Podcasts about gliazellen

Die Häufigkeit vieler Krankheiten unterscheidet sich eklatant zwischen Männern und Frauen! Aber warum ist das so? Wie so oft kann man davon ausgehen: Die Antwort liegt im Gehirn! Darum soll es in dieser Folge gehen und so besprechen wir, was eine Grippewelle in Finnland mit Schizophrenie zu tun hat, warum Männer seltener an Autoimmunerkrankungen leiden, und warum die Sieben definitiv rosa ist. 02:30 Geschlechterspezifische Tierforschung 05:00 Was sind eigentlich Gliazellen? 10:30 Farbige Zahlen 14:00 Testosteron und seine Folgen

Nicht nur auf der Erde windet es, auch die Sonne sorgt für Wind. Doch was treibt ihn an? Zudem: Es gibt sie also wirklich, die Hirnzellen mit zwei Berufen. Und: Warum mehr Wirbeltiere aus Asien den Sprung nach Australien geschafft haben als umgekehrt. (00:40) Hirnzellen der anderen Art In unserem Gehirn herrscht strikte Arbeitsteilung zwischen den Zellen. Die einen Hirnzellen sind die Quasselstrippen. Die andern sind die Handwerker. Neuronen und Gliazellen eben. Das war lange die Lehrmeinung. Doch jetzt ist einem Westschweizer Forschungsteam erstmals der Nachweis gelungen: In unserem Gehirn gibts auch Zellen mit zwei Berufen. Gliazellen, die sowohl kommunikativ wie fleissig sind. (06:46) Meldungen Fälle von Dengue-Fieber am Gardasee. Erstmals menschliche Nieren in Schweinen gezüchtet. Breitmaulnashörner sollen in Afrika ausgewildert werden. (12:38) Rätselhafte Wallace-Linie Auf Bali leben keine Kakadus, auf der Nachbarinsel Lombok aber schon. Bereits dem britischen Naturforscher Alfred Russel Wallace ist Mitte des 19. Jahrhunderts die scharfe Trennung verschiedener Arten im indonesischen Inselarchipel aufgefallen. Nun scheint endlich klar, was dahintersteckt. (18:30) Was den Sonnenwind antreibt Auch die Sonne hat ihren Wind – ein Strom aus elektrisch geladenen Teilchen. Auf der Erde kreieren diese Sonnenteilchen romantische Polarlichter; sie können aber auch Satelliten zerstören und Stromausfälle verursachen. Nun haben Forschende ein grosses Geheimnis des Sonnenwinds gelüftet: was ihn antreibt.

In Folge 8 der "Wissensreise für (angehende) Heilpraktikerinnen und Heilpraktiker" nehmen wir das Nervengewebe unter die Lupe. Was hat Tetanus mit Nerven zu tun und wie passen Affen hier ins Bild? Diese Fragen und Details zum Aufbau mit Soma, Axon und Dendriten an, aber auch Gliazellen, Erregungsleitung über Aktionspotentiale und Übertragung an Synapsen sind Schwerpunkte dieser Folge. Die nächste Folge wird wieder eine Frage-und-Antwort-Folge, also, viel Spaß beim Lernen ;-) Hier kannst du mich und den Podcast unterstützen: https://steadyhq.com/wissensreise

In dieser Folge erfährst du, 1) was dein Nervensystem so kann... 2) wie es unterteilt wird und 3) wie das Neuron aufgebaut ist. Es ist ein "sanfter" Einstieg in das Thema Neurobiologie :-) Fachbegriffe in dieser Folge: peripheres..., zentrales..., autonomes (vegetatives)..., somatisches Nervensystem, efferent, afferent, Effektor, sensorisch, motorisch, Parasymathikus ("Rest & Digest") Sympathikus ("Fight or Flight"), Adrenalin, innervieren, Soma, Perikaryon, Axon, Axonhügel, Schwann'sche Zelle, Ranvier'scher Schnürring, Synapse, Endknöpfchen, synaptischer Spalt, Erregungsleitung, Gliazellen, Oligodendrozyten... Viel Spaß beim Lernen - schau gerne auch unterstützend in das Skript oder schreib deine Fragen an biologopodcast@googlemail.com

Magdalena Götz ist Direktorin für Stammzellenforschung am Helmholtz-Zentrum München und Leiterin des Lehrstuhls für physiologische Genomik an der LMU. Im Jahr 2000 hat sie entdeckt, dass Nervenzellen sich aus Gliazellen bilden. Mittlerweile forscht sie daran, wie man zerstörte Nervenzellen wieder wachsen lassen kann.

