Astrozyten erfüllen unverzichtbare Aufgaben im ZNS. Sie sorgen im Normalfall unter anderem für eine ausgewogene K+/H2O-Clearence, regulieren den Gefäßdurchmesser, bilden die Blut-/Hirnschranke, betreiben “Transmitter-Recycling” und modulieren die interneuronale Signalweitergabe durch prä- und postsynaptische Mechanismen. Die Funktionen und Einflüsse dieser zentralnervösen Gliazellen unter pathologischen Bedingungen im ZNS sind bei weitem nicht so gut untersucht, aber ebenso vielfältig. Eine ganz entscheidende Frage stellt sowohl unter physiologischen wie auch pathologischen Bedingungen das Vorliegen eines Überlappungsfaktors des von benachbarten Astrozyten okkupierten Areals dar. Betrüge ein solcher Faktor ! 1, könnten mehrere Gliazellen das gleiche Areal auch unter pathologischen Bedingungen durch ihre vielfältigen Funktionen unterstützen. Dahingegen würde das Ausbleiben eines Überlappungsgrades ! 1 bedeuten, dass bestimmte Gebiete im Neuropil anfälliger gegen Noxen oder degenerative Veränderungen wären. Um diesen Überlappungsgrad zu untersuchen, wurden Hirnschnitte von Labormäusen mittels einer geeigneten Methodenkombination untersucht. Dabei wurde das durchschnittliche Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex durch Golgi- Färbung, sowie deren Zellzahl pro Volumeneinheit durch immunhistochemische Färbungen untersucht und mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie dokumentiert. Aus diesen Parametern ließ sich ferner der durchschnittliche Überlappungsfaktor im beschriebenen Areal berechnen. Im Interesse dieser Arbeit standen dabei neben dem Unterschied im Überlappungsfaktor der Astrozyten zwischen Wildtyp- und GFAP-/- VIM-/- Knockout- Mäusen, als Beispiel für ein genetisch bedingtes Fehlen dieser Intermediärfilamente, auch der Einfluss des fortschreitenden Lebensalters, so dass für beide Genotypen sowohl junge- als auch alte Tiere untersucht wurden. Folgende Ergebnisse lassen sich zusammenfassen: 1. Das Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin scheint keinen Einfluss auf das Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex zu haben. 2. Das Lebensalter der V ersuchstiere steht mit dem V olumen der Astrozyten signifikant in Zusammenhang. Das von Astrozytenfortsätzen der knapp zwei Jahre alten Tiere okkupierte Volumen betrug mit durchschnittlich ca. 61.000 !m3 gut das Doppelte des Volumens in jungen Mäusen (ca. 28.000 !m3). 3. Die Zellzahl der Astrozyten im motorischen Kortex wird offenbar weder vom Lebensalter, noch vom Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin signifikant beeinflusst. 4. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den jungen Kontroll-Tieren bei 0,87 und bei den jungen DKO-Tieren bei 0,96. 5. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den alten Kontroll-Tieren bei 2,22 und bei den alten DKO-Tieren bei 2,10. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin keinen Einfluss auf den Überlappungsgrad der Astrozyten im motorischen Kortex hat. Die Ursache für phänotypisch manifeste Erkrankungen, wie z.B. der Alexander Krankheit, welche durch ein fehlerhaft exprimiertes GFAP in Astrozyten hervorgerufen wird, ist demnach in anderen Mechanismen zu suchen. Großen Einfluss auf den Überlappungsfaktor der Astrozyten hatte dagegen das Lebensalter der Versuchstiere, was sich mit neueren Erkenntnissen zur Funktion der Astrozyten im Hinblick auf Lernvorgänge, aber auch auf degenerative Prozesse, in Zusammenhang bringen lässt.

Astrozyten erfüllen unverzichtbare Aufgaben im ZNS. Sie sorgen im Normalfall unter anderem für eine ausgewogene K+/H2O-Clearence, regulieren den Gefäßdurchmesser, bilden die Blut-/Hirnschranke, betreiben “Transmitter-Recycling” und modulieren die interneuronale Signalweitergabe durch prä- und postsynaptische Mechanismen. Die Funktionen und Einflüsse dieser zentralnervösen Gliazellen unter pathologischen Bedingungen im ZNS sind bei weitem nicht so gut untersucht, aber ebenso vielfältig. Eine ganz entscheidende Frage stellt sowohl unter physiologischen wie auch pathologischen Bedingungen das Vorliegen eines Überlappungsfaktors des von benachbarten Astrozyten okkupierten Areals dar. Betrüge ein solcher Faktor ! 1, könnten mehrere Gliazellen das gleiche Areal auch unter pathologischen Bedingungen durch ihre vielfältigen Funktionen unterstützen. Dahingegen würde das Ausbleiben eines Überlappungsgrades ! 1 bedeuten, dass bestimmte Gebiete im Neuropil anfälliger gegen Noxen oder degenerative Veränderungen wären. Um diesen Überlappungsgrad zu untersuchen, wurden Hirnschnitte von Labormäusen mittels einer geeigneten Methodenkombination untersucht. Dabei wurde das durchschnittliche Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex durch Golgi- Färbung, sowie deren Zellzahl pro Volumeneinheit durch immunhistochemische Färbungen untersucht und mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie dokumentiert. Aus diesen Parametern ließ sich ferner der durchschnittliche Überlappungsfaktor im beschriebenen Areal berechnen. Im Interesse dieser Arbeit standen dabei neben dem Unterschied im Überlappungsfaktor der Astrozyten zwischen Wildtyp- und GFAP-/- VIM-/- Knockout- Mäusen, als Beispiel für ein genetisch bedingtes Fehlen dieser Intermediärfilamente, auch der Einfluss des fortschreitenden Lebensalters, so dass für beide Genotypen sowohl junge- als auch alte Tiere untersucht wurden. Folgende Ergebnisse lassen sich zusammenfassen: 1. Das Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin scheint keinen Einfluss auf das Volumen der Astrozyten im motorischen Kortex zu haben. 2. Das Lebensalter der V ersuchstiere steht mit dem V olumen der Astrozyten signifikant in Zusammenhang. Das von Astrozytenfortsätzen der knapp zwei Jahre alten Tiere okkupierte Volumen betrug mit durchschnittlich ca. 61.000 !m3 gut das Doppelte des Volumens in jungen Mäusen (ca. 28.000 !m3). 3. Die Zellzahl der Astrozyten im motorischen Kortex wird offenbar weder vom Lebensalter, noch vom Vorhandensein der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin signifikant beeinflusst. 4. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den jungen Kontroll-Tieren bei 0,87 und bei den jungen DKO-Tieren bei 0,96. 5. Der Überlappungsfaktor der Astrozyten im motorischen Kortex lag bei den alten Kontroll-Tieren bei 2,22 und bei den alten DKO-Tieren bei 2,10. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen der Intermediärfilamente GFAP und Vimentin keinen Einfluss auf den Überlappungsgrad der Astrozyten im motorischen Kortex hat. Die Ursache für phänotypisch manifeste Erkrankungen, wie z.B. der Alexander Krankheit, welche durch ein fehlerhaft exprimiertes GFAP in Astrozyten hervorgerufen wird, ist demnach in anderen Mechanismen zu suchen. Großen Einfluss auf den Überlappungsfaktor der Astrozyten hatte dagegen das Lebensalter der Versuchstiere, was sich mit neueren Erkenntnissen zur Funktion der Astrozyten im Hinblick auf Lernvorgänge, aber auch auf degenerative Prozesse, in Zusammenhang bringen lässt.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG 1 INHALTSVERZEICHNIS 2 VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN 5 1. EINLEITUNG UND FRAGESTELLUNG 6 1.1 Das ZNS / Der Kortex 6 1.2 Gliazellen 9 1.2.1 Astrozyten 10 1.2.1.1 Morphologie / Morphometrie 10 1.2.1.2 Funktionen 12 1.2.1.3 reaktive Astrozyten 13 1.3 Intermediärfilamente 14 1.3.1 Funktionen 17 1.3.2 Intermediärfilamente und Zellwachstum 18 1.4 Ziel der Arbeit 19 2. MATERIAL UND METHODEN 24 2.1 Die Versuchstiere 24 2.2 Golgi-Färbungen 25 2.3 Immunhistochemische Färbungen 26 2.3.1 Die indirekte Nachweismethode 27 2.4 Das konfokale Mikroskop 28 2.5 Mikroskopische Untersuchung 30 2.5.1 Untersuchung der Volumina 30 2.5.2 Untersuchung der Zellzahlen 32 2.6 Bildauswertung 34 2.6.1 Volumenmessung / Golgi-Präparate 34 2.6.2 Zellzahl / Immunhistochemie 37 2.7 Berechnungen / Überlappungsfaktor / Statistische Auswertung 38 3. ERGEBNISSE 40 3.1 Volumina der Astrozyten 40 3.2 Zellzahl der Astrozyten 45 3.3 Der Überlappungsfaktor 48 3.4 Zusammenfassung 51 4. DISKUSSION 52 4.1 Kritik an der Methodik 52 4.1.1 Golgi-Färbungen zur Volumenmessung 52 4.1.2 S100-ß als Marker zur Zellzahl-Bestimmung 53 4.1.3 Schrumpfung der Präparate 54 4.2 Einordnung der Ergebnisse in die Literatur / Schlussfolgerungen 56 5. ZUSAMMENFASSUNG 60 6. LITERATUR 64 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 68 LEBENSLAUF 69 DANKSAGUNG 71