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.
Published: 05.02.2024
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.
Bipolarzellen
Bipolarzelle/-/bipolar cell
Die Bipolarzelle ist ein bipolares Neuron, also ein Neuron mit einem Axon und einem Dendriten das in der mittleren Schicht der Netzhaut liegt. Es übermittelt die sensorische Information von den Photorezeptoren zu den Ganglienzellen.
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.
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