Magdalena Götz ist Direktorin für Stammzellenforschung am Helmholtz-Zentrum München und Leiterin des Lehrstuhls für physiologische Genomik an der LMU. Im Jahr 2000 hat sie entdeckt, dass Nervenzellen sich aus Gliazellen bilden. Hier erzählt sie kurz über ihre Entdeckung und welche Schwierigkeiten die Veröffentlichung gemacht hatte. Ein ausführliches Gespräch mit Frau Götz gibt es in der nächsten Ausgabe.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Expression des astrozytenspezifischen Enzyms Glutaminsynthetase in Ergänzung zum gliaspezifischen Marker Repo, um Gliazellen, die mit der embryonalen Entwicklung des Zentralkomplexes in Schistocerca gregaria assoziiert sind, zellulär und molekular zu charakterisieren. Der Zentralkomplex ist ein modulares System neuropiler Strukturen im Mittelhirn aller Insekten, und ist in vielen Verhaltensvorgängen wie Laufen, Fliegen, Stridulation und Ernährung involviert. In der Heuschrecke entwickeln sich die Neuropile des Zentralkomplexes im Laufe der Embryogenese und sind zum Zeitpunkt des Schlüpfens funktionsfähig. Trotz großer Kenntnisse neuronaler Aspekte über die Entwicklung des Zentralkomplexes verbleibt die Funktion der Gliazellen unklar. In dieser Arbeit wurde das Expressionsmuster des astrozytenspezifischen Enzyms Glutaminsynthetase (GS) und des gliaspezifischen Homöobox Gens reversed polarity (repo) in Kombination mit der negativen Expression des neuron-spezifischen Markers Meerrettich Peroxidase (HRP) zur Identifizierung glialer Zellen benutzt. Doppelfärbungen zeigen, dass alle GS-positiven Zellen, die mit dem Zentralkomplex assoziiert sind, gleichzeitig Repo-positiv sind. Zum ersten Mal konnte ich durch diese Kombination nicht nur Zellkörper, sondern auch Projektionen (Gliapodien) der Gliazellen sichtbar machen. Während der Embryogenese, also noch vor der Entwicklung des Zentralkomplexes, formen Gliazellen eine zusammenhängende Population, die aus der Pars intercerebralis in die Region der Faserbündel einwandert. Anschließend verteilen sich die Gliazellen neu und umhüllen jedes der einzelnen Module des Zentralkomplexes. Innerhalb der einzelnen Neuropile des Zentralkomplexes sind keine glialen Zellkörper zu finden. Rekonstruktionen einzelner Zellen zeigen Populationen von Gliazellen, die ausgedehnte umhüllende Projektionen um die Neuropile des Zentralkomplexes, wie den Zentralkörper, senden, während eine andere Population von Gliazellen säulenartige Verzweigungen in den Zentralkörper hinein projiziert. Solche Verzweigungen in den Modulen des Zentralkomplexes sind erst nach Fertigstellung der Neuroarchitektur zu erkennen. Daher kann man annehmen, dass diese Verzweigungen auf ein zuvor entstandenes Gerüst von Neuronen oder Tracheen projizieren. Höchstwahrscheinlich sind diese Gliaprojektionen in die Transmitterregulation innerhalb des Neuropils involviert. Da Gliazellen weitreichende Projektionen (Gliapodien) in und um die Mittelhirnneuropile senden, wurden in gefrorenen Hirnschnitten intrazelluläre Injektionen durchgeführt um zu erforschen, ob diese Gliazellen ein zelluläres Netzwerk via Zellkopplung im Verlauf der Embryogenese bilden. Färbungen individueller Zellen, die an vier unterschiedlichen Injektionsstellen um den Zentralkörper lokalisiert sind, zeigen eine Population gekoppelter Zellen, deren Anzahl und räumliche Verteilung stereotypisch für jeden der Injektionspunkte ist. Darüber hinaus sind sie sowohl bei 70%igem wie auch bei einem embryonalen Entwicklungsstand von 100% miteinander vergleichbar. Anschließende immunhistochemische Experimente bestätigen, dass es sich bei den gekoppelten Zellen um astrozytenähnliche Gliazellen handelt. Durch Hinzufügen von n-Heptanol in das Puffermedium wurde die Zellkopplung verhindert. Da die Zellkopplung auch ohne direkten intersomalen Kontakt auftritt, könnten die erheblichen Verzweigungen der Gliapodien, die sich im Laufe der Embryogenese ausbreiten, involviert sein. Durch die Datenerhebung aller Injektionspunkte kann darauf geschlossen werden, dass die Gliazellen, welche den Zentralkörper umrunden, ein Netzwerk gekoppelter Gliazellen bilden, das als Positionierungssystem der sich entwickelnden Neuropile des Zentralkomplexes dient.

