Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob der Neurotransmitter Neuropeptid Y (NPY) Einfluss auf das Schwellungsverhalten retinaler Gliazellen der Ratte in hypoosmolarem Medium hat. Des Weiteren war von besonderem Interesse, welche Rezeptortypen und welche intrazellulären Signalwege in die Wirkung von NPY involviert sein könnten. Verwendet wurden 50 adulte Long-Evants-Ratten. Zuerst wurde bei einem Teil der Ratten eine transiente retinale Ischämie in einem Auge der Ratten induziert. Das andere Auge blieb unbehandelt und diente zur Kontrolle. Drei Tage post op wurden die Ratten euthanasiert. Nach Enukleation der Bulbi wurde die Netzhaut auf einen Membranfilter aufgebracht und Schnitte (1 mm) angefertigt. Um die Müllerzellen der vitalen Retina mit Hilfe des Laser Scanning-Mikroskops darstellen zu können, wurde der Farbstoff Mitotracker Orange verwendet (UCKERMANN et al. 2004). Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass die Müllerzellen der postischämischen Retina der Ratte in hypotonem Medium schwellen (PANNICKE et al. 2004). Dazu wurden die akut isolierten retinalen Schnitte einer hypotonen Lösung ausgesetzt (60 % der Kontrollosmolarität). Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass NPY die Müllerzellschwellung in hypotonem Medium in der postischämischen Netzhaut verhindert. Die pharmakologische Untersuchung des durch NPY aktivierten Signalweges erfolgte an gesunden Netzhäuten. Hier führt ein hypotones Medium bei gleichzeitiger Blockade der Kaliumkanäle (K+-Kanäle) durch Ba2+ zu einer Gliazellschwellung, die mit derjenigen in der postischämischen Retina vergleichbar ist (PANNICKE et al. 2004). NPY hemmt konzentrationsabhängig das Schwellen der Gliazellen der gesunden Netzhaut in hypoosmolarem Medium in Anwesenheit von Ba2+. Die gleiche Wirkung konnte mit dem selektiven Y1-Rezeptoragonisten hervorgerufen werden, während die Y2- und Y5-Rezeptoragonisten keine Wirkung zeigten. Außerdem hatte NPY in der Anwesenheit des selektiven Y1-Rezeptoragonisten BIBP3226 keine Wirkung. Inkubation mit dem membranpermeablen Ca2+-Chelator BAPTA-AM kehrte die Wirkung des NPY um, ebenso wie die Inkubation mit den Proteinkinase C (PKC)-Inhibitoren Staurosporin und Gö6976. Die Neurotransmitter Glutamat und Adenosin zeigten eine dem NPY vergleichbare hemmende Wirkung auf das Schwellen der Müllerzellsomata. Außerdem konnte eine Stimulierung von metabotropen Glutamatrezeptoren (mGlu) und Adenosin A1-Rezeptoren (A1R) nachgewiesen werden. Jedoch hob der selektiven Na+-Kanalblocker Tetrodotoxin die hemmende Wirkung von NPY auf. Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass NPY einen neuronalen Y1-Rezeptor aktiviert, was zu einer Mobilisierung von Ca2+ aus intrazellulären Speichern und zur Aktivierung der Proteinkinase C (PKC) führt. Weiterhin erfolgt eine von neuronaler Aktivität und Ca2+ abhängige Freisetzung von Glutamat und die Aktivierung von (glialen) mGlu. Letztendlich kommt es vermutlich zur Aktivierung des A1R. Resümierend könnten diese Ergebnisse wichtig sein für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Vermeidung von postischämischen und posttraumatischen Gliazellschwellungen. / The aim of the present study was to determine wether neuropeptide Y (NPY) has an effect on hypotonic glia cell swelling from the retina of the rat. Furthermore, the special interest was to determine which receptor subtypes and which intracellular pathways are involved in the effect of NPY. 50 adult Long-Evants-rats were taken. Transient retinal ischemia was induced in one eye of the rats, while the other eye remained untreated and served as control. Three days after reperfusion, the animals were killed. After enucleation of the bulbi, the isolated retina was fixed on a membrane filter and 1 mm thick slices were produced. The acutely isolated slices were loaded with the vital dye Mitotracker Orange in order to selectively stain Müller glial cells (UCKERMANN et al. 2004). The slices were examined using a confocal laser scanning microscope. As shown recently (PANNICKE et al. 2004), the somata in postischemic retinas corresponded with swelling after changing the extracellular perfusate into a hypotonic solution which