Ackmann, Charlotte Osmotische Induktion des Komplementfaktors C9 in retinalen Pigmentepithelzellen Universität Leipzig, Dissertation 98 Seiten, 208 Literaturangaben, 28 Abbildungen, 8 Tabellen Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist die häufigste Ursache für Erblindung bei Erwachsenen in den industrialisierten Ländern. Die AMD ist unter anderem eine chronisch entzündliche Erkrankung, bei der die Aktivierung der alternativen Komplementkaskade eine Rolle spielt. Daneben erhöht Bluthochdruck, der auch durch eine salzreiche Ernährung getriggert wird, das Risiko an einer AMD zu erkranken. Untersucht wurde die Genexpression des Komplementfaktors C9 unter verschiedenen pathologischen Bedingungen in humanen retinalen Pigmentepithel (RPE)-Zellen sowie deren Wirkung auf die physiologischen Eigenschaften der Zellen. Gezeigt wird, dass die Expression des C9 Gens in humanen RPE-Zellen spezifisch durch Hyperosmolarität, Hypoxie und oxidativen Stress induziert wird. Die Menge an C9 Protein wurde durch Hyperosmolarität leicht aber signifikant erhöht. Die hyperosmotische Induktion der C9 mRNA ist abhängig von der Aktivierung der Signalproteine p38 MAPK, ERK1/2, JNK, PI3K, sowie der Transkriptionsfaktoren STAT3 und NFAT5 während für die Hypoxie-induzierte C9 mRNA Expression nur eine Beteiligung des Transkriptionsfaktors STAT3 nachgewiesen wurde. Die Aktivierung verschiedener Signalwege durch Hyper-osmolarität und Hypoxie lässt vermuten, dass eine hohe Kochsalzaufnahme auch unter normoxischen Verhältnissen die Eigenschaften RPE-Zellen verändert. Hyperosmolarität hemmt die Proliferation und Migration der RPE-Zellen, während chemische Hypoxie nur die Proliferationsrate verringert. Die Wirkung einer erhöhten extrazellulären NaCl-Konzentration auf die C9 mRNA Expression wird über zwei Mechanismen vermittelt: über die Erhöhung der extrazellulären Osmolarität und über die Veränderung des NaCl-Gradienten über der Plasmamembran. Die NaCl Wirkung über den veränderten NaCl-Gradienten lässt vermuten, dass eine übermäßige Aufnahme von Kochsalz nicht nur über die Erhöhung des Blutdruckes die Pathogenese der AMD stimuliert, sondern dass Kochsalz auch eine direkte stimulierende Wirkung auf RPE-Zellen besitzt. Diese Vermutung könnte erklären, weshalb hoher Blutdruck ein Risikofaktor der AMD ist, aber Medikamente zur Behandlung des Bluthochdruckes das Risiko der AMD nicht verändert.

Schädigungen des retinalen Pigmentepithels spielen bei der Pathogenese der altersbedingten Makuladegeneration eine Schlüsselrolle. Oxidativer Stress und Komplementaktivierung tragen zur Degeneration des retinalen Pigmentepithels (RPE) und somit zum Tod von Photorezeptoren im Bereich der Makula bei. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von oxidativem Stress auf humane retinale Pigmentepithel-(RPE-) Zellen in vitro untersucht. Die Viabilität, Nekrose- und Apoptoserate der Zellen wurde unter dem Einfluss von Serumfaktoren oder antioxidativen Wirkstoffen analysiert. Steigender oxidativer Stress, experimentell ausgelöst durch steigende H2O2-Konzentrationen, war mit einer verminderten Viabilität bzw. erhöhten Nekrose-/Apoptoserate der humanen RPE-Zellen verbunden. Es zeigte sich, dass sowohl Serum (FKS), als auch Substanzen, die als Antioxidans (NAC) oder Radikalfänger (MnTBAP) wirken, bei einer H2O2-Konzentration bis 2 mM einen protektiven Effekt auf das Überleben der Zellen hatten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass humane RPE-Zellen auf H2O2-Konzentrationen bis zu 0,5 mM mit zunehmender Freisetzung der Komplementkomponente C5a reagieren. Diese Ergebnisse erlauben den Schluss, dass oxidativer Stress des RPE eine Komplementaktivierung begünstigt, die ihrerseits den zytolytischen Untergang von RPE-Zellen vorantreibt. Sowohl antioxidativ wirksame als auch komplementmodulierende Wirkstoffe wären demnach als therapeutischer Ansatz in der Behandlung der AMD denkbar. Weiterführende Studien sind zur Charakterisierung derartiger Substanzen erforderlich.:1 Einleitung 1.1 Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) 1.1.1 Definition 1.1.2 Prävalenz der AMD 1.1.3 Risikofaktoren der AMD 1.1.3.1 Genvarianten als prädisponierende Risikofaktoren der AMD 1.1.4 Formen der AMD 1.1.5 Physiologische Funktion von RPE-Zellen 1.2 Pathophysiologie 1.2.1 Pathophysiologische Rolle der RPE-Zellen bei der Entstehung von AMD 1.2.2 Entstehung von Drusen 1.2.3 Die Rolle des lokalen Komplementsystems im RPE-Choroidea-Komplex 1.2.4 Entstehung von choroidalen Neovaskularisationen 1.2.4.1 Die Rolle des Komplementsystems bei der Entstehung von CNV 1.3 Therapiemöglichkeiten der AMD 1.4 Das Komplementsystem 1.4.1 Der klassische Weg 1.4.2 Der alternative Weg 1.4.3 Der Lektinweg 1.4.4 Aktivierung über das C-reaktive Protein 1.4.5 Die Aufgaben von C3a, C4a und C5a 1.4.6 Aktivierung des Komplementsystems im Zusammenhang mit oxidativem Stress 1.5 Zielstellung der Arbeit 2 Material und Methoden 2.1 Material 2.1.1 Kulturmedien 2.1.2 Puffer 2.1.3 Chemikalien 2.1.4 Antikörper und Immunglobuline 2.1.5 Kits 2.1.6 Lösungen 2.1.7 Sonstiges 2.1.8 Verbrauchsmaterialien 2.1.9 Laborgeräte 2.2 Methoden 2.2.1 Allgemeine Verfahren beim Umgang mit einer Zellkultur 2.2.1.1 Herstellung des Kulturmediums für humane RPE-Zellen 2.2.1.2 Auftauen von Zellen 2.2.1.3 Mediumwechsel 2.2.1.4 Passagieren von humanen RPE-Zellen 2.2.1.5 Sterilfiltrieren von Flüssigkeiten 2.2.2 Vorbereitung der Experimente mit humanen RPE-Zellen 2.2.3 C5a - Assay 2.2.4 MTT-Test 2.2.4.1 MTT-Test mit oder ohne Zugabe von FKS 2.2.4.2 MTT-Test mit oder ohne Zugabe einer antioxidativ wirksamen Substanz 2.2.5 LDH-Bestimmung und Auszählung toter Zellen 2.2.6 BrdU-Apoptose-Assay 2.2.7 Statistische Auswertung 3 Ergebnisse 3.1 Einfluss von oxidativem Stress auf das Überleben von humanen RPE- Zellen 3.2 Einfluss von Additiven auf das durch oxidativen Stress beeinträchtigte Überleben humaner RPE-Zellen 3.2.1 Einfluss von Serumfaktoren und Dichte der Zellen auf das Überleben humaner RPE-Zellen 3.2.2 Einfluss von FKS 3.2.3 Einfluss von NAC 3.2.4 Einfluss von MnTBAP 3.3 Effekt von oxidativem Stress auf die Apoptose von humanen RPE-Zellen 3.4 Effekt von oxidativem Stress auf die Nekrose von humanen RPE-Zellen 3.5 Freisetzung von C5a nach Exposition von humanen RPE-Zellen gegenüber oxidativem Stress 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Literaturverzeichnis

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Zu den bekannten Risikofaktoren der altersbedingten Makuladegeneration (AMD), häufigste Erblindungsursache des Erwachsenen in den Industrienationen, gehören unter anderem die arterielle Hypertonie und/ oder eine hohe Kochsalzzufuhr, Zustände, die mit Gewebehypoxie und Hyperosmolarität einhergehen können. Die vorgelegte Arbeit beschäftigt sich mit der wichtigen Aufklärung von Veränderungen des neuroprotektiven Osteopontins (OPN) in humanen retinalen Pigmentepithelzellen (RPE-Zellen) durch unterschiedliche pathogene Faktoren. Osteopontin erbringt wichtige supportive Leistungen für die Photorezeptoren der Netzhaut, so die Bereitstellung von Nährstoffen und die Regeneration des Sehpigments. Sowohl unter hypoxischen- wie auch unter hyperosmolaren Versuchsbedingungen kam es zu einer gesteigerten OPN-Genexpression, wobei je nach Art des Stimulus, unterschiedliche Signaltransduktionswege engagiert wurden. Es konnten viele positive Einflüsse von Osteopontin auf RPE- Zellen und Photozeptoren gezeigt werden, die neue Therapiemöglichkeiten unter Einschluss protektiv wirkender Osteopontin-Peptide nahelegen.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Das retinale Pigmentepithel 1.2 Degenerative Erkrankungen der Netzhaut 1.2.1 Die altersbedingte Makuladegeneration 1.2.2 Risikofaktoren 1.2.3 Die Frühstadien der AMD 1.2.4 Die atrophe AMD 1.2.5 Die exsudative AMD 1.2.6 Therapie der AMD 1.3 Angiogener Wachstumsfaktor VEGF 1.4 Neuroprotektive Faktoren 1.4.1 GDNF 1.4.2 bFGF 1.4.3 Osteopontin (OPN) 2 Fragestellung 3 Material und Methoden 3.1 Arbeitsmaterialien 3.1.1 Substanzen 3.1.2 Pharmakologische Inhibitoren 3.1.3 Geräte und Materialien 3.1.4 Zellkulturmedien 3.1.5 Kits 3.1.6 Rekombinante Proteine 3.1.7 Primer für die PCR 3.2 Zellbiologische Methoden 3.2.1 Zellkultivierung 3.2.2 Zellstimulation 3.2.3 Transfektion mit siRNA 3.2.4 RNA Extraktion 3.2.5 Quantifizierung der RNA Menge 3.2.6 cDNA-Synthese 3.2.7 Real-Time-Polymerasekettenreaktion 3.2.8 Agarose-Gelelektrophorese 3.2.9 ELISA 3.2.10 Statistik 4 Ergebnisse 4.1 Expression des Osteopontin-Gens bei humanen RPE-Zellen 4.2 Regulation der Osteopontin-Gen- und Proteinexpression 4.3 OPN-Genexpression - Beteiligung intrazellulärer Signalwege 4.3.1 Regulation der hyperosmolaren Genexpression von Osteopontin 4.3.2 Regulation der hypoxischen Genexpression von Osteopontin 4.4 Rolle des extrazellulären Signalings bei hyperosmolarer und hypoxischer OPN-Genexpression 4.4.1 Wachstumsfaktor-Rezeptoren 4.4.2 Purinerge Rezeptoren 4.5 Funktion der Transkriptionsfaktoraktivität 4.5 Wirkung von Osteopontin auf die Expression und Sekretion angiogener Faktoren bei RPE-Zellen 5 Diskussion 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichnis 8 Abbildungsverzeichnis 9 Tabellenverzeichnis 10 Selbstständigkeitserklärung 11 Anlagen (Lebenslauf, Danksagung, Nachweis der Teilnahme an der Vorlesung 'Gute Wissenschaftliche Praxis“)

Ackmann, Charlotte Osmotische Induktion des Komplementfaktors C9 in retinalen Pigmentepithelzellen Universität Leipzig, Dissertation 98 Seiten, 208 Literaturangaben, 28 Abbildungen, 8 Tabellen Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist die häufigste Ursache für Erblindung bei Erwachsenen in den industrialisierten Ländern. Die AMD ist unter anderem eine chronisch entzündliche Erkrankung, bei der die Aktivierung der alternativen Komplementkaskade eine Rolle spielt. Daneben erhöht Bluthochdruck, der auch durch eine salzreiche Ernährung getriggert wird, das Risiko an einer AMD zu erkranken. Untersucht wurde die Genexpression des Komplementfaktors C9 unter verschiedenen pathologischen Bedingungen in humanen retinalen Pigmentepithel (RPE)-Zellen sowie deren Wirkung auf die physiologischen Eigenschaften der Zellen. Gezeigt wird, dass die Expression des C9 Gens in humanen RPE-Zellen spezifisch durch Hyperosmolarität, Hypoxie und oxidativen Stress induziert wird. Die Menge an C9 Protein wurde durch Hyperosmolarität leicht aber signifikant erhöht. Die hyperosmotische Induktion der C9 mRNA ist abhängig von der Aktivierung der Signalproteine p38 MAPK, ERK1/2, JNK, PI3K, sowie der Transkriptionsfaktoren STAT3 und NFAT5 während für die Hypoxie-induzierte C9 mRNA Expression nur eine Beteiligung des Transkriptionsfaktors STAT3 nachgewiesen wurde. Die Aktivierung verschiedener Signalwege durch Hyper-osmolarität und Hypoxie lässt vermuten, dass eine hohe Kochsalzaufnahme auch unter normoxischen Verhältnissen die Eigenschaften RPE-Zellen verändert. Hyperosmolarität hemmt die Proliferation und Migration der RPE-Zellen, während chemische Hypoxie nur die Proliferationsrate verringert. Die Wirkung einer erhöhten extrazellulären NaCl-Konzentration auf die C9 mRNA Expression wird über zwei Mechanismen vermittelt: über die Erhöhung der extrazellulären Osmolarität und über die Veränderung des NaCl-Gradienten über der Plasmamembran. Die NaCl Wirkung über den veränderten NaCl-Gradienten lässt vermuten, dass eine übermäßige Aufnahme von Kochsalz nicht nur über die Erhöhung des Blutdruckes die Pathogenese der AMD stimuliert, sondern dass Kochsalz auch eine direkte stimulierende Wirkung auf RPE-Zellen besitzt. Diese Vermutung könnte erklären, weshalb hoher Blutdruck ein Risikofaktor der AMD ist, aber Medikamente zur Behandlung des Bluthochdruckes das Risiko der AMD nicht verändert.:Inhaltsverzeichnis Bibliographische Beschreibung IV Abkürzungsverzeichnis V 1. EINLEITUNG 1 1.1. Das retinale Pigmentepithel (RPE) 1 1.2. Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) 2 1.2.1. Die atrophe AMD 3 1.2.2. Die exsudative AMD 4 1.2.3. Die Aktivierung des Komplementsystems bei der exsudativen AMD 5 1.3. Risikofaktoren der AMD 7 1.4. Einfluss von Hypertonie auf die AMD 9 1.4.1. Hypertonie 9 1.4.2. Hypertonie als Risikofaktor der AMD 10 1.5. Therapie der AMD 11 2. FRAGESTELLUNG 13 3. MATERIAL UND METHODEN 14 3.1. Arbeitsmaterialien 14 3.1.1. Substanzen 14 3.1.2. Medien 15 3.1.3. Kits 15 3.1.4. Primer 16 3.1.5. Längenstandards 16 3.1.6. Antikörper 16 3.1.7. Rekombinante humane Proteine 17 3.1.8. Selektive Hemmer 17 3.1.9. Geräte 17 3.2. Zellbiologische Methoden 19 3.2.1. Zellkultivierung 19 3.2.2. Zellstimulation 20 3.2.3. Bestimmung der Proliferationsrate 21 3.2.4. Zellmigration 22 3.3. Molekularbiologische Methoden 23 3.3.1. RNA-Präparation 23 3.3.2. RNA Quantifizierung 24 3.3.3. cDNA-Synthese 24 3.3.4. Real-Time PCR 24 3.3.5. Agarose-Gel-Elektrophorese 26 3.3.6. Untersuchungen mit short interfering (si) RNA 27 3.4. Immunologische Methoden 28 3.4.1. Western Blot 28 3.4.1.1. Extraktherstellung aus RPE-Zellen 28 3.4.1.2. Proteinkonzentrationsbestimmung nach Bradford 29 3.4.1.3. SDS-Gelektrophorese 30 3.4.1.4. Western Blot 32 3.5. Statistische Auswertung 33 4. ERGEBNISSE 34 4.1. Regulation der Genexpression von Komplementfaktoren in RPE-Zellen 34 4.1.1. Hyperosmolarität erzeugt durch NaCl 34 4.1.2. Hyperosmolarität erzeugt durch Sucrose 36 4.1.3. Wirkung von Hypoosmolarität und oxidativem Stress 37 4.1.4. Wirkung von Hypoxie 38 4.1.5. Gemeinsame Wirkung von CoCl2 und NaCl 38 4.1.6. Wirkung von Zytokinen 39 4.1.7. Wirkung von Serum- und Gerinnungsfaktoren sowie Glukose 40 4.1.8. Wirkung von Entzündungsmediatoren 40 4.1.9. Wirkung von Matrixmetalloproteinase und Triamcinolon 41 4.2. Wirkung von Hyperosmolarität auf die Transkription und die Stabilität der C9 mRNA 42 4.3. Beteiligung intrazellulärer Signalwege und Transkriptionsfaktoren an der Induktion der C9 mRNA unter Hyperosmolarität und Hypoxie in RPE-Zellen 43 4.3.1. Beteiligung intrazellulärer Signalwege und Transkriptionsfaktoren an der NaCl-induzierten C9 mRNA Expression in RPE-Zellen 43 4.3.2. Hyperosmolare Induktion der C9 mRNA: Einfluss des Transkriptionsfaktors NFAT5 44 4.3.3. Beteiligung intrazellulärer Signalwege und Transkriptionsfaktoren an der Hypoxie-induzierten C9 mRNA Expression bei RPE-Zellen 46 4.4. Aktivierung intrazellulärer Signalproteine durch Hyperosmolarität bzw. Hypoxie 47 4.5. Wirkung von Hyperosmolarität auf das C9 Protein 48 4.6. Wirkung von Hyperosmolarität auf die physiologischen Eigenschaften der RPE- Zellen 50 4.6.1. Wirkung von Hyperosmolarität auf die Zellproliferation 50 4.6.2. Wirkung von Hyperosmolarität auf die Zellmigration 51 4.6.3. Wirkung von Hyperosmolarität auf die Zellvitalität 51 5. DISSKUSION 53 5.1. Wirkung von Hyper-, Hypoosmolarqität, Hypoxie und oxidativem Stress auf die Genexpression von C9 in humanen RPE-Zellen 53 5.3. Wirkung von Hyperosmolarität auf die Stabilität der C9 mRNA 56 5.4. Beteiligung intrazellulärer Signalwege und Transkriptionsfaktoren an der NaCl- bzw. CoCl2-induzierten C9 mRNA Expression in RPE-Zellen 56 5.5. Einfluss des Transkriptionsfaktors NFAT5 auf die hyperosmolare C9 Induktion 58 5.6. Aktivierung intrazellulärer Signalproteine durch Hyperosmolarität bzw. Hypoxie 58 5.7. Wirkung von Hyperosmolarität auf das C9 Protein 59 5.8. Wirkung des Komplementfaktors C9 und der Hyperosmolarität auf die physiologischen Eigenschaften von RPE-Zellen 60 5.8.1. Wirkung auf die Zellproliferation 60 5.8.2. Wirkung auf die Zellmigration 60 5.8.3. Wirkung auf die Zellvitalität 61 5.9. Bedeutung für das Verständnis der Pathogenese der AMD 61 6. ZUSAMMENFASSUNG 63 7. LITERATURVERSZEICHNIS 68 8. TABELLENVERZEICHNIS 85 9. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 86 10. ANHANG 88 10.1. Eigenständigkeitserklärung 88 10.2. Lebenslauf 89 10.3. Danksagung 90

Purpose: The main objective of the present study was the investigation of possible influence of lens opacification on macular pigment optical density (MPOD) measurements. Methods: 86 eyes of 64 patients (mean age 73.4(±8.3)years) were included in the study. MPOD was prospectively measured using one-wavelength reflection method (Visucam500, Carl Zeiss Meditec AG) before and after cataract extraction with implantation of a blue-light filtering intraocular lens (AlconSN60WF). The median of the maximum optical density (MaxOD) and the median of the mean optical density (MeanOD) measurements of macular pigment across the subject group were evaluated. Results: Statistically significant differences were noticed between pre-operative and post-operative measurements, the absolute values were generally lower after cataract extraction. The following median(lower/upper quartile) differences across the group were determined: MaxOD -33.8%(-46.2%/-19.1%), MeanOD -44.0%(-54.6%/-26.6%). Larger changes were observed in elderly patients (<70years of age: (n=25eyes) MaxOD -13.4%(-20.5%/3.6%), MeanOD -23.6%(-30.5%/-15.3%) versus patients ≥70years: (n=61eyes) MaxOD -40.5%(-53.2%/-30.1%), MeanOD -47.2%(-57.8%/-40.1%)) and in patients with progressed stage of cataract. MaxOD for lens opacification grade 1:(n=9eyes) -27.4%(-42.1%/-19.6%), 2:(n=26eyes) -35.0%(-44.2%/-25.3%), 3:(n=21eyes) -34.4%(-45.4%/-11.4%), 4:(n=25eyes) -32.6%(-53.2%/-6.4%) and 5:(n=5eyes) -53.5%(-61.7%/-38.7%) and MeanOD for cataract stage 1:(n=9eyes) -42.6%(-46.0%/-26.0%), 2:(n=26eyes) -44.1%(-51.8%/26.2%), 3:(n=21eyes) -45.7%(-54.7%/-24.7%), 4:(n=25eyes) -39.5%(-59.4%/-26.1%), 5:(n=5eyes) -57.0%(-66.1%/-51.4%). Conclusions: As established by comparison of pre- to post-operative measurements, cataract presented a strong effect on MPOD measured by one-wavelength reflection method. Particular care should therefore be taken when evaluating MPOD using this method in elderly patients with progressed stage of cataract. Future optimization of correcting parameters of scattered light and consideration of cataract influence may allow more precise evaluation of MPOD.

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Purpose: The main objective of the present study was the investigation of possible influence of lens opacification on macular pigment optical density (MPOD) measurements. Methods: 86 eyes of 64 patients (mean age 73.4(±8.3)years) were included in the study. MPOD was prospectively measured using one-wavelength reflection method (Visucam500, Carl Zeiss Meditec AG) before and after cataract extraction with implantation of a blue-light filtering intraocular lens (AlconSN60WF). The median of the maximum optical density (MaxOD) and the median of the mean optical density (MeanOD) measurements of macular pigment across the subject group were evaluated. Results: Statistically significant differences were noticed between pre-operative and post-operative measurements, the absolute values were generally lower after cataract extraction. The following median(lower/upper quartile) differences across the group were determined: MaxOD -33.8%(-46.2%/-19.1%), MeanOD -44.0%(-54.6%/-26.6%). Larger changes were observed in elderly patients (<70years of age: (n=25eyes) MaxOD -13.4%(-20.5%/3.6%), MeanOD -23.6%(-30.5%/-15.3%) versus patients ≥70years: (n=61eyes) MaxOD -40.5%(-53.2%/-30.1%), MeanOD -47.2%(-57.8%/-40.1%)) and in patients with progressed stage of cataract. MaxOD for lens opacification grade 1:(n=9eyes) -27.4%(-42.1%/-19.6%), 2:(n=26eyes) -35.0%(-44.2%/-25.3%), 3:(n=21eyes) -34.4%(-45.4%/-11.4%), 4:(n=25eyes) -32.6%(-53.2%/-6.4%) and 5:(n=5eyes) -53.5%(-61.7%/-38.7%) and MeanOD for cataract stage 1:(n=9eyes) -42.6%(-46.0%/-26.0%), 2:(n=26eyes) -44.1%(-51.8%/26.2%), 3:(n=21eyes) -45.7%(-54.7%/-24.7%), 4:(n=25eyes) -39.5%(-59.4%/-26.1%), 5:(n=5eyes) -57.0%(-66.1%/-51.4%). Conclusions: As established by comparison of pre- to post-operative measurements, cataract presented a strong effect on MPOD measured by one-wavelength reflection method. Particular care should therefore be taken when evaluating MPOD using this method in elderly patients with progressed stage of cataract. Future optimization of correcting parameters of scattered light and consideration of cataract influence may allow more precise evaluation of MPOD.

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Vision impairment and blindness are in industrialized countries primarily caused by the degeneration of the retina, the light sensing tissue inside the eye. The degeneration, occurring in diseases like age-related macular degeneration (AMD) or retinitis pigmentosa (RP), can be caused by environmental factors as well as genetic defects and thus shows diverse pathologies. In all conditions, the light detecting photoreceptors (rods and/or cones) are dying caused by either direct photoreceptor damage or as a secondary effect following degeneration of supporting cells. Although promising treatment approaches are currently under investigation, up to date it is not possible to cure these diseases. Amongst these therapeutic strategies, pre-clinical studies evaluating the replacement of degenerated cells by transplantation of new photoreceptors demonstrated promising results. First studies conducted the specific enrichment and transplantation of primary photoreceptors derived from postnatal mice and their sufficient integration and differentiation into mature photoreceptors in wild-type as well as degenerated mouse retinae. Recent experiments additionally proved the recovery of some dim-light vision after transplantation in mice lacking night sight. The in vitro differentiation of whole eye cups containing photoreceptors, out of human or mouse ES or iPS cells, peaked in the transplantation of ES-derived photoreceptors into wild-type as well as degenerated mice and the integration and maturation of these cells. These observations are encouraging, but prior to a save implementation of this strategy into a clinical routine, several further hurdles need to be challenged. Collection of photoreceptors out of whole retinal tissues prior to transplantation was shown to be an important step to reach high integration rates. Additionally, transplantation of photoreceptors derived from stem cells comprises the risk of tumor formation after transplantation and thus also requires depletion of inadvertent cells. Therefore, we established the enrichment of photoreceptors using the cell surface marker dependent method magnetic-activated cell sorting (MACS). For identification of suitable target-specific surface markers, we characterized young transplantable mouse photoreceptors using microarray analysis and screened their transcriptome. Amongst others, ecto-5´nucleotidase (Nt5e, termed CD73) was identified being a rod photoreceptor specific cell surface protein. Thus, we enriched young photoreceptors with CD73-dependent MACS with sufficient purity and transplanted these cells into the subretinal space of wild-type mice. In contrast to unsorted retinal cells, enriched photoreceptors integrated in significantly higher number into the host retina, proving that MACS is a suitable alternative for specific photoreceptor enrichment. Testing other proteins, identified as photoreceptor specific, for MACS suitability and the translation of this approach to photoreceptors, derived from mouse as well as human iPS or ES cells, should be the focus of consecutive investigations. The integration of grafted cells into the retina is a complex process dependent on a variety of influencing factors. Transplantation experiments in aging wild-type mice and a rod-depleted mouse model, containing a retina composed of cone and cone-like photoreceptors, indicated that the activation of Müller glia cells facilitates integration of transplanted photoreceptors. Besides that, reduced outer limiting membrane (OLM) integrity, increased subretinal graft distribution or reduced retinal cell density are further suggested as potential cell engraftment enhancers. These factors might open up important possibilities of host retina manipulation to increase cell integration rates. Although retinal transplantation experiments were in addition to mice also performed using pigs or rats as hosts, the transplantation of enriched single photoreceptors, following the protocols successfully established in mice, has not been performed in other species. Nevertheless, transferring this technique is important and would allow better predictions for future application in human patients. Therefore, we transferred our protocol, using CD73 based MACS, to the rat and successfully enriched rat photoreceptors with sufficient purity. We subsequently transplanted these cells into the subretinal space of rats as well as mice and observed limited integration capacity of grafted cells. Only few transplanted rat photoreceptors were localized in the rat retina, lacking proper photoreceptor morphology. Especially regarding a perspective clinical application in humans, these data are remarkable. They imply the question, whether low integration in rat represents a general problem and might thus also be relevant for treatment in humans, or whether the rat retina forms just an exception. Thus, further detailed analysis of the cellular and molecular mechanisms underlying the integration process of transplanted photoreceptors represent an essential prerequisite for the development of a safe and efficient therapy, aiming to treat retinal degenerative diseases characterized by photoreceptor loss. / Degenerationserkrankungen der Netzhaut (Retina) sind in Industrieländern die Hauptursache für verminderte Sehfähigkeit und Blindheit. Sowohl Umweltfaktoren als auch vererbte Mutationen können Defekte wie altersbedingte Makuladegeneration (AMD) oder Retinitis pigmentosa (RP) auslösen und führen zu einem sehr variablen Krankheitsbild. Eine Gemeinsamkeit aller Formen ist das Absterben der lichtdetektierenden Fotorezeptoren (Stäbchen und/oder Zapfen). Dieses kann entweder durch direkte Schädigung, oder als Sekundäreffekt nach Degeneration der unterstützenden Zellen erfolgen. Obwohl im Moment vielversprechende Behandlungsansätze untersucht werden, ist es zurzeit nicht möglich, retinale Degenerationserkrankungen dieser Art zu heilen. Ein erfolgversprechender Ansatz könnte jedoch der Ersatz der degenerierten Zellen durch transplantierte Fotorezeptoren sein. Erste Studien demonstrierten die spezifische Anreicherung von primären Fotorezeptoren aus der Netzhaut neugeborener Mäuse und deren subretinale Transplantation in Wildtyp-Mäuse und Mausmodelle mit retinaler Degeneration. Die transplantierten Zellen integrierten in die Empfängernetzhaut und entwickelten sich in ausgereifte Fotorezeptoren und konnten unter anderem bei nachtblinden Mäusen die Sehfähigkeit bei Dunkelheit verbessern. Die Differenzierung von humanen oder murinen ES- und iPS-Zellen in vitro in vollständige Retinae und die Transplantation daraus gewonnener Fotorezeptoren in Mäuse, bilden vorläufig den Höhepunkt dieser Entwicklung. Obwohl die Fortschritte der jüngsten Vergangenheit beeindruckend sind, sollten vor der sicheren und effektiven Anwendung einer retinalen Zellersatztherapie als therapeutische Maßnahme beim Menschen noch einige wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Studien zeigen, dass Zellpopulationen, die direkt aus der Spendernetzhaut entnommen und transplantiert wurden, auf Grund ihrer Heterogenität in geringeren Zahlen in die Empfängerretina einwandern als angereicherte Fotorezeptoren. Zusätzlich besteht bei unsortierten Zellen, die aus Stammzellpopulationen gewonnen wurden, das Risiko einer Tumorbildung. Daher haben wir die magnetisch-aktivierte Zellsortierung (MACS) zur Anreicherung junger Fotorezeptoren etabliert. Die dabei benötigten, für Fotorezeptoren spezifischen, Oberflächenproteine wurden mit Hilfe von Microarray-Analysen des Transkriptoms junger Stäbchen von Mäusen identifiziert. Dabei wurde unter anderem die 5\'-Nukleotidase (Nt5e, CD73) entdeckt, die uns die erfolgreiche Anreicherung junger Mausfotorezeptoren mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS erlaubte. Die Transplantation dieser angereicherten Zellpopulation in die Netzhaut von Empfängertieren resultierte in einer signifikant erhöhten Integrationsrate im Vergleich zu nicht-angereicherten retinalen Zellen. Die Überprüfung der Nutzbarkeit weiterer identifizierter Oberflächenproteine zur Zellanreicherung bzw. die Übertragung der etablierten Protokolle zur Zellsortierung und Transplantation auf Fotorezeptoren aus ES- und iPS-Zellkulturen, sollten im Fokus nachfolgender Experimente stehen. Die Integration transplantierter Zellen in die Empfängernetzhaut ist ein komplexer Prozess und von unterschiedlichen Einflussfaktoren abhängig. Durch Transplantationsexperimente in alternden Wildtyp-Mäusen und einem Mausmodell, dessen Fotorezeptorschicht keine Stäbchen und stattdessen nur Zapfen und zapfenähnlichen Fotorezeptoren aufweist, konnte gezeigt werden, dass vor allem die Aktivierung von Müllerzellen die Integrationsrate der Fotorezeptoren erhöht. Neben dieser sogenannten Gliose werden weitere Faktoren, wie die reduzierte Stabilität der äußeren Grenzmembran, die flächenmäßig größere Verteilung der transplantierten Zellen im subretinalen Raum oder die reduzierte Dichte der Zellen in der äußeren Körnerschicht, als potentielle integrationsfördernde Komponenten in Betracht gezogen. Diese bilden interessante Schwerpunkte für weitere Forschungen, um eine ausreichende Zellintegration durch Manipulation der Empfängernetzhaut, auch in der klinischen Anwendung, zu erreichen. Obwohl Transplantationsexperimente zusätzlich zur Maus auch in anderen Empfängerspezies, wie Ratten und Schweinen, durchgeführt wurden, liegen bis jetzt keine Studien vor, die die in der Maus erfolgreich etablierten Protokolle der Zellanreicherung und Transplantation von Fotorezeptor-Suspensionen in diesen Spezies reproduzierte. Der Transfer dieser Technik und eine Generalisierung der Anwendbarkeit eines Fotorezeptorersatzes durch Transplantation in verschiedenen Säugetierarten geben jedoch wichtige Hinweise für eine mögliche Translation dieser Technologie für klinische Anwendungen. Deshalb haben wir unser bereits an der Maus getestetes Protokoll auf die Ratte übertragen und erfolgreich Fotorezeptoren der Ratte mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS angereichert. Nach deren Transplantation in die Netzhaut von Ratten und Mäusen zeigten die Rattenfotorezeptoren aber eine stark verminderte Integrationsfähigkeit und das Fehlen einer reifen Fotorezeptormorphologie. Speziell in Hinsicht auf eine zukünftige klinische Anwendung sind diese Ergebnisse relevant, da sie die Frage aufwerfen, ob die mangelnde Integration in der Ratte ein generelles Problem darstellt und daher auch beim Menschen zu erwarten ist, oder ob sie nur eine Ausnahme im Rattenmodell bildet. Aus diesem Grund bildet die weitere Erforschung der zellulären und molekularen Mechanismen der Integration transplantierter Fotorezeptoren eine wichtige Grundlage für die Entwicklung einer sicheren und effizienten Therapie mit dem Ziel, degenerative Netzhauterkrankungen zu heilen.