Dokument: Molekulare Mechanismen axonaler Regeneration retinaler Ganglienzellen im Zebrafisch

Titel:	Molekulare Mechanismen axonaler Regeneration retinaler Ganglienzellen im Zebrafisch
Weiterer Titel:	Molecular Mechanisms of Axonal Regeneration of Retinal Ganglion Cells in Zebrafish
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45604
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180411-094006-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kalbhen, Karl Pascal [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,27 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.04.2018 / geändert 10.04.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Fischer, Dietmar [Gutachter] Prof. Dr. Sergeeva, Olga [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die regenerativen Fähigkeiten des zentralen Nervensystems (ZNS) von Säugetieren nehmen nach der Geburt drastisch ab, sodass axonale Schädigungen zu einem dauerhaften Funktionsverlust der betroffenen Systeme führen. Fische hingegen sind in der Lage, Verletzungen des ZNS funktionell vollständig zu regenerieren. Dies macht sie zu einem interessanten Modell zur Erforschung der diesen Regenerationsprozessen zugrunde liegenden molekularen Mechanismen und zur Entwicklung neuer Therapieoptionen für Säugetiere. In Nagetieren konnten bereits verschiedene mit axonaler Regeneration assoziierte, zelluläre Signalkaskaden wie JAK/STAT3, PI3K/AKT/mTOR und MAPK/ERK identifiziert werden. Da diese Proteine zwischen Fischen und Säugetieren stark konserviert sind, wurden die entsprechenden Signalwege im Hinblick auf ihre Bedeutung für die Regeneration retinaler Ganglienzellen (RGZ) von Zebrafischen untersucht. Während der MAPK/ERK-Signalweg im Zebrafisch nach einer Sehnervverletzung nur eine untergeordnete Bedeutung zu haben scheint, kam es zur Induktion des PI3K/AKT-Signalwegs und in Folge zur Aktivierung des mechanistic target of rapamycin (mTOR). Dabei zeigte sich, dass sich die Regulation der mTOR-Aktivität in Fischen und Säugetieren deutlich unterscheidet. Während in unverletzten Nagetieren eine Grundaktivität von mTOR vorhanden ist, war dies in naiven Fisch-RGZ nicht nachweisbar. Nach einer Verletzung des Sehnervs in der Maus wird die mTOR-Aktivität herunterreguliert und eine experimentelle Aufrechterhaltung, z. B. durch Blockade des phosphate and tensin homolog (PTEN), kann einige Axone zur Regeneration stimulieren. Eine Nervenschädigung im Zebrafisch führte hingegen zu einem deutlichen Aktivitätsanstieg von mTOR sowohl in vivo als auch in dissoziierten Zellkulturen. Dieser war jedoch transient und fiel bereits 3 Tage später wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Eine Hemmung des vorgeschalteten Signalwegs mittels des PI3- Kinase-Inhibitors LY294002 oder auch direkt von mTOR durch Rapamycin konnte das basale Neuritenwachstum jedoch nicht beeinträchtigen. Dementsprechend war die Aktivität von mTOR für die axonale Regeneration nach einer Sehnervverletzung im Zebrafisch nicht essenziell. Es konnte dennoch gezeigt werden, dass die Aktivität von mTOR an der Vermittlung von Zytokin- und durch PTEN-Inhibition induziertem Neuritenwachstum beteiligt war und demnach, ähnlich wie bei Säugetieren, regenerationsfördernd wirkte. The regenerative capacity of the mammalian central nervous system (CNS) is dramatically reduced after birth, leading to terminal functional loss after axonal injuries. Fish, on the other hand, are capable of regenerating CNS lesions and regain full functionality of the impaired system. Therefore, they are an attractive model organism for studying molecular mechanisms underlying axon regeneration upon injury and developing possible therapeutic strategies. In mammals, several intrinsic signaling pathways such as JAK/STAT3, PI3K/AKT/mTOR and MAPK/ERK have been associated with axon regeneration. Since those proteins are highly conserved between fish and mammals, the current thesis analyzed the significance of those pathways for the regeneration of retinal ganglion cells (RGC) in zebrafish. MAPK/ERK signaling appeared to play no important role after an optic nerve crush in zebrafish. The PI3K/AKT pathway, on the other hand, was induced after injury resulting in increased activity of the mechanistic target of rapamycin (mTOR). The regulation of mTOR activity differs greatly between fish and mammals. While healthy rodents show a constitutive mTOR activity, there was no activity at all observed in naïve zebrafish RGC. After injury mTOR is reduced in mice and an artificial upregulation allows for some axons to regenerate, for example by inhibiting the phosphate and tensin homolog (PTEN). Axon injury in zebrafish resulted in a massive increase of mTOR activity in vivo as well as in dissociated cell cultures. However, this induction was only transient and was normalized after 3 days. Inhibition of the signaling pathway using the PI3K-Inhibitor LY294002 or Rapamycin, a direct inhibitor of mTOR, did not compromise basal neurite growth. Thus, mTOR activity was not essential for axon regeneration after optic nerve injury in zebrafish. Nevertheless, mTOR activity correlated with axon growth induced by cytokines and PTEN-inhibition, and, therefore, is involved in CNS axon regeneration in zebrafish similar to mammalians.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	11.04.2018
Dateien geändert am:	11.04.2018
Promotionsantrag am:	12.09.2017
Datum der Promotion:	27.03.2018