contained 60 % of the control ionic strength. NPY significantly decreased the hypotonic glia cell swelling in postischemic retinas. The following experiments for the pharmacological examination of the NPY pathway where made with untreated rats. Cell somata in control retinas showed an increase of their volume during hypotonic stress when the K+-channel blocker Ba2+ was present in the extracellular solution; this swelling is comparable with the swelling of glia cells in postischemic retina (PANNICKE et al. 2004). Cell somata in control retinas showed an increase of their volume during hypotonic stress when the K+-channel blocker Ba2+ was present in the extracellular solution (PANNICKE et al. 2004). NPY significantly decreased the hypotonic glia cell swelling in control retinas in the presence of Ba2+. NPY displayed a dose-dependent swelling effect. The Y1-receptor agonist inhibited dose-dependently the hypotonic glial cell swelling, while agonists for Y2- and Y5-receptors were largely ineffective. Incubation with the membrane permeable Ca2+-chelator BAPTA-AM reversed the swelling inhibiting effect of NPY, just as incubation with PKC-inhibitors staurosporine and Gö6976 did. A dependence of the NPY effect on release of Ca2+ from intracellular stores is also suggested by the effect of thimerosal. Glutamate and adenosine also decreased the hypotonic glia cell swelling in control retinas in the presence of Ba2+. In addition, glutamate stimulates metabotropic glutamte receptors (mGluR) and adenosin activates purinergic receptors. However, the selective Na+-canal blocker tetrodotoxin (TTX) reversed the inhibiting effect of NPY on swelling, but not of glutamate and adenosine. The data suggest that NPY inhibits hypotonic glia cell swelling by activation of neuronal Y1-receptors via Ca2+-dependent release of glutamate. This effect is mediated by subsequent stimulation of glial glutamergic and purinergic receptors in Müller cells. The results may have importance for the development of new therapeutic strategies for inhibition of postischemic and posttraumatic glial cell swelling.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob der Neurotransmitter Neuropeptid Y (NPY) Einfluss auf das Schwellungsverhalten retinaler Gliazellen der Ratte in hypoosmolarem Medium hat. Des Weiteren war von besonderem Interesse, welche Rezeptortypen und welche intrazellulären Signalwege in die Wirkung von NPY involviert sein könnten. Verwendet wurden 50 adulte Long-Evants-Ratten. Zuerst wurde bei einem Teil der Ratten eine transiente retinale Ischämie in einem Auge der Ratten induziert. Das andere Auge blieb unbehandelt und diente zur Kontrolle. Drei Tage post op wurden die Ratten euthanasiert. Nach Enukleation der Bulbi wurde die Netzhaut auf einen Membranfilter aufgebracht und Schnitte (1 mm) angefertigt. Um die Müllerzellen der vitalen Retina mit Hilfe des Laser Scanning-Mikroskops darstellen zu können, wurde der Farbstoff Mitotracker Orange verwendet (UCKERMANN et al. 2004). Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass die Müllerzellen der postischämischen Retina der Ratte in hypotonem Medium schwellen (PANNICKE et al. 2004). Dazu wurden die akut isolierten retinalen Schnitte einer hypotonen Lösung ausgesetzt (60 % der Kontrollosmolarität). Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass NPY die Müllerzellschwellung in hypotonem Medium in der postischämischen Netzhaut verhindert. Die pharmakologische Untersuchung des durch NPY aktivierten Signalweges erfolgte an gesunden Netzhäuten. Hier führt ein hypotones Medium bei gleichzeitiger Blockade der Kaliumkanäle (K+-Kanäle) durch Ba2+ zu einer Gliazellschwellung, die mit derjenigen in der postischämischen Retina vergleichbar ist (PANNICKE et al. 2004). NPY hemmt konzentrationsabhängig das Schwellen der Gliazellen der gesunden Netzhaut in hypoosmolarem Medium in Anwesenheit von Ba2+. Die gleiche Wirkung konnte mit dem selektiven Y1-Rezeptoragonisten hervorgerufen werden, während die Y2- und Y5-Rezeptoragonisten keine Wirkung zeigten. Außerdem hatte NPY in der Anwesenheit des selektiven Y1-Rezeptoragonisten BIBP3226 keine Wirkung. Inkubation mit dem membranpermeablen Ca2+-Chelator BAPTA-AM kehrte die Wirkung des NPY um, ebenso wie die Inkubation mit den Proteinkinase C (PKC)-Inhibitoren Staurosporin und Gö6976. Die Neurotransmitter Glutamat und Adenosin zeigten eine dem NPY vergleichbare hemmende Wirkung auf das Schwellen der Müllerzellsomata. Außerdem konnte eine Stimulierung von metabotropen Glutamatrezeptoren (mGlu) und Adenosin A1-Rezeptoren (A1R) nachgewiesen werden. Jedoch hob der selektiven Na+-Kanalblocker Tetrodotoxin die hemmende Wirkung von NPY auf. Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass NPY einen neuronalen Y1-Rezeptor aktiviert, was zu einer Mobilisierung von Ca2+ aus intrazellulären Speichern und zur Aktivierung der Proteinkinase C (PKC) führt. Weiterhin erfolgt eine von neuronaler Aktivität und Ca2+ abhängige Freisetzung von Glutamat und die Aktivierung von (glialen) mGlu. Letztendlich kommt es vermutlich zur Aktivierung des A1R. Resümierend könnten diese Ergebnisse wichtig sein für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Vermeidung von postischämischen und posttraumatischen Gliazellschwellungen. / The aim of the present study was to determine wether neuropeptide Y (NPY) has an effect on hypotonic glia cell swelling from the retina of the rat. Furthermore, the special interest was to determine which receptor subtypes and which intracellular pathways are involved in the effect of NPY. 50 adult Long-Evants-rats were taken. Transient retinal ischemia was induced in one eye of the rats, while the other eye remained untreated and served as control. Three days after reperfusion, the animals were killed. After enucleation of the bulbi, the isolated retina was fixed on a membrane filter and 1 mm thick slices were produced. The acutely isolated slices were loaded with the vital dye Mitotracker Orange in order to selectively stain Müller glial cells (UCKERMANN et al. 2004). The slices were examined using a confocal laser scanning microscope. As shown recently (PANNICKE et al. 2004), the somata in postischemic retinas corresponded with swelling after changing the extracellular perfusate into a hypotonic solution which contained 60 % of the control ionic strength. NPY significantly decreased the hypotonic glia cell swelling in postischemic retinas. The following experiments for the pharmacological examination of the NPY pathway where made with untreated rats. Cell somata in control retinas showed an increase of their volume during hypotonic stress when the K+-channel blocker Ba2+ was present in the extracellular solution; this swelling is comparable with the swelling of glia cells in postischemic retina (PANNICKE et al. 2004). Cell somata in control retinas showed an increase of their volume during hypotonic stress when the K+-channel blocker Ba2+ was present in the extracellular solution (PANNICKE et al. 2004). NPY significantly decreased the hypotonic glia cell swelling in control retinas in the presence of Ba2+. NPY displayed a dose-dependent swelling effect. The Y1-receptor agonist inhibited dose-dependently the hypotonic glial cell swelling, while agonists for Y2- and Y5-receptors were largely ineffective. Incubation with the membrane permeable Ca2+-chelator BAPTA-AM reversed the swelling inhibiting effect of NPY, just as incubation with PKC-inhibitors staurosporine and Gö6976 did. A dependence of the NPY effect on release of Ca2+ from intracellular stores is also suggested by the effect of thimerosal. Glutamate and adenosine also decreased the hypotonic glia cell swelling in control retinas in the presence of Ba2+. In addition, glutamate stimulates metabotropic glutamte receptors (mGluR) and adenosin activates purinergic receptors. However, the selective Na+-canal blocker tetrodotoxin (TTX) reversed the inhibiting effect of NPY on swelling, but not of glutamate and adenosine. The data suggest that NPY inhibits hypotonic glia cell swelling by activation of neuronal Y1-receptors via Ca2+-dependent release of glutamate. This effect is mediated by subsequent stimulation of glial glutamergic and purinergic receptors in Müller cells. The results may have importance for the development of new therapeutic strategies for inhibition of postischemic and posttraumatic glial cell swelling.