Wiederherstellung von Lichtsignalen in der Retina von Mäusen mit Photorezeptor-Degeneration unter Verwendung von SyCatCh

• Antragstellerin: Dr. Michaela Fuchs
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267355644

Die Retina ist die erste Station bei der Verarbeitung von Lichtsignalen im visuellen System. Stäbchen- und Zapfen-Photorezeptoren sind hochspezialisierte Sinneszellen, welche Licht in neuronale Signale umwandeln. Die Retina verarbeitet und filtert diese Signale, bevor sie an die höheren visuellen Zentren des Gehirns weitergeleitet werden.Viele Erkrankungen der Netzhaut gehen mit der Degeneration von Photorezeptoren einher und führen dadurch zum Erblinden. Dies zu verhindern oder die visuelle Funktion sogar wiederherzustellen sind wichtige Ziele der Sehforschung. Eine vielversprechende Strategie stellt die Optogenetik dar. Hier werden Gene, die für licht-sensitive Proteine kodieren (z.B. Channelrhodopsine), in den Photorezeptoren nachgeschaltete Neurone eingebracht. Bei Aktivierung durch Licht generieren diese Proteine dann elektrische Signale in an sich nicht lichtempfindlichen Zellen.Die rd1 Maus ist ein weit genutztes Modell für früh einsetzende Retina-Degeneration. In diesen Mäusen wurde bereits gezeigt, dass eine Expression von Channelrhodopsin-2 in der inneren Retina die Lichtempfindlichkeit der Netzhaut wiederherstellen kann. Optogenetik kann also potentiell zur Wiederherstellung der Sehfunktion genutzt werden. Bisher wurden jedoch sehr hohe Lichtintensitäten zur Anregung von Channelrhodopsinen benötigt, was letztendlich Lichtschäden in der Retina verursachen kann. Dies könnte mit der Verwendung genetisch veränderter Varianten umgangen werden.Unser Ziel ist es einen neuen optogenetischen Ansatz zur Wiederherstellung der Lichtsensitivität in Mäusen mit einer Photorezeptor-Degeneration zu testen. Unsere Strategie basiert auf der spezifischen Kontrolle synaptischer Aktivität durch Licht. Dafür werden wir den durch Licht aktivierbaren Calcium-Kanal CatCh über virale Transduktion in die synaptischen Endigungen der ON Bipolarzellen einbringen.Stimulation mit blauem Licht sollte zu einem Einstrom von Calcium-Ionen und damit direkt zur Vesikelfusion an der hochspezialisierten Bipolarzell-Synapse führen. Dies werden wir mittels Multiphotonen-Mikroskopie und genetisch kodierten Reportern synaptischer Aktivität messen. Außerdem werden wir mit Multielektroden-Arrays elektrophysiologische Messungen an Ganglienzellen durchführen, um zu überprüfen, ob diese elektrische Impulse generieren. All dies wird uns direkt zeigen, wie gut die CatCh Expression in ON Bipolarzellen die synaptische Übertragung in der Retina von rd1 Mäusen wiederherstellt. Über Messungen der optomotorischen Reaktion sowie der neuronalen Aktivität im visuellen Cortex werden wir untersuchen, ob die Lichtsignale an die visuellen Zentren des Gehirns weitergeleitet werden.Wir hoffen, dass wir so die visuelle Funktion in Mäusen mit Photorezeptor-Degeneration wiederherstellen können. Durch die Verwendung von CatCh sollten wesentlich niedrigere Lichtintensitäten zur Aktivierung nötig sein als mit zuvor verwendeten Channelrhodopsinen, was Lichtschäden in der Retina verhindern würde.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Leon Lagnado