Jedes Jahr erleiden weltweit circa 22 Menschen pro eine Million Einwohner eine Querschnittslähmung, die bei den Betroffenen zu dauerhaften Behinderungen und erheblichen Einschränkungen im Alltag führt. Die schwerwiegenden Defizite nach einer Querschnittslähmung, darunter Lähmungen und chronischer Schmerz, sind darauf zurückzuführen, dass geschädigte Axone im Rückenmark kaum regenerieren und es auch nur in geringem Ausmaß zur funktionellen Reorganisation der noch erhaltenen Nervenverbindungen kommt. Im Unterschied zum peripheren Nervensystem, wo zerstörte Nervenfasern erfolgreich regenerieren, ist die axonale Regenerationskapazität des zentralen Nervensystems (ZNS) spärlich ausgeprägt. Zwar konnte durch intensive Forschung im Verlauf der letzten Jahrzehnte eine Anzahl von „extrinsischen“ wachstumshemmenden Molekülen von Gliazellen und der extrazellulären Matrix des ZNS identifiziert werden. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass zahlreiche dieser „extrinsischen“ Signale letztlich in „intrinsische“ Signalwege der Neuronen selbst einmünden um schließlich die Transkription neuronaler Gene zu verändern. Einer der interessantesten intrinsischen Regulatoren axonaler Regeneration ist der Transkriptionsfaktor ´Signal transducer and activator of transcription 3´ (STAT3). In dieser Arbeit habe ich mithilfe moderner In-vivo-Mikroskopie sowie viraler Gentherapie in Spinalganglien genetisch veränderter Mäuse zum ersten Mal die entscheidende Rolle von STAT3 in der intrinsischen Regulation axonaler Regeneration in vivo identifizieren können. So konnte nachgewiesen werden, dass die nur rudimentär ausgeprägte Regeneration der zentralen Fortsätze der Neuronen in den Spinalganglien mit einer fehlenden Induktion von STAT3 in den entsprechenden Ganglien einhergeht. Durch Überexpression von STAT3 mittels rekombinanter Adeno-assoziierter Viren in zervikalen Spinalganglien konnte zwei Tage nach Läsion das Auswachsen von Axonen sowie das Aussprießen von Kollateralen um mehr als das Vierfache gesteigert werden. Darüber hinaus konnte mittels repetitiver Multiphotonenmikroskopie einzelner fluoreszenzmarkierter Axone gezeigt werden, dass die Überexpression von STAT3 nur in der Frühphase (2-4 Tage) die axonale Wachstumsgeschwindigkeit erhöhen konnte, nicht aber zu einem späteren Zeitpunkt (4-10 Tage) nach Läsion. Um die Hypothese zu überprüfen, dass die fehlende Aufrechterhaltung des axonalen Wachstums durch Kontakt der aussprossenden Axone mit einem zunehmend inhibitorischen ZNS-Milieu bedingt ist, wurde die Überexpression von STAT3 zusätzlich mit der Applikation von Chondroitinase ABC, einem Enzym, das die inhibitorischen Moleküle der glialen Narbe neutralisieren kann, kombiniert. Dabei konnte ich zeigen, dass das durchschnittliche Wachstum von Axonen um mehr als das Zweifache gesteigert werden konnte. Aus den Ergebnissen meiner Versuche konnte ich mehrere Schlussfolgerungen ziehen: Erstens konnte ich STAT3 als effektiven Initiator axonalen Wachstums nach Rückenmarksläsion identifizieren. Zweitens wurde nachgewiesen, dass STAT3 selektiv Wachstum in der frühen Phase reguliert, nicht jedoch zu späteren Zeitpunkten. Daraus folgt, dass das axonale Regenerationsprogramm aus mindestens zwei verschiedenen, molekular distinkten Phasen besteht. Mit STAT3 wurde zum ersten Mal ein phasenspezifischer Regulator der axonalen Regeneration entdeckt. Abschließend konnte gezeigt werden, dass synergistische Therapien - wie hier durch die Kombination von STAT3 und Chondroitinase ABC belegt wurde - axonales Wachstum zusätzlich verbessern. Die gewonnenen Einblicke in die Mechanismen axonaler Regeneration geben Grund zur Hoffnung, dass in der Zukunft effektive Kombinationstherapien für Querschnittsgelähmte entwickelt werden können.

