Gehirnerkrankungen manifestieren sich in der Netzhaut des Auges

Die Netzhaut, das lichtempfindliche Gewebe am unteren Rand des Auges, kann als integraler Bestandteil des Zentralnervensystems (ZNS) betrachtet werden. Während der Entwicklung des Fötus reift es aus einem Teil des Gehirns und seine Innervation ähnelt stark der des Gehirns. Die Netzhautstruktur und -funktion kann leicht mit nicht-invasiven oder minimal-invasiven Methoden untersucht werden, wohingegen die direkte Hirnforschung zahlreiche Einschränkungen aufweist. Wenn der Gesundheitszustand des Gehirns indirekt über die Augen beurteilt werden könnte, könnte das diagnostische Screening von Gehirnerkrankungen effizienter werden.

In seiner Promotion Im Rahmen des Projekts untersuchte Dr. Henri Leinonen Funktionsstörungen der Netzhaut anhand von Mausmodellen menschlicher Erkrankungen des Zentralnervensystems. Elektroretinographie (ERG) und visuell evozierte Potentiale (VEP) wurden als Forschungstechniken ausgewählt, da eine ähnliche Methodik sowohl bei Labortieren als auch beim Menschen angewendet werden kann. ERG kann die Funktion der Netzhaut mithilfe von Hornhaut- oder Hautelektroden präzise verfolgen, während VEP die Funktion des visuellