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Michalakis, Stylianos (2003): Untersuchungen zur Funktion und pathophysiologischen Relevanz Zyklonukleotid-aktivierter Kationenkanäle im ZNS und der Retina anhand CNGA3-defizienter Mäuse. Dissertation, LMU München: Faculty of Chemistry and Pharmacy
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Abstract

CNG-Kanäle sind elementare Bestandteile der Seh- und Riechkaskade. Es existieren sechs verschiedene Gene, die für unterschiedliche CNG-Untereinheiten kodieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst die Expression und Funktion der CNG-Kanäle im ZNS der Maus untersucht. RT-PCR-Untersuchungen zeigten, dass CNGA3 in der Amygdala, dem Cerebellum und dem Hippocampus die am stärksten exprimierte CNGA-Untereinheit war. Auch mittels in situ-Hybridisierung und Immunhistochemie konnte CNGA3 im Hippocampus der Maus nachgewiesen werden. Um zu untersuchen, ob CNGA3 eine funktionelle Rolle im Hippocampus der Maus besitzt, wurde die synaptische Plastizität in der CA1-Region des Hippocampus CNGA3-defizienter Mäuse gemessen. Bei CNGA3 -/- Mäusen konnte eine signifikant erhöhte Langzeitpotenzierung bei normal erhaltener Langzeitdepression beobachtet werden. Mit zwei unabhängigen Lernversuchen wurde untersucht, ob dieser Befund Auswirkungen auf die Funktion des Hippocampus für das räumliche Lernvermögen dieser Mäuse besitzt. Die Leistungsfähigkeit sowohl bei einem water-maze Versuch als auch bei der kontextuellen Angstkonditionierung zeigte sich jedoch durch die Deletion von CNGA3 nicht beeinträchtigt. Da CNGA3 auch in der Amygdala nachgewiesen werden konnte, wurden die CNGA3 -/- Mäuse auf eine Beeinträchtigung der physiologischen Funktion dieser Gehirnregion getestet. Zu diesem Zweck wurde eine akustische Angstkonditionierung durchgeführt. Bei diesem klassischen Test der Amygdalafunktion zeigten die CNGA3-defizienten Mäuse überraschenderweise ein signifikant weniger stark ausgeprägtes Angstverhalten. Detailliertere Untersuchungen sind notwendig, um die genaue Funktion von CNG-Kanälen in der Amygdala aufzuklären. Im zweiten Teil der Arbeit sollte die bei CNGA3-defizienten Mäusen zu beobachtende retinale Degeneration untersucht werden. Die Konsequenzen der Deletion von CNGA3 sollten auf molekularer Ebene beschrieben werden. Interessanterweise zeigte die Degeneration der Seh-Zapfen keine gleichmäßige Verteilung über die gesamte Netzhaut. Im oberen Teil der Netzhaut war ein verlangsamter Verlauf des Seh-Zapfen-Verlustes zu erkennen. Selbst bei über 1 Jahr alten CNGA3-defizienten Mäusen war in der dorsalen Retina eine Persistenz von etwa 50 % der Seh-Zapfen zu beobachten. Dagegen waren in der unteren Retina viel früher schon fast keine Zapfen-Außensegmente mehr zu sehen. Auf molekularer Ebene zeigte sich schon während der ersten Wochen der postnatalen Entwicklung ein Verlust elementarer Proteine der Phototransduktionskaskade. Sehr früh war für die zwei Zapfen-Opsine der Maus, wie für die meisten weiteren untersuchten Proteine der Seh-Kaskade der Zapfen, ein Verlust der Immunreaktivität in den Zapfen-Außensegmenten zu beobachten. Die Transkription der untersuchten Gene war, mit Ausnahme des SWS-Opsins, bei 3 Monate alten CNGA3 -/- Mäusen vergleichbar der bei Wildtyp Mäusen. Das Ausmaß und der Beginn des degenerativen Prozesses in der CNGA3 -/- Retina wurde durch den Nachweis einer sehr früh beginnenden und stark ausgeprägten Induktion von Müller-Gliazellen deutlich. Charakteristische Merkmale die für die Aktivierung einer Apoptose in Photorezeptoren sprechen konnten bei CNGA3 -/- Mäusen ausgemacht werden. Mittels TUNEL-Analyse konnte eine erhöhte DNS-Fragmentation beobachtet werden mit einem Maximum zwischen der dritten und vierten postnatalen Woche. Im gleichen Zeitraum war ebenfalls eine Aktivierung der Caspase 3 und eine Freisetzung von Cytochrom c zu erkennen. Zusätzlich zu den Veränderungen in den Photorezeptoren konnten subtile Veränderungen in der inneren Netzhaut der CNGA3 -/- Mäuse gezeigt werden. Zum einen entwickelten die Horizontalzellen neuronale Ausläufer, die in die äußere Körnerschicht hineinwuchsen. Zum anderen wurde ein Verlust der Immunreaktivität für das G-Protein Goa in ON-Bipolarzellen CNGA3-defizienter Mäuse festgestellt.