Die equine rezidivierende Uveitis (ERU) stellt weltweit die häufigste Ursache für eine erworbene Blindheit bei Pferden dar. Diese spontan auftretende, autoimmun-mediierte Augenentzündung tritt in der Pferdepopulation mit einer Prävalenz von 10% auf. Die ERU ist zudem das einzige spontane Tiermodell für die autoimmune Uveitis, dessen Erforschung einen wertvollen Beitrag für die humane Uveitisforschung leistet. Ablaufende Pathogenese-assoziierte Vorgänge in der Retina, dem Zielorgan der ERU, sind bisher noch weitgehend ungeklärt, tragen jedoch zu einer fortwährenden Schädigung der retinalen Gewebearchitektur, sowie der physiologischen Funktion der Retina bei. Die Müllerzellen, die retinalen Gliazellen, sind durch ihre besonderen strukturellen und funktionellen Glia-Neuron-Interaktionen von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der retinalen Struktur, sowie der Physiologie. Gliose bezeichnet eine bekannte Reaktion der Müllerzellen auf nahezu alle beschriebenen pathologischen Bedingungen und hat einen fundamentalen Einfluss auf den Verlauf einer Netzhauterkrankung. Die neuroprotektive Wirksamkeit steht dabei den für die Retina schädlichen Auswirkungen der Gliose gegenüber. Das Ziel dieser Studie war die Verifizierung und nähere Charakterisierung der bei der ERU auftretenden Gliose, um die Bedeutung der Müllerzelle bei der autoimmunen Uveitis zu bemessen und somit ein besseres Verständnis der Pathogenese-assoziierten Vorgänge im Zielorgan dieser Erkrankung zu ermöglichen. Dies wurde durch die Untersuchung der Expression von Müllerzell-spezifischen Membranproteinen, welche maßgeblich an der Regulation der retinalen Ionen- und Wasserhomöostase beteiligt sind, in gesunden im Vergleich zu uveitischen Retinae erzielt. Die Regulation der retinalen Kalium- und Wasserhomöostase ist eine der wichtigsten Müllerzellfunktionen und wird durch die einwärtsgleichrichtenden Kaliumkanäle Kir2.1 und Kir4.1, sowie dem Wasserkanal Aquaporin 4 (AQP4) bewerkstelligt. Gesunde Pferderetinae zeigten im Gegensatz zu anderen Spezies ein gleichmäßiges Verteilungsmuster von Kir4.1 entlang der Müllerzelle, dessen Expression bei der ERU signifikant vermindert war. Hingegen war die Expression von Kir2.1 in uveitischen Retinae signifikant erhöht, welche auch ein verändertes Expressionsmuster für Kir2.1 von Müllerzellfortsätzen hin zu den Zellkörpern der inneren Körnerschicht aufwiesen. Diese Befunde deuten auf eine gestörte Kaliumpermeabilität der Müllerzellmembran hin, die eine Beeinträchtigung der retinalen Kaliumhomöostase, sowie weiterer Funktionen der Müllerzelle zur Folge haben könnte. AQP4 war signifikant erhöht exprimiert und zeigte eine massive Re-Lokalisation in uveitischen Retinae im Vergleich zu Kontrollen. Während gesunde Retinae eine AQP4 Expression vor allem in Stammfortsätzen der Müllerzelle aufwiesen, wurde ein kreisförmiges Expressionsmuster in der äußeren Körnerschicht von uveitischen Retinae detektiert. Dies könnte möglicherweise in Verbindung mit der Entstehung eines retinalen Ödems stehen, einer der Hauptursachen für den Verlust der Sehfähigkeit bei Uveitis. In der vorliegenden Studie wurde zudem das Verteilungsmuster eins weiteren Mitglieds der Aquaporin-Familie (AQP5) charakterisiert und erstmalig dessen Expression in der Müllerzelle beschrieben. Außerdem wurde eine signifikant verminderte Expression bei der autoimmun-mediierten Uveitis gefunden und damit erstmals eine Beteiligung dieses Membranproteins bei einer retinalen Erkrankung dokumentiert. Die in dieser Studie gewonnenen Ergebnisse deuten daraufhin, dass die Müllerzelle von entscheidender Bedeutung für die Pathogenese der ERU ist, da die auftretende Gliose schädliche Auswirkungen auf die physiologische Funktion der Retina zu haben scheint. Weitere funktionelle Untersuchungen der Müllerzelle sind zukünftig notwendig, um ein besseres Verständnis der Physiologie der Müllerzelle und ihrer Beeinträchtigung bei der ERU zu erlangen. Durch die Etablierung der ersten equinen Müllerzelllinie eqMC-7 wurde mit dieser Studie die Grundvoraussetzung für dieses Vorhaben geschaffen.

Nervenzellen können nicht regenerieren. So steht es zumindest in allen Lehrbüchern. Dank der Arbeit von Professor Magdalena Götz weiß man nun aber, dass die Gliazellen aus dem Gehirn hier möglicherweise abhelfen können. Diese Zellen tragen nämlich das Potential, sich in Nervenzellen umzuwandeln. Für ihre bahnbrechende Arbeit erhielt Magdalena Götz den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis, die höchst dotierte wissenschaftliche Auszeichnung Deutschlands.

Ulrike Gaul ist eine international führende Entwicklungsbiologin, deren Arbeiten an der Fruchtfliege Drosophila maßgeblich zum Verständnis der Genregulation in Entwicklungsprozessen und zur Rolle von Gliazellen im Nervensystem beigetragen haben. Ihr Labor hat zahlreiche neue Gene entdeckt, die die Etablierung der Blut-Hirn-Schranke und die wirksame Beseitigung absterbender Neurone durch Glia steuern. In den letzten Jahren hat Gaul sich zunehmend der Frage zugewandt, wie die komplexen genetischen Netzwerke, die der embryonalen Musterbildung zugrunde liegen, entschlüsselt und quantitativ beschrieben werden können. Ihre Arbeiten zur Regulation der Gentranskription und -translation in der frühen Entwicklung, oft in Zusammenarbeit mit Physikern und Bioinformatikern, sind richtungsweisend für die Verknüpfung von organismischer Biologie und systembiologisch-quantitativer Analyse. Gaul wird das mit der Humboldt-Professur verbundene Preisgeld dazu nutzen, am Genzentrum der LMU einen neuen Forschungsschwerpunkt in Molekularer Systembiologie aufzubauen, der die vorhandenen Stärken des Genzentrums in eine vielversprechende neue Richtung erweitert. Die frisch gekürte Preisträgerin ist hocherfreut über die Auszeichnung: "In Verbindung mit dem sehr attraktiven Angebot der LMU wird mir die Humboldt-Professur Arbeitsbedingungen ermöglichen, wie sie auch in den USA nur selten anzutreffen sind."Aber es ist nicht nur die finanzielle Ausstattung, die sie zum Wechsel nach Deutschland bewegt: "Die LMU und der Standort München bieten ein hervorragendes Umfeld für meine Arbeit", so Gaul. "Sehr gefallen haben mir auch der zupackende und kollegiale Geist, der mir in München überall begegnet ist, der weltoffene, lebensfrohe Charakter der Stadt und die allgemeine Aufbruchsstimmung, die man in der deutschen Wissenschaft spürt."

Thu, 10 Nov 2005 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/4510/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/4510/1/Euringer_Edith.pdf Euringer, Edith ddc:600, ddc:610, Medizinische Fak

In der vorliegenden Arbeit wurde die Literatur aus vielen aktuellen Forschungsarbeiten zur Entwicklung der Oligodendrozyten und der dabei einwirkenden Faktoren während der embryonalen und frühen postnatalen Phase gesammelt und kritisch ausgewertet. Die Neuronen und Gliazellen des ZNS entstehen im sich entwickelnden Neuralrohr aus multi- bzw. pluripotenten neuroepithelialen Stammzellen. Dabei ist die Genese dieser unterschiedlichen Zellarten einer strengen zeitlichen Regulation unterworfen: zunächst bildet sich die Radialglia aus, die als Leitschiene für die Neuronenmigration fungiert. Nachfolgend entwickeln sich Neuronen, Astrozyten und zuletzt die Oligodendrozyten. Die Ursprungsorte dieser myelinbildenden Zellen sind die ventrikulären bzw. subventrikulären Zonen im ventralen Neuroepithel. Die Hochregulation von Sonic hedgehog, einem Signalprotein, welches von der mesodermalen Chorda dorsalis bzw. der Prächordalplatte exprimiert wird, spielt dabei eine entscheidende Rolle. Es bedingt sowohl die dorsoventrale Segmentierung des Neuralrohres als auch die Entstehung der ersten Oligodendrozyten-Precursorzellen in Interaktion mit einer Vielzahl anderer Einflussfaktoren. Von ihren Ursprungsorten aus besiedeln die Zellen die gesamte weiße und, in geringerem Maße, auch die graue Substanz des ZNS. Dabei müssen teilweise beträchtliche Distanzen überwunden werden. Auch hier ist wiederum das ungestörte Zusammenspiel vieler Faktoren, z. B. Moleküle der extrazellulären Matrix, Zelladhäsionsmoleküle und sekretorische Proteine, erforderlich, um eine physiologische Verteilung der Oligodendrozyten-Vorläuferzellen zu gewährleisten. Zeitgleich entwickeln sich die Precursorzellen über eine Reihe von Differenzierungsstadien weiter bis hin zum reifen, myelinproduzierenden Oligodendrozyten. Über den Nachweis stadienspezifischer Markermoleküle lassen sich die verschiedenen Phasen unterscheiden. Die Differenzierungs- und Proliferationsvorgänge unterliegen ebenfalls der Kontrolle vieler Regulationsmechanismen. Untersuchungen aus jüngerer Zeit zeigten u.a. die Fähigkeit von bereits determinierten Oligodendrozyten-Precursorzellen auf, sich unter bestimmten Bedingungen zu Stammzellen zurück zu entwickeln. Außerdem fanden sich in jüngsten Studien Hinweise auf eine wesentlich engere Verflechtung von Gliazellen und Neuronen als bislang angenommen.

Das zytotoxische Hirnödem ist eine wichtige Manifestation des zerebralen Sekundärschadens nach zerebraler Ischämie und Schädel-Hirn-Trauma. Der Analyse von Schwellungs- und Schädigungsmechanismen auf zellulärer Ebene in vivo ist durch die Komplexität der zeitgleich ablaufenden Ereignisse enge Grenzen gesetzt. Für die vorliegenden Experimente wurde deswegen ein in vitro Modell verwendet, welches die Untersuchung von C6-Gliomzellen als Einzelzellsuspension unter definierten und kontrollierten Bedingungen bei Veränderung verschiedener Parameter erlaubt. In den letzten Jahren konnten am Institut für Chirurgische Forschung anhand dieses Modells einige Mediatoren des zytotoxischen Ödems in vitro identifiziert werden. Die vorliegende Arbeit ist eine Fortsetzung der durchgeführten Untersuchungen zur Aufklärung der Mechanismen der zytotoxischen Zellschwellung. Sie befasst sich mit der Frage, welchen Einfluß freie Sauerstoffradikale (ROS) auf das Zellvolumen und die Zellvitalität von C6-Gliazellen in vitro haben. Freie Sauerstoffradikale werden unter akuten pathologischen Bedingungen vermehrt im Gehirn freigesetzt. Sie erzeugen durch ihre starke Reaktionsfähigkeit vielfältige pathophysiologische Wirkungen im Gehirn, die zur Zerstörung von Zellmembranen, Oxidation zellulärer Strukturen und DNS-Strangbrüchen führen. Für die Analyse des im Mittelpunkt stehenden Parameters Zellvolumen wurde die Durchflußzytometrie eingesetzt. Die Vitalität der Zellen wurde anhand der Trypanblau-Ausschlußmethode ermittelt. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde der Einfluß von Wasserstoffperoxid (H2O2) auf das Volumen und die Vitalität von C6-Gliomzellen untersucht. Die Zellvolumenänderung von C6-Gliomzellen durch H2O2 unterliegt einer Dosis-Wirkungsbeziehung. 0,1 mM H2O2 bewirkte über den Beobachtungszeitraum von 120 Minuten keine Volumenänderung. Ab einer Endkonzentration von 0,5 mM H2O2 kam es zu einer raschen Zellvolumenabnahme. Es folgten biphasische Verläufe der Volumenänderungen unter 0,5, 1,0 und 5,0 mM H2O2. Das Zellvolumen erreichte nachfolgend das Ausgangzellvolumen. Unter der Applikation von 5,0 mM H2O2 kam es in der zweiten Stunde des Beobachtungszeitraumes zu einer signifikanten Zellschwellung. 84 In weiteren Versuchen induzierten wir oxidativen Stress extrazellulär durch das Enzym Xanthinoxidase mit dem Substrat Hypoxanthin (HX/XOD) in den Enkonzentrationen 1 mM HX, 10 oder 20 mU/ml. HX/XOD provozierte in beiden Versuchsreihen eine prompte Abnahme des Zellvolumens auf Werte um 90% des Ausgangszellvolumens. Das Zellvolumen zeigte während des Beobachtungszeitraumes keine Rückregulation, wie in den Versuchen mit H2O2. XOD 10 mU/ml ohne HX zeigte einen ähnlichen Verlauf der Volumenänderung. Die Applikation von HX alleine bewirkte keine Volumenänderung. Mit dem Pharmakon Menadion (MQ), das Zellmembranen passieren kann, induzierten wir oxidativen Stress intrazellulär. Menadion wurde in den Enkonzentrationen 25 und 50 µM verwendet. Während nach Applikation von 25 µM Menadion keine Volumenänderung bei C6-Gliomzellen zu verzeichnen war, provozierte 50 µM Menadion eine signifikante Zellschrumpfung nach einer Latenzphase von 100 Minuten. Eine extrazelluläre Laktatazidose von 6,8 führte, wie bereits bekannt, zu einer Schwellung von C6-Gliomzellen auf 115% des Ausgangswertes. Die Zellvitalität blieb unverändert. In Kombination mit oxidativem Stress mittels HX/XOD 1/10 mM/mU/ml, zeigte sich eine dazu spiegelbildlich verlaufende Zellschrumpfung. Offensichtlich hemmen freie Radikale demnach die Mechanismen die zur azidoseinduzierten Zellschwellung führen, wie z.B. den Na+/H+-Antiporter. Diese Annahme haben wir mit dem Na+/H+-Inhibitor Amilorid bestätigt. Die radikalinduzierte Zellvolumenänderung konnte mit Amilorid fast vollständig gehemmt werden. Die Vitalität der C6-Gliomzellen zeigte in keiner der Versuchreihen eine Abnahme über den gesamten Beobachtungszeitraum. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass freie Sauerstoffradikale in vitro zu einer Schrumpfung von C6-Gliomzellen führen. Die Ergebnisse legen somit den Schluß nahe, dass freie Sauerstoffradikale nicht an der Pathogenese des zytotoxischen Hirnödems beteiligt sind. Freie Sauerstoffradikale sind allerdings in der Lage, die Clearence-Funktion von Gliazellen zu stören. So konnten ROS die Aufnahme von H+-Ionen (zusammen mit der konsekutiven Aufnahme von Na+-Ionen) und die daraus folgende kompensatorische Zellschwellung hemmen. Freie Radikale scheinen also nicht direkt toxisch zu wirken, sondern über die Hemmung Astrozyten-vermittelter neuroprotektiver Mechanismen, wie z.B. die Clearence von H+ aus dem Extrazellulärraum. Weitere Untersuchungen müssen diesen Anfangsverdacht im Detail klären.

Die vorliegenden Untersuchungen stellen eine Fortsetzung langjähriger Versuche am Institut für Chirurgische Forschung dar, zellbiologische Mechanismen des zytotoxischen Hirnödems zu klären. Bislang konnten in einem in vitro Modell von Gliazellen verschiedene Mediatoren einer Gliazellschwellung im Sinne eines zytotoxischen Hirnödems charakterisiert werden. Darunter unter anderen eine Laktazidose – in Schweregraden wie sie bei Schädel-Hirn-Traumen und zerebralen Ischämien vorkommt. Ursächlich konnten sowohl der Na+/H+-Antiporter wie auch ein Chlorid- und Bikarbonat-abhängiges Transportsystem identifiziert werden die zur Akkumulation osmotisch aktiver Solute (Na+ und Cl-) in der Zelle führen und somit eine Zellschwellung bedingen. In der vorliegenden Arbeit sollten der Azidose-induzierten Schwellung zugrundeliegende Mechanismen, d.h. Membrantransporter und –kanäle weitergehend charakterisiert werden. Dabei wurde ein Schwerpunkt auf Anionentranporter und die Rolle von Kalziumionen gelegt. Die Untersuchungen erfolgten am Modell suspendierter C6 Gliomzellen als Modellzelle für Astrozyten. Durchflusszytometrisch wurde das Zellvolumen bestimmt ebenso der intrazelluläre pH unter Zuhilfenahme des pH-abhängigen Fluoreszenzfarbstoffes BCECF. Die Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Setzt man C6 Gliomzellen einer Laktazidose von pH 6,2 aus, so kommt es zur prompten Zellschwellung die nach 60 min ihr Maximum bei 125,1 % des Ausgangsvolumens erreicht. Gleichzeitig kommt es zum Absinken des intrazellulären pH (pHi). Analoge Versuche in Chlorid- bzw. Bikarbonat-freiem Medium gingen mit einer deutlichen Hemmung der Azidose-induzierten Schwellung einher. Das Absinken von pHi war ebenfalls geringer ausgeprägt. Ähnliche Ergebnisse ließen sich mit den Inhibitoren des Cl-/HCO3--Antiporters DIDS und Niflumat erzielen. Die Zusammenschau dieser Ergebnisse lässt sie Schlussfolgerung zu, dass im Rahmen der Azidose-induzierten Schwellung der Na+-unabhängige Cl-/HCO3--Antiporter aktiv ist und zur Akkumulation von Chlorid in der Zelle führt und somit zur Zellschwellung beiträgt. Unter physiologischen Bedingungen hingegen ist der Na+-abhängige Cl-/HCO3--Antiporter aktiv und trägt zur Regulierung des ´steady state` pHi bei. In weiteren Versuchen konnte erstmals unter Verwendung der Na+-K+-Cl--Kotransportinhibitoren Bumetanid und Furosemid eine Beteiligung dieses Kotransporters an der Azidose-induzierten Schwellung nachgewiesen werden. Beide Inhibitoren führten zur deutlichen Reduktion der Zellschwellung ohne relevante Einflüsse auf den intrazellulären pH. Die Aktivierung des Transporters in Azidose führt zur Akkumulation der transportierten Ionen Natrium, Kalium und Chlorid in der Zelle, die dort als osmotisch wirksame Teilchen einen Wassereinstrom nach sich ziehen und auf diesem Wege zur Zellschwellung führen. Daneben wurde eine Abhängigkeit der Azidose-induzierten Schwellung von extrazellulären Kalziumionen gefunden. In Kalzium-freiem Medium ist ausschließlich die Zellschwellung deutlich reduziert während der Verlauf des intrazellulärem pH dem der Kontrollgruppe entsprach. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass extrazelluläre Kalziumionen für die Aktivierung eines pH-unbeeinflussenden Transporters wie z.B. den Na+-K+-Cl--Kotransport notwendig sind. Die Chelierung intrazellulärer Kalziumionen hatte keinen Effekt auf die Azidose-induzierte Schwellung und den intrazellulären pH. Damit konnten die vorliegenden Untersuchungen die Bedeutung des Cl-/HCO3--Antiporters im Rahmen der Azidose-induzierten Schwellung näher charakterisieren und die Beteiligung des Na+-K+-Cl--Kotransportes erstmals nachweisen. Ebenfalls konnte die Bedeutung extra- nicht jedoch intrazellulärer Kalziumionen für die Azidose-induzierte Schwellung gezeigt werden.

Seit Jahrzehnten wird versucht, spezifische Proteine oder Peptide zu bestimmen, deren Konzentrationsänderungen im Liquor und oder im Blut eine diagnostische Aussage über den Zustand des ZNS bzw. über das quantitative Ausmaß des Schadens im Gehirn und Rückenmark zulassen. Der Wert eines biochemischen Markers insbesondere bei akuten Ereignissen, ähnlich wie die Herzenzymdiagnostik in der Kardiologie, erscheint hoch. GFAP wurde 1971 von Eng erstmalig aus Multiple Sklerose Plaques isoliert. GFAP ist ein 50 ± 1 kDa großes Protein, welches in einer wasserlöslichen und wasserunlöslichen Form existiert. GFAP gehört zu der Gruppe der Intermediärfilament-Proteine, die am Aufbau des Zytoskeletts beteiligt sind. GFAP konnte bisher nur in Gliazellen und Zellen glialen Ursprungs gefunden werden. Fast jede Reaktion von Astrozyten geht mit einer morphologisch sichtbaren Veränderung einher. Die Zellform verändert sich von einer runden protoplasmatischen Zelle mit wenigen Zellfortsätzen in eine verzweigte Zelle mit zahlreichen Zellfortsätzen. Diese Vorgänge sind immer mit einer Vermehrung zytoplasmatischer Filamente und einer Veränderung des GFAP Gehaltes verknüpft. Deshalb ist GFAP ein wichtiger Funktionsmarker. Bisher konnte GFAP in wäßrigen Gewebsextrakten mittels Immundiffusion und Elektrophorese, Immunradiometrie, Immunelektrophorese und Radioimmunoassays nachgewiesen werden. Die hauptsächlich angewendeten Nachweise beruhen auf immunhistochemischen Verfahren. Es gelang auch GFAP im Liquor mittels Radioimmunoassay und Enzyme Linked Immunosorbent Assay nachzuweisen und bei Erkrankungen, die mit einer Gliose einhergehen, erhöhte GFAP-Konzentrationen nachzuweisen. Der in dieser Arbeit vorgestellte Nachweis von GFAP in humanem Serum basiert auf der Messung von GFAP in humanem Blut mit Hilfe eines zerfallsunterstützten Lanthanide Immunfluoresenzassays (Dissociation Enhanced Lanthanide Fluorescence Immunoassay = DELFIA). Die Messung beruht auf der Bindung von in Standardlösungen und Proben enthaltenem GFAP an Festphasen-Anti-GFAP. Anschließend wird das gebundene GFAP in mehreren Schritten mittels eines anti-GFAP Antikörpers und Europium detektiert. Die Fluoreszenz des gebundenen Europiums wird nach Anregung durch einen Lichtimpuls gemessen und so die in der Probe enthaltene Menge GFAP quantifiziert, die der Menge des gebundenen GFAP proportional ist. In dieser Arbeit konnte erstmalig GFAP zuverlässig, empfindlich und quantitativ bestimmt werden. Damit wird es erstmalig möglich ein für das Zentralnervensystem spezifisches Protein im Blut zu messen. Uns gelang es mit einem Kollektiv von Schädel-Hirn-Trauma Patienten eine Korrelation zwischen klinisch gesicherten Affektionen des Zentralnervensystems und dem Ansteigen des GFAP-Spiegels im Blut nachzuweisen.

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.

Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit über die Organisation und Regulation der Faktor HGenfamilie wurden folgende drei Themenkomplexe bearbeitet: Zur Aufklärung der genomischen Organisation der HF-Genfamilie wurden humane Mega YACund BAC-Klone mittels Restriktionsanalyse, Southernblothybridisierung, PCR und Sequenzierung analysiert. Alle Gene der Faktor H-Familie HF1- 5 konnten auf diesen Klonen lokalisiert werden, d.h. diese Genfamilie liegt zusammen auf einem DNS-Abschnitt von ca. 400 kb auf Chromosom 1q32. Weitere HF1-verwandte Genabschnitte wurde identifiziert, die in die Nähe von HF3, HF5 und F13B lokalisiert wurden. Flankierend zur Faktor H-Genfamilie wurden die Gene für F13B und PCP-2 kartiert. Die Gene können wie folgt von telomer nach zentromer angeordnet werden: PCP-2, HF1, HF4, HF2, HF5 gefolgt von HF3/HF6/F13B, deren Orientierung nicht eindeutig festgelegt werden konnte. Die Häufung der HF-Gene auf einem DNS-Abschnitt und deren Anordnung in Tandem- Orientierung läßt vermuten, daß diese Genfamilie ihren Ursprung in Genduplikation hat. In dieser chromosomalen Region werden Rekombinations-Hotspots vermutet, die eine erhöhte Rekombinationsfrequenz verursachen infolge derer Duplikationen entstehen können. Durch Fehler bei der Rekombination kann es jedoch auch zum Verlust von genetischem Material kommen. Vermutlich kann man die Deletion im Bereich des HF2- und HF4-Gens, die bei 4-5% der untersuchten Probanden gefunden werden kann, durch einen solchen Mechanismus erklären. Diese Deletion, ein genetischer Marker in dieser Region, kann nun mit einem einfachen PCR-basierenden Test, festgestellt werden. Die Isolierung und Kartierung des Faktor H-Genkomplexes erleichtert die Suche nach Kandidatengenen für das hämolytisch urämische Syndrom (HUS), da die Region als Kandidatenregion für dieses Syndrom identifiziert wurde. Es ist möglich, daß Faktor H oder die Faktor H-verwandten Proteine eine Rolle bei der Entstehung dieser Krankheit spielen. Ob die oben erwähnten HF2-Deletion eine Rolle bei der Pathogenese von entzündlichen Erkrankungen insbesondere rheumatischer Arthritis, spielt, wurde an einem großen Patientenkollektiv untersucht. Es wurde jedoch keine Korrelation zwischen Deletion und Erkrankung gefunden. Zur weiteren Untersuchung der Funktion der Faktor H-verwandten Proteine, wurde deren Expression auf Protein und mRNS-Ebene untersucht. Faktor H und die Faktor H verwandten Proteine 1 und 2 wurden im Liquor cerebralis entdeckt. Der Hauptsyntheseort im Gehirn für Faktor H scheint des Endothel des Plexus chorioideus und die Gliazellen zu sein. Die HFverwandten Transkripte sind nur auf geringem Niveau nachweisbar. Die Transkription von HF1 ist in den allen getesteten Gliomazellinien mit IFNg stimulierbar. Faktor H verhält sich also im Gehirn, ebenso wie in der Leber, als Akute-Phase-Protein und verhindert eine ungewünschte Komplementaktivierung im Zuge von Infektionen, Verletzungen und Erkrankungen des Gehirns. Durch die inflammatorischen Cytokine IL4 und IL6 wird die Transkription von HF1 nicht beeinflußt. Die HF1-verwandten Gene HF1- 5 sind in den Gliomazellinien nicht mit IFNg stimulierbar und auch IL4 und IL6 zeigen keinen Einfluß auf die Expression dieser Gene. Im Gegensatz zu Faktor H sind diese Proteine wahrscheinlich nicht an der Akute-Phase-Antwort des Gehirns beteiligt. Welche Aufgabe ihnen zufällt ist offen.