Calcium dynamics in degenerating cone photoreceptors

01.06.2015 bis 31.12.2017

Erblich bedingte Photorezeptordegeneration führt in der Regel zum Erblinden. Trotz intensiver Studien sind die zugrundeliegenden Zelltodmechanismen noch unklar. Für die Entwicklung von Neuroprotektionsstrategien, die Degeneration aufhalten bzw. verzögern, ist dieses Wissen jedoch entscheidend. Es gibt Hinweise darauf, dasseine Fehlregulation der Ca2+-Homöostase eine wichtige Rolle beim degenerationsbedingten Zelltod von Photorezeptoren spielt. So wurde z.B. vorgeschlagen, dass die Akkumulation des sekundären BotenstoffscGMP in degenerierenden Photorezeptoren über das Öffnen von cGMP-gesteuerten Kanälen zum Ca2+-Anstieg und damit zur erhöhten Aktivität Ca2+-abhängiger Proteasen vom Calpain-Typ führt - einem Anzeichen für den drohenden Photorezeptor-Zelltod.Unser Ziel ist ein besseres Verständnis der pathophysiologischen Prozesse, die der Degeneration von Zapfenphotorezeptoren in der Säugerretina zugrunde liegen - fokussiert auf die Rolle von Ca2+. Mittels2P-Mikroskopie planen wir Ca2+-Konzentration und lichtinduzierte Ca2+-Änderungen in Zapfen zu messen. Dafür sollen Retina-slices von Mausmutanten (cpfl1, rd1, rd10) verwendet werden, die nach Kreuzung mit transgenen Tieren einen Ca2+-Biosensor in Zapfen exprimieren. In der cpfl1-Linie ist das Phosphodiesterase-6 (Pde6)-Gen der Zapfen mutiert (primäre Zapfendegeneration). Dagegen tragen rd1 und rd10 mutierte Pde6-Gene in den Stäbchenphotorezeptoren; hier degenerieren die genetisch intakten Zapfen sekundär, d.h. wenn die Stäbchen verschwunden sind. Anders als bei rd1 beginnt bei rd10 die Degeneration nach der Retinaentwicklung, daher eignet sich rd10 als Kontrolle, um entwicklungs- von degenerationsbedingten Ca2+-Änderungen zu unterscheiden.Im ersten Teil planen wir Messungen an verschiedenen Zeitpunkten um herauszufinden, ob Veränderungen in der Ca2+-Dynamik vor oder nach Degenerationsbeginn auftreten. Parallel wird die Aktivität von Markern, die mit Zelltod und Ca2+-Homöostase in Verbindung stehen, histologisch und biochemisch charakterisiert. Ziel ist eine genaue Beschreibung der Ca2+-Dynamik in Relation zu Zelltod-relevanten Prozessen über den Verlauf der Zapfendegeneration. Besonders interessiert uns der Vergleich zwischen primärer und sekundärerZapfendegeneration, da immer noch ungeklärt ist, ob diese auf unterschiedlichen Mechanismen beruhen.Im zweiten Teil werden wir untersuchen, ob sich die Ca2+-Dynamik in den Zapfen der Mutanten pharmakologisch korrigieren lässt und ob sich daraus neuroprotektive Ansätze ableiten lassen. Dazu testen wirSubstanzen, die die Ca2+-Homöostase beeinflussen, zunächst im slice und dann in organotypischen Retinaexplantat-Kulturen. Dort überprüfen wir, ob die Substanzen über einen längeren Zeitraum die Überlebensrate von Zapfen erhöhen. Wir erwarten, dass unser Projekt nicht nur neue Einsichten in die Zapfendegeneration ermöglicht, sondern auch zum besseren Verständnis vom Zelltod und Neurodegeneration beiträgt.