen zeigte eine progrediente Photorezeptordegeneration. In 24 Monate alten Tieren waren mehr als 50% der Photorezeptoren degeneriert. Begleitend zum Photorezeptorverlust waren eine reaktive Astrogliose und eine reaktive Mikrogliose, sowie eine erhöhte Expression verschiedener lysosomalen Proteinen nachweisbar. Wie in gesunden Mäusen durch immunhistochemische Untersuchungen gezeigt werden konnte, beschränkt sich die Expression des ARSG Proteins auf das RPE. Ultrastrukturelle Analysen des RPEs von Arsg knockout Mäusen zeigten jedoch keine pathologischen Veränderungen, und typische Speichervakuolen waren ebenfalls nicht nachweisbar.
Innerhalb der verschiedenen Stresssignale, die zur Apoptose von retinalen Zellen führen können, wurde in der vorliegenden Arbeit primär der Mangel an neurotrophen Faktoren untersucht. Die Zufuhr neurotropher Faktoren hat zum Ziel, die retinale Degeneration zu verzögern und bietet somit ein breites Anwendungsfeld für viele degenerative Erkrankungen der Netzhaut. Zu diesem Zweck wurde ein zellbasiertes intraokuläres Applikationssystem für eine kontinuierliche Versorgung der Netzhaut mit neurotrophen Faktoren entwickelt, und dessen Anwendbarkeit in zwei RP Mausmodellen und dem CLN6 Mausmodel der juvenile neuronalen Ceroid-Lipofuszinose (für degenerierende Photorezeptoren) und in einem Mausmodell für das Glaukom (mit degenerierenden Ganglienzellen) analysiert. Modifizierten neurale Stammzellen (NS)-Zellen mit einer ektopischen Expression des ciliary neurotrophic factor (CNTF) wurden in den Vitreus der unterschiedlichen Mausmodelle vor Beginn der Photorezeptordegeneration oder einen Tag nach der Läsion des optischen Nervs injiziert. In allen verwendeten Mausmodellen resultierte die kontinuierliche Applikation von CNTF in einer signifikanten Protektion der Photorezeptoren bzw. RGCs. Zusätzlich stimulierte CNTF im Läsionsmodell die Regeneration der RGC Axone über weite Strecken in den distalen Stumpf des optischen Nervs. Neben CNTF wurde der protektive Effekt von vascular endothelial growth factor-B (VEGF-B) exprimierenden NS-Zellen auf degenerierende RGCs im einem Mausmodell für das Glaukom analysiert. Die VEGF-B sezernierenden NS-Zellen übten eine signifikante Protektion auf axotomierte RGCs über einen Zeitraum von bis zu zwei Monaten nach der Läsion aus, induzierten aber keine Regeneration der RGC Axone. Obwohl die Mitglieder der VEGF Familie für ihre pro-angiogene Aktivität bekannt sind, waren keine Veränderungen des Gefäßsystems in den mit VEGF-B behandelten Augen nachweisbar.
Zusammengefasst wurde in der vorliegenden Arbeit der retinale Phänotyp eines neuen Mausmodels für MPS analysiert, um weitere Einblicke in die Pathomechanismen von Retinopathien zu gewinnen, die mit LSDs assoziiert sind. Zusätzlich konnte diese Arbeit zeigen, dass eine kontinuierliche zellbasierte okuläre Applikation des neurotrophen Faktors CNTF eine protektive Wirkung auf degenerierende Photorezeptoren in zwei RP-Mausmodellen und einem Mausmodell für CLN6 hat. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass CNTF und VEGF-B die Degeneration axotomierter RGCs in einem Mausmodell für das Glaukom verlangsamte. Diese Daten demonstrieren, dass eine kontinuierliche NS-Zell-basierte Applikation neurotropher Faktoren eine geeignete Methode für präklinische Studien darstellt, die zum Ziel haben, die protektiven Effekte bekannter und neuer neurotropher Faktoren und Faktorkombinationen in vivo zu untersuchen.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende