Die Arbeit befasst sich mit dem Anschwellen von Neuronen und Gliazellen der Netzhaut, was einen wichtigen pathogenetischen Faktor des Netzhautödems darstellt. Osteopontin ist ein neuroprotektiver Faktor, der durch GDNF-Stimulation (glial cell line-derived neurotrophic factor) aus Müllerzellen ausgeschüttet wird. Die durch Osteopontin vermittelte Inhibition der osmotischen Zellschwellung von Müllerzellen der Ratte in Anwesenheit von Bariumionen oder H2O2 wird beschrieben und es wird dargestellt, dass Osteopontin keinen Einfluss auf die osmotische Zellschwellung der Bipolarzellen hat. Der für Müllerzellen beschriebene Effekt war dosisabhängig mit einer mittleren effektiven Konzentration von ca. 0,6 ng/ml. Durch den Einsatz pharmakologischer Rezeptor- oder Enzymblocker bzw. Antikörper werden die Schritte der Osteopontinwirkung identifiziert. Osteopontin induziert die Freisetzung von VEGF, Glutamat, ATP und Adenosin aus Müllerzellen. Die Osteopontinwirkung wurde verhindert durch die Blockade von spannungsabhängigen Natriumkanälen, T-Typ Calciumkanälen, Kalium- und Chloridkanälen. Der Effekt ist außerdem abhängig von einem intrazellulären Calciumsignal, der Aktivierung der Phospholipase C und der Proteinkinase C und der vesikulären Exozytose von Glutamat. Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass der neuroprotektive Effekt von Osteopontin teilweise durch das Verhindern eines Anschwellens der Müllerzellen und durch die Induktion einer Freisetzung von VEGF und Adenosin vermittelt wird.

Die vorliegende kumulative Habilitationsschrift von Dr. rer. nat. Antje Grosche umfasst neben einer Einführung in die Physiologie der dominierenden Gliazellen der Netzhaut – der Müllerschen Gliazellen - zehn Originalarbeiten zur Bedeutung von Gliotransmittern für die Volumenregulation der Müllerzellen. Eine effiziente Volumenregulation gilt als Voraussetzung dafür, dass Müllerzellen ihrer Rolle als stabilisierendes Element hinsichtlich des Ionen- und Wasserhaushaltes in der Netzhaut gerecht werden können. Aus Vorarbeiten war bekannt, dass Müllerzellen typische Eigenschaften, wie die hohe Kaliumleitfähigkeit ihrer Membranen und damit einhergehend eine ausgeprägte Fähigkeit zur Volumenregulation, in der pathologisch veränderten Netzhaut verlieren (Pannicke et al., 2004; Wurm et al., 2006b). Diese Reaktion der Müllerzellen auf Netzhautschädigungen wird als gliotische Aktivierung bezeichnet und konnte in der soeben beschriebenen Ausprägung im ersten Abschnitt der vorliegenden Arbeit an Netzhäuten von Patienten mit uvealem Melanom bestätigt werden (Grosche et al., 2012). Weiterhin wurde die Relevanz einer in früheren Arbeiten identifizierten glutamaterg-purinergen Signalkaskade für die Funktion von gliotischen Müllerzellen detailliert untersucht. Im ersten Abschnitt dieser Habilitationsschrift wird nachgewiesen, dass sowohl im Modell für eine akute Schädigung der Netzhaut (Netzhautablösung im Schwein, Wurm et al., 2011), als auch bei einer chronischen Erkrankung (Streptozotocin-induzierter Diabetes in der Ratte, Wurm et al., 2008c) durch Aktivierung besagter Kaskade trotz verminderter Kaliumströme die Volumenregulation der Zellen wieder hergestellt werden kann. Ein zweiter Schwerpunkt der Untersuchungen war die umfassende Analyse der Expressions-muster und Funktion der an der Volumenregulation beteiligten Rezeptoren (insbesondere P2Y-Rezeptoren) in juvenilen und adulten Müllerzellen. Daten über die Differenzierung von Müllerzellen der Ratte während der ersten drei Postnatalwochen unterstreichen die herausragende Bedeutung von P2Y-Rezeptoren bzw. belegen deren Beteiligung an verschiedenen Müllerzellfunktionen (Volumenregulation, kalziumabhängige Signalwege). Interessanterweise wurden die meisten Effekte von ATP über die Aktivierung von P2Y1-Rezeptoren vermittelt (Wurm et al., 2009a, 2010). Zudem konnte durch Einsatz von P2Y1-Rezeptor-, IP3 Rezeptorsubtyp 2- und A1-Rezeptor-defizienten Mäusen belegt werden, dass ein störungsfreies Wirken der glutamaterg-purinergen Signalkaskade (neben der hohen Kaliumleitfähigkeit der Membranen) auch in unbehandelten Müllerzellen essentiell für deren Volumenregulation ist (Wurm et al., 2009b, 2010; Lipp et al., 2009). Im dritten Themenkomplex wurde der Frage nachgegangen, welche Mechanismen bei der Freisetzung der in die Volumenregulation involvierten Gliotransmitter eine Rolle spielen. So konnte eine exozytotische Ausschüttung von Glutamat bestätigt werden, während die Freisetzung von ATP primär durch Hemichannels (Linnertz et al., 2011; Brückner et al., 2012; Slezak et al., 2012) und die von Adenosin durch Nukleosidtransporter sowie extrazelluläre Degradation von ATP/ADP vermittelt wird (Wurm et al., 2010). Abschließend ordnet das Kapitel „Zusammenfassung und Ausblick“ die neu gewonnenen Erkenntnisse dieser Habilitationsschrift über die Rolle von Gliotransmittern für die Funktionen von Müllerzellen (einschließlich unveröffentlichter Daten aus weiterführenden Experimenten) für zukünftige Forschungsvorhaben ein.

Müllerzellen - die dominierenden Gliazellen der Netzhaut - üben vielfältige Funktionen und Aufgaben im retinalen „Zellnetzwerk“ aus. Ihre wohl wichtigste Funktion ist die Aufrechterhaltung der Volumen- und Ionenhomöostase der Retina. Forschungsergebnisse der letzten Jahre deuten darauf hin, dass pathologische Veränderungen in der Volumenregulation von Müllerzellen bei vielen Erkrankungen der Netzhaut eine bedeutende Rolle spielen. Diese Promotionsarbeit befasst sich mit morphologischen Veränderungen in der Netzhaut von Wildtypmäusen sowie von drei Mausstämmen mit genetischen Veränderungen (Überexpression von dnSNARE, P2Y1-defizient, IP3-R2-defizient) unter pathologischen Bedingungen. In den experimentellen Untersuchungen fand das in Vorarbeiten bereits etablierte Ischämie-Reperfusions-Modell Anwendung. Es ist bekannt, dass Müllerzellen nach retinaler Ischämie Veränderungen durchmachen, die als reaktive Gliose bezeichnet werden. Reaktive Müllerzellen sind nicht mehr in der Lage, bestimmte Funktionen zu erfüllen, die sie in der gesunden Netzhaut haben, dazu gehört eine Einschränkung der Fähigkeit zur Volumenregulation. Ziel der Arbeit war es erstens, eine Charakterisierung der Mausnetzhäute hinsichtlich der zellulären Zusammensetzung der Retina vorzunehmen und zweitens zu untersuchen, inwiefern sich eine Störung der Müllerzellfunktion – wie sie bei allen drei genetisch veränderten Mauslinien vorliegt – auf das Überleben der Nervenzellen unter extremen Stressbedingungen wie z.B. einer Ischämie auswirkt. Denn gerade unter den mit einer Ischämie einhergehenden Bedingungen sollte die Funktion der Müllerzellen zum Erhalt der retinalen Ionen- und Volumenhomöostase von entscheidender Bedeutung sein.

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung von Raubtiernetzhäuten hinsichtlich ihrer zellulären Zusammensetzung in der Peripherie. Anhand der Neuron:Glia-Verhältnisse sollte festgestellt werden, ob alle Raubtiere ähnliche Zellverhältnisse in der Netzhaut aufweisen und welche funktionellen Besonderheiten daraus resultieren können. Es wurde nach Rückschlüssen gesucht auf allgemeine Regeln, nach welchen sich die Säugetiernetzhaut auch in der Peripherie abseits des zentralen scharfen Sehens in ihrer Funktion und Leistungsfähigkeit den Lebensbedingungen anpasst. Im Focus der Betrachtung stand dabei die Müller-Radialgliazelle mit den sie umgebenden Neuronen, welche gemeinsam als funktionelle Einheit in Form einer Zellsäule den Grundbaustein der Netzhaut darstellt. Bereits zuvor wurde bei diesen radiären Säulen eine nicht-stochastische Verteilung der Zellverhältnisse festgestellt, was bedeutet, dass die Anzahl der Neurone je Müllerzelle im Wesentlichen durch die Anzahl der Zellteilungen der späten Vorläuferzellen bestimmt wird und daher mit einer spezifischen Zunahme der Stäbchenanzahl verbunden ist. So wurde eine Korrelation der retinalen Zellverhältnisse mit der Art des vorherrschenden Photorezeptors bzw. der Lebensweise der betreffenden Spezies angenommen. Tagaktive Spezies waren in früheren Arbeiten durch oligozelluläre Netzhautsäulen aufgefallen, während sich nachtaktive Säugetiere durch zellreiche radiäre Säulen auszeichneten. Diese Ansätze sollten weiter verfolgt werden. Raubtiere sind für eine erfolgreiche Jagd auf eine rasche und präzise Wahrnehmung ihrer Umwelt angewiesen. Dabei kommt dem Sehsinn besondere Bedeutung zu. Dieser muss den Lebens- und Jagdgewohnheiten optimal angepasst sein. Räumliches Sehen und Entfernungseinschätzung sind dabei ebenso wichtig wie eine besonders gute Sehschärfe, ein großes Gesichtsfeld und das Erkennen von Formen und Bewegungen bei unterschiedlichsten Lichtverhältnissen. Bei dem Zusammenspiel verschiedener Komponenten, welche den Raubtieren zu einem optimalen Sehen bei Tag und Nacht verhelfen, nimmt die Netzhaut eine zentrale Rolle ein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 17 Vertreter von neun verschiedenen Raubtierspezies betrachtet. Dazu wurden Präparate ihrer Netzhäute verwendet, in welchen die Müller-Radialgliazellen immunhistochemisch durch ein Immunperoxidaseverfahren dargestellt worden waren, jeweils mit dem Primärantikörper α–GFAP, α–Glutaminsynthetase oder α–Vimentin V3B4. Die Gegenfärbung der Zellkerne erfolgte mit Haemalaun. Von diesen Präparaten wurden am Lichtmikroskop mit einer digitalen Kamera Bilder erstellt und im Computer gespeichert. Die morphometrische Auswertung der Aufnahmen erfolgte mit der Software analySIS pro 5.0. Auf diese Weise konnten die Zelldichten in der Netzhaut bestimmt und die zelluläre Zusammensetzung der retinalen Säulen als Zahlenverhältnis von Neuronen je Gliazelle dargestellt werden. Anhand der ermittelten Ergebnisse lassen sich zur vorliegenden Arbeit folgende wesentliche Aussagen treffen: 1. Unter Berücksichtigung der präparationsbedingten Gewebeschrumpfung liegt die Dichte der Müllerzellen etwa zwischen 8.000 – 14.000 Zellen/mm², die der Photorezeptoren im Wesentlichen bei 200.000 – 500.000 Zellen/mm². 2. Die Dichte der Müllerzellen ist zwischen den Arten relativ konstant und unabhängig von der Dichte der Neuronen in der Netzhaut. 3. Je Müllerzelle ist weniger als eine Ganglienzelle zu finden, in der inneren Körnerschicht sind einer Müllerzelle etwa drei bis sechs Neuronen zuzuordnen. In der äußeren Körnerschicht liegen annähernd 22 bis 42 Photorezeptoren pro Müllerzelle vor. Insgesamt findet sich ein Zellverhältnis von ca. 30 – 50 Netzhautneuronen je Müllerzelle. 4. Es wird ersichtlich, dass die radiären Säulen in der mittleren Netzhautperipherie eine vergleichsweise hohe Zellzahl aufweisen. Dabei ist in erster Linie die große Anzahl an Photorezeptorzellen maßgeblich. 5. Innerhalb der Ordnung der Raubtiere ist anhand der vorliegenden Ergebnisse keine Unterscheidung zwischen den einzelnen Spezies oder zwischen der Familie der Felidae und der Canidae anhand der Neuron:Glia-Verhältnisse in der Netzhautperipherie möglich. 6. Die gefundenen Zellzahlenverhältnisse zeigen eine starke Konvergenz bei der Signalverarbeitung in der mittperipheren Netzhaut an. Dies lässt auf eine hohe Lichtempfindlichkeit im peripheren Gesichtsfeld auf Kosten der Sehschärfe in diesem Bereich schließen. 7. Alle untersuchten Raubtiere teilen die Eigenschaft der Nachtaktivität bzw. teilweise der Dämmerungsaktivität und alle weisen multizelluläre radiäre Säulen in der peripheren Netzhaut auf. Dies unterstützt die Hypothese, dass die Zusammensetzung der Netzhautsäulen neben der Verwandtschaft ganz wesentlich aus der Lebensweise der Säugetiere resultiert. 8. Für die Nutzung von Boden oder Bäumen als Jagd-/ Lebensraum ließ sich bei den untersuchten Raubtieren hingegen kein Zusammenhang mit einer entsprechenden Spezialisierung der peripheren Netzhaut finden. Die ermittelten Ergebnisse ergänzen die vorhandene Datenlage in der Literatur hinsichtlich der zellulären Verhältnisse in der mittleren Netzhautperipherie von Raubtieren. Dies mag als Basis für künftige Untersuchungen sowie Vergleiche zwischen den Ordnungen dienen. Abschließend werden in dieser Arbeit Überlegungen angestellt zu medizinischen Gesichtspunkten und Forschungsbestrebungen bei der Erkrankung von Auge und Netzhaut, und in wie weit dem wachsenden Wissen um die Müller-Radialgliazelle dabei eine tragende Rolle zufallen kann.

Die Funktionsweise des invertierten Aufbaus der Netzhaut im Wirbeltierauge ist ein altes Rätsel der Wissenschaft. Das beim Sehvorgang auf die Netzhaut einfallende Licht muss erst alle Netzhautschichten durchdringen, bevor es die Photorezeptorzellen erreicht, welche sich auf der lichtabgewandten Seite des Gewebes befinden. Die vorgelagerten Gewebsschichten enthalten zahlreiche lichtstreuende Bestandteile und müssten den Sehvorgang der Wirbeltiere theoretisch negativ beeinflussen. Diese Annahme steht jedoch im Widerspruch zu dem beeindruckenden Sehvermögen der meisten Wirbeltiere. Die Müllerschen Radialgliazellen stellen eine Lösung für diesen scheinbaren Widerspruch dar. Aufgrund der auffälligen morphologischen Struktur dieser Gliazellen, welche die gesamte Dicke der Netzhaut säulenförmig durchspannen, wurde die Hypothese aufgestellt, dass Müllerzellen nach dem Prinzip der Lichtleitung arbeiten und so das Licht zu den Photorezeptoren transportieren. Diese Theorie konnte jedoch bisher noch nicht bewiesen werden, da die bisherigen experimentellen Messmethoden auf der Basis von isolierten Müllerzellen ungeeignet sind, um diese Funktion im lebenden Gewebe nachzuweisen. Die vorliegende Arbeit beweist erstmalig, dass die Müllerschen Gliazellen als lebende Lichtleiter im Netzhautgewebe funktionieren. Um diese Aufgabe den Müllerzellen eindeutig zuzuordnen, wurde eine neuartige Methode entwickelt, welche gleichzeitig mehrere für den Nachweis unverzichtbare Parameter erfassen kann. Aufgrund einer fluoreszenzbasierten Visualisierung der Müllerzellen in der intakten Netzhaut konnte mit Hilfe eines auf Glasfaseroptik basierenden Aufbaus die Beleuchtung einzelner Müllerzellen erfolgen. Zeitgleich war es möglich, sowohl den Weg des Lichtes von der lichtzugewandten Seite bis zu den Photorezeptoren als auch die Transmission hinter dem Gewebe zu detektieren. Die Komplexität dieses Messverfahrens erlaubte eine detaillierte Charakterisierung des Einflusses der Müllerzelle auf die Streueigenschaften der verschiedenen retinalen Schichten sowie des sich ergebenden Lichtsignals an den Rezeptorzellen. Mittels eines speziellen Analyseverfahrens konnte umfassendes Datenmaterial erhoben und so die Müllerzelle eindeutig als Lichtleiter identifiziert werden. Darauf aufbauend wird in dieser Arbeit außerdem gezeigt, dass alle Müllerzellen gemeinsam und damit in ihrer Gesamtheit mittels ihrer Lichtleitfunktion das an den Photorezeptoren ankommende Lichtmuster beeinflussen, was zu einer verbesserten Bildqualität führt. Dies wird zusätzlich durch morphologische Untersuchungen gestützt, die zeigen, dass die für das Kontrastsehen verantwortlichen Zapfen-Photorezeptorzellen lokal hinter den Müllerzellen angeordnet sind. Demnach ist jeder Zapfen mit einem ihm vorgelagerten Lichtleiter ausgestattet. Zusammenfassend liefert diese Arbeit eine Erklärung, wie trotz des invertierten Aufbaus der Netzhaut die visuelle Information als Grundlage für das Sehen der Wirbeltiere erhalten bleibt.

Die Arbeit befasst sich mit dem Anschwellen von Neuronen und Gliazellen der Netzhaut, was einen wichtigen pathogenetischen Faktor des Netzhautödems darstellt. Osteopontin ist ein neuroprotektiver Faktor, der durch GDNF-Stimulation (glial cell line-derived neurotrophic factor) aus Müllerzellen ausgeschüttet wird. Die durch Osteopontin vermittelte Inhibition der osmotischen Zellschwellung von Müllerzellen der Ratte in Anwesenheit von Bariumionen oder H2O2 wird beschrieben und es wird dargestellt, dass Osteopontin keinen Einfluss auf die osmotische Zellschwellung der Bipolarzellen hat. Der für Müllerzellen beschriebene Effekt war dosisabhängig mit einer mittleren effektiven Konzentration von ca. 0,6 ng/ml. Durch den Einsatz pharmakologischer Rezeptor- oder Enzymblocker bzw. Antikörper werden die Schritte der Osteopontinwirkung identifiziert. Osteopontin induziert die Freisetzung von VEGF, Glutamat, ATP und Adenosin aus Müllerzellen. Die Osteopontinwirkung wurde verhindert durch die Blockade von spannungsabhängigen Natriumkanälen, T-Typ Calciumkanälen, Kalium- und Chloridkanälen. Der Effekt ist außerdem abhängig von einem intrazellulären Calciumsignal, der Aktivierung der Phospholipase C und der Proteinkinase C und der vesikulären Exozytose von Glutamat. Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass der neuroprotektive Effekt von Osteopontin teilweise durch das Verhindern eines Anschwellens der Müllerzellen und durch die Induktion einer Freisetzung von VEGF und Adenosin vermittelt wird.

Die vorliegende kumulative Habilitationsschrift von Dr. rer. nat. Antje Grosche umfasst neben einer Einführung in die Physiologie der dominierenden Gliazellen der Netzhaut – der Müllerschen Gliazellen - zehn Originalarbeiten zur Bedeutung von Gliotransmittern für die Volumenregulation der Müllerzellen. Eine effiziente Volumenregulation gilt als Voraussetzung dafür, dass Müllerzellen ihrer Rolle als stabilisierendes Element hinsichtlich des Ionen- und Wasserhaushaltes in der Netzhaut gerecht werden können. Aus Vorarbeiten war bekannt, dass Müllerzellen typische Eigenschaften, wie die hohe Kaliumleitfähigkeit ihrer Membranen und damit einhergehend eine ausgeprägte Fähigkeit zur Volumenregulation, in der pathologisch veränderten Netzhaut verlieren (Pannicke et al., 2004; Wurm et al., 2006b). Diese Reaktion der Müllerzellen auf Netzhautschädigungen wird als gliotische Aktivierung bezeichnet und konnte in der soeben beschriebenen Ausprägung im ersten Abschnitt der vorliegenden Arbeit an Netzhäuten von Patienten mit uvealem Melanom bestätigt werden (Grosche et al., 2012). Weiterhin wurde die Relevanz einer in früheren Arbeiten identifizierten glutamaterg-purinergen Signalkaskade für die Funktion von gliotischen Müllerzellen detailliert untersucht. Im ersten Abschnitt dieser Habilitationsschrift wird nachgewiesen, dass sowohl im Modell für eine akute Schädigung der Netzhaut (Netzhautablösung im Schwein, Wurm et al., 2011), als auch bei einer chronischen Erkrankung (Streptozotocin-induzierter Diabetes in der Ratte, Wurm et al., 2008c) durch Aktivierung besagter Kaskade trotz verminderter Kaliumströme die Volumenregulation der Zellen wieder hergestellt werden kann. Ein zweiter Schwerpunkt der Untersuchungen war die umfassende Analyse der Expressions-muster und Funktion der an der Volumenregulation beteiligten Rezeptoren (insbesondere P2Y-Rezeptoren) in juvenilen und adulten Müllerzellen. Daten über die Differenzierung von Müllerzellen der Ratte während der ersten drei Postnatalwochen unterstreichen die herausragende Bedeutung von P2Y-Rezeptoren bzw. belegen deren Beteiligung an verschiedenen Müllerzellfunktionen (Volumenregulation, kalziumabhängige Signalwege). Interessanterweise wurden die meisten Effekte von ATP über die Aktivierung von P2Y1-Rezeptoren vermittelt (Wurm et al., 2009a, 2010). Zudem konnte durch Einsatz von P2Y1-Rezeptor-, IP3 Rezeptorsubtyp 2- und A1-Rezeptor-defizienten Mäusen belegt werden, dass ein störungsfreies Wirken der glutamaterg-purinergen Signalkaskade (neben der hohen Kaliumleitfähigkeit der Membranen) auch in unbehandelten Müllerzellen essentiell für deren Volumenregulation ist (Wurm et al., 2009b, 2010; Lipp et al., 2009). Im dritten Themenkomplex wurde der Frage nachgegangen, welche Mechanismen bei der Freisetzung der in die Volumenregulation involvierten Gliotransmitter eine Rolle spielen. So konnte eine exozytotische Ausschüttung von Glutamat bestätigt werden, während die Freisetzung von ATP primär durch Hemichannels (Linnertz et al., 2011; Brückner et al., 2012; Slezak et al., 2012) und die von Adenosin durch Nukleosidtransporter sowie extrazelluläre Degradation von ATP/ADP vermittelt wird (Wurm et al., 2010). Abschließend ordnet das Kapitel „Zusammenfassung und Ausblick“ die neu gewonnenen Erkenntnisse dieser Habilitationsschrift über die Rolle von Gliotransmittern für die Funktionen von Müllerzellen (einschließlich unveröffentlichter Daten aus weiterführenden Experimenten) für zukünftige Forschungsvorhaben ein.

Die Funktionsweise des invertierten Aufbaus der Netzhaut im Wirbeltierauge ist ein altes Rätsel der Wissenschaft. Das beim Sehvorgang auf die Netzhaut einfallende Licht muss erst alle Netzhautschichten durchdringen, bevor es die Photorezeptorzellen erreicht, welche sich auf der lichtabgewandten Seite des Gewebes befinden. Die vorgelagerten Gewebsschichten enthalten zahlreiche lichtstreuende Bestandteile und müssten den Sehvorgang der Wirbeltiere theoretisch negativ beeinflussen. Diese Annahme steht jedoch im Widerspruch zu dem beeindruckenden Sehvermögen der meisten Wirbeltiere. Die Müllerschen Radialgliazellen stellen eine Lösung für diesen scheinbaren Widerspruch dar. Aufgrund der auffälligen morphologischen Struktur dieser Gliazellen, welche die gesamte Dicke der Netzhaut säulenförmig durchspannen, wurde die Hypothese aufgestellt, dass Müllerzellen nach dem Prinzip der Lichtleitung arbeiten und so das Licht zu den Photorezeptoren transportieren. Diese Theorie konnte jedoch bisher noch nicht bewiesen werden, da die bisherigen experimentellen Messmethoden auf der Basis von isolierten Müllerzellen ungeeignet sind, um diese Funktion im lebenden Gewebe nachzuweisen. Die vorliegende Arbeit beweist erstmalig, dass die Müllerschen Gliazellen als lebende Lichtleiter im Netzhautgewebe funktionieren. Um diese Aufgabe den Müllerzellen eindeutig zuzuordnen, wurde eine neuartige Methode entwickelt, welche gleichzeitig mehrere für den Nachweis unverzichtbare Parameter erfassen kann. Aufgrund einer fluoreszenzbasierten Visualisierung der Müllerzellen in der intakten Netzhaut konnte mit Hilfe eines auf Glasfaseroptik basierenden Aufbaus die Beleuchtung einzelner Müllerzellen erfolgen. Zeitgleich war es möglich, sowohl den Weg des Lichtes von der lichtzugewandten Seite bis zu den Photorezeptoren als auch die Transmission hinter dem Gewebe zu detektieren. Die Komplexität dieses Messverfahrens erlaubte eine detaillierte Charakterisierung des Einflusses der Müllerzelle auf die Streueigenschaften der verschiedenen retinalen Schichten sowie des sich ergebenden Lichtsignals an den Rezeptorzellen. Mittels eines speziellen Analyseverfahrens konnte umfassendes Datenmaterial erhoben und so die Müllerzelle eindeutig als Lichtleiter identifiziert werden. Darauf aufbauend wird in dieser Arbeit außerdem gezeigt, dass alle Müllerzellen gemeinsam und damit in ihrer Gesamtheit mittels ihrer Lichtleitfunktion das an den Photorezeptoren ankommende Lichtmuster beeinflussen, was zu einer verbesserten Bildqualität führt. Dies wird zusätzlich durch morphologische Untersuchungen gestützt, die zeigen, dass die für das Kontrastsehen verantwortlichen Zapfen-Photorezeptorzellen lokal hinter den Müllerzellen angeordnet sind. Demnach ist jeder Zapfen mit einem ihm vorgelagerten Lichtleiter ausgestattet. Zusammenfassend liefert diese Arbeit eine Erklärung, wie trotz des invertierten Aufbaus der Netzhaut die visuelle Information als Grundlage für das Sehen der Wirbeltiere erhalten bleibt.

Müllerzellen - die dominierenden Gliazellen der Netzhaut - üben vielfältige Funktionen und Aufgaben im retinalen „Zellnetzwerk“ aus. Ihre wohl wichtigste Funktion ist die Aufrechterhaltung der Volumen- und Ionenhomöostase der Retina. Forschungsergebnisse der letzten Jahre deuten darauf hin, dass pathologische Veränderungen in der Volumenregulation von Müllerzellen bei vielen Erkrankungen der Netzhaut eine bedeutende Rolle spielen. Diese Promotionsarbeit befasst sich mit morphologischen Veränderungen in der Netzhaut von Wildtypmäusen sowie von drei Mausstämmen mit genetischen Veränderungen (Überexpression von dnSNARE, P2Y1-defizient, IP3-R2-defizient) unter pathologischen Bedingungen. In den experimentellen Untersuchungen fand das in Vorarbeiten bereits etablierte Ischämie-Reperfusions-Modell Anwendung. Es ist bekannt, dass Müllerzellen nach retinaler Ischämie Veränderungen durchmachen, die als reaktive Gliose bezeichnet werden. Reaktive Müllerzellen sind nicht mehr in der Lage, bestimmte Funktionen zu erfüllen, die sie in der gesunden Netzhaut haben, dazu gehört eine Einschränkung der Fähigkeit zur Volumenregulation. Ziel der Arbeit war es erstens, eine Charakterisierung der Mausnetzhäute hinsichtlich der zellulären Zusammensetzung der Retina vorzunehmen und zweitens zu untersuchen, inwiefern sich eine Störung der Müllerzellfunktion – wie sie bei allen drei genetisch veränderten Mauslinien vorliegt – auf das Überleben der Nervenzellen unter extremen Stressbedingungen wie z.B. einer Ischämie auswirkt. Denn gerade unter den mit einer Ischämie einhergehenden Bedingungen sollte die Funktion der Müllerzellen zum Erhalt der retinalen Ionen- und Volumenhomöostase von entscheidender Bedeutung sein.

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung von Raubtiernetzhäuten hinsichtlich ihrer zellulären Zusammensetzung in der Peripherie. Anhand der Neuron:Glia-Verhältnisse sollte festgestellt werden, ob alle Raubtiere ähnliche Zellverhältnisse in der Netzhaut aufweisen und welche funktionellen Besonderheiten daraus resultieren können. Es wurde nach Rückschlüssen gesucht auf allgemeine Regeln, nach welchen sich die Säugetiernetzhaut auch in der Peripherie abseits des zentralen scharfen Sehens in ihrer Funktion und Leistungsfähigkeit den Lebensbedingungen anpasst. Im Focus der Betrachtung stand dabei die Müller-Radialgliazelle mit den sie umgebenden Neuronen, welche gemeinsam als funktionelle Einheit in Form einer Zellsäule den Grundbaustein der Netzhaut darstellt. Bereits zuvor wurde bei diesen radiären Säulen eine nicht-stochastische Verteilung der Zellverhältnisse festgestellt, was bedeutet, dass die Anzahl der Neurone je Müllerzelle im Wesentlichen durch die Anzahl der Zellteilungen der späten Vorläuferzellen bestimmt wird und daher mit einer spezifischen Zunahme der Stäbchenanzahl verbunden ist. So wurde eine Korrelation der retinalen Zellverhältnisse mit der Art des vorherrschenden Photorezeptors bzw. der Lebensweise der betreffenden Spezies angenommen. Tagaktive Spezies waren in früheren Arbeiten durch oligozelluläre Netzhautsäulen aufgefallen, während sich nachtaktive Säugetiere durch zellreiche radiäre Säulen auszeichneten. Diese Ansätze sollten weiter verfolgt werden. Raubtiere sind für eine erfolgreiche Jagd auf eine rasche und präzise Wahrnehmung ihrer Umwelt angewiesen. Dabei kommt dem Sehsinn besondere Bedeutung zu. Dieser muss den Lebens- und Jagdgewohnheiten optimal angepasst sein. Räumliches Sehen und Entfernungseinschätzung sind dabei ebenso wichtig wie eine besonders gute Sehschärfe, ein großes Gesichtsfeld und das Erkennen von Formen und Bewegungen bei unterschiedlichsten Lichtverhältnissen. Bei dem Zusammenspiel verschiedener Komponenten, welche den Raubtieren zu einem optimalen Sehen bei Tag und Nacht verhelfen, nimmt die Netzhaut eine zentrale Rolle ein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 17 Vertreter von neun verschiedenen Raubtierspezies betrachtet. Dazu wurden Präparate ihrer Netzhäute verwendet, in welchen die Müller-Radialgliazellen immunhistochemisch durch ein Immunperoxidaseverfahren dargestellt worden waren, jeweils mit dem Primärantikörper α–GFAP, α–Glutaminsynthetase oder α–Vimentin V3B4. Die Gegenfärbung der Zellkerne erfolgte mit Haemalaun. Von diesen Präparaten wurden am Lichtmikroskop mit einer digitalen Kamera Bilder erstellt und im Computer gespeichert. Die morphometrische Auswertung der Aufnahmen erfolgte mit der Software analySIS pro 5.0. Auf diese Weise konnten die Zelldichten in der Netzhaut bestimmt und die zelluläre Zusammensetzung der retinalen Säulen als Zahlenverhältnis von Neuronen je Gliazelle dargestellt werden. Anhand der ermittelten Ergebnisse lassen sich zur vorliegenden Arbeit folgende wesentliche Aussagen treffen: 1. Unter Berücksichtigung der präparationsbedingten Gewebeschrumpfung liegt die Dichte der Müllerzellen etwa zwischen 8.000 – 14.000 Zellen/mm², die der Photorezeptoren im Wesentlichen bei 200.000 – 500.000 Zellen/mm². 2. Die Dichte der Müllerzellen ist zwischen den Arten relativ konstant und unabhängig von der Dichte der Neuronen in der Netzhaut. 3. Je Müllerzelle ist weniger als eine Ganglienzelle zu finden, in der inneren Körnerschicht sind einer Müllerzelle etwa drei bis sechs Neuronen zuzuordnen. In der äußeren Körnerschicht liegen annähernd 22 bis 42 Photorezeptoren pro Müllerzelle vor. Insgesamt findet sich ein Zellverhältnis von ca. 30 – 50 Netzhautneuronen je Müllerzelle. 4. Es wird ersichtlich, dass die radiären Säulen in der mittleren Netzhautperipherie eine vergleichsweise hohe Zellzahl aufweisen. Dabei ist in erster Linie die große Anzahl an Photorezeptorzellen maßgeblich. 5. Innerhalb der Ordnung der Raubtiere ist anhand der vorliegenden Ergebnisse keine Unterscheidung zwischen den einzelnen Spezies oder zwischen der Familie der Felidae und der Canidae anhand der Neuron:Glia-Verhältnisse in der Netzhautperipherie möglich. 6. Die gefundenen Zellzahlenverhältnisse zeigen eine starke Konvergenz bei der Signalverarbeitung in der mittperipheren Netzhaut an. Dies lässt auf eine hohe Lichtempfindlichkeit im peripheren Gesichtsfeld auf Kosten der Sehschärfe in diesem Bereich schließen. 7. Alle untersuchten Raubtiere teilen die Eigenschaft der Nachtaktivität bzw. teilweise der Dämmerungsaktivität und alle weisen multizelluläre radiäre Säulen in der peripheren Netzhaut auf. Dies unterstützt die Hypothese, dass die Zusammensetzung der Netzhautsäulen neben der Verwandtschaft ganz wesentlich aus der Lebensweise der Säugetiere resultiert. 8. Für die Nutzung von Boden oder Bäumen als Jagd-/ Lebensraum ließ sich bei den untersuchten Raubtieren hingegen kein Zusammenhang mit einer entsprechenden Spezialisierung der peripheren Netzhaut finden. Die ermittelten Ergebnisse ergänzen die vorhandene Datenlage in der Literatur hinsichtlich der zellulären Verhältnisse in der mittleren Netzhautperipherie von Raubtieren. Dies mag als Basis für künftige Untersuchungen sowie Vergleiche zwischen den Ordnungen dienen. Abschließend werden in dieser Arbeit Überlegungen angestellt zu medizinischen Gesichtspunkten und Forschungsbestrebungen bei der Erkrankung von Auge und Netzhaut, und in wie weit dem wachsenden Wissen um die Müller-Radialgliazelle dabei eine tragende Rolle zufallen kann.