Die neuroprotektive Funktion des TGF-beta Signalwegs für Photorezeptoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Antrag analysierten wir die neuroprotektive Rolle des transforming growth factor (TGF) β Signalwegs für das Überleben von Photorezeptoren, mit dem übergeordneten Ziel, TGFβ-abhängige Netzwerke und Zellpopulationen zu identifizieren, die diese Mechanismen regulieren. In einer ersten Studie zeigten wir die Dysregulation des TGFβ-Signaling nach genetisch vermittelter (VPP) Photorezeptordegeneration, sowie eine signifikante Hochregulation des TGFβ -Rezeptor 2 (Tgfbr2) in retinalen Neuronen und Müllerzellen. Um zu untersuchten, ob die beobachtete Hochregulation von Tgfbr2 neuroprotektiv wirkt, generierten wir Mäuse mit einer konditionellen Deletion des Tgfbr2 in Neuronen und Müllerzellen (Tgfbr2Δoc) und VPP-induzierte Photorezeptordegeneration. Und tatsächlich zeigten doppelt mutante Retinae (Tgfbr2Δoc; VPP) eine drastisch verstärkten Neurodegeneration. RNA-Sequencing Analysen wiesen in doppelt mutanten Retinae eine verstärkte Expression proapoptotischer Faktoren, eine Dysregulation der zellulären Homöostase und eine Hochregulation neuroprotektiver Signalwege auf. Darüber hinaus zeigten Gene-Ontologie- Analysen, dass durch Tgfbr2 Defizienz, Veränderungen in MAPK-assoziierten Signalwegen auftraten. In weiteren Studien untersuchten wir, ob der beobachtete neuroprotektive Effekt direkt (Photorezeptoren) oder indirekt (z.B. Müllerzellen) vermittelt wird. Dazu analysierten wir Mäuse mit einer zelltypspezifischen Deletion des Tgfbr2 in Photorezeptoren oder Müllerzellen. In beiden Tgfbr2-defizienten Modellen sahen wir nach lichtinduzierter Photorezeptordegeneration tendenziell mehr degenerierende Zellen, die in ihrer Summe derer im Tgfbr2Δoc Modell entsprach. Diese Beobachtung könnte darauf hindeuten, dass TGFβ-Signaling über beide Mechanismen additiv neuroprotektiv wirkt: direkt auf Photorezeptoren und indirekt, z.B. über Müllerzellen. Im Gegensatz zu unserer ursprünglichen Beobachtung, dass TGFβ-Signaling die Expression von neuroprotektiven Faktoren wie vascular endothelial growth factor (Vegf) reguliert, konnten wir dies, als die Tiere in die für die geplanten Experimente erforderlichen genetischen Hintergründe gekreuzt waren, nicht mehr bestätigen. Da wir jedoch eine signifikante Hochregulation von Vegf Rezeptor 2 (Vegfr2) in Retinae sowohl bei VPP- als auch bei lichtvermittelter Degeneration beobachteten, analysierten wir, ob VEGF-Signaling neuroprotektiv wirkt. Wir untersuchten daher ein Mausmodell mit einer induzierbaren Deletion von Vegfr2 im gesamten Auge (Vegfr2Δeye) und zeigten, dass Vegfr2Δeye Retinae nach Lichtexposition signifikant mehr degenerierende Zellen aufwiesen, ein Effekt, der 14 Tage nach Lichtexposition zu einer signifikant dünneren äußeren Körnerschicht führte. Wir konnten außerdem zeigen, dass dieser Effekt mit einer fehlenden Aktivierung (Phosphorylierung) des neuroprotektiven Faktors Proteinkinase B (PKB, oder Akt) nach Lichtexposition einherging, begleitet von einer Hochregulation pro-apoptotischer Faktoren wie dem Bcl2 associated death promotor (Bad). Unsere Daten zeigen, dass eine Aktivierung von TGFβ/VEGF-Signaling oder MAPK- Signalwegen in retinalen Neuronen und Müllerzellen vielversprechende Ansätze sein könnten, um die Degeneration von Photorezeptoren bei Krankheiten wie Retinitis pigmentosa oder altersbedingter Makuladegeneration zu reduzieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Light Intensity-Dependent Dysregulation of Retinal Reference Genes. Adv Exp Med Biol. 2019;1185:295-299
Bielmeier CB, Schmitt SI, Braunger BM
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New Insights into Endothelin Signaling and Its Diverse Roles in the Retina. Adv Exp Med Biol. 2019;1185:519-523
Schmitt SI, Bielmeier CB, Braunger BM
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TGFβ-Neurotrophin Interactions in Heart, Retina, and Brain. Biomolecules. 2021 Sep 14;11(9):1360
Schlecht A, Vallon M, Wagner N, Ergün S, Braunger BM
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Transcriptional Profiling Identifies Upregulation of Neuroprotective Pathways in Retinitis Pigmentosa. Int J Mol Sci. 2021 Jun 11;22(12):6307
Bielmeier CB, Roth S, Schmitt SI, Boneva SK, Schlecht A, Vallon M, Tamm ER, Ergün S, Neueder A, Braunger BM
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Deficiency in Retinal TGFβ Signaling Aggravates Neurodegeneration by Modulating Pro-Apoptotic and MAP Kinase Pathways. Int J Mol Sci. 2022 Feb 27;23(5):2626
Bielmeier CB, Schmitt SI, Kleefeldt N, Boneva SK, Schlecht A, Vallon M, Tamm ER, Hillenkamp J, Ergün S, Neueder A, Braunger BM
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The Protective Effects of Neurotrophins and MicroRNA in Diabetic Retinopathy, Nephropathy and Heart Failure via Regulating Endothelial Function. Biomolecules. 2022 Aug 12;12(8):1113
Shityakov S, Nagai M, Ergün S, Braunger BM, Förster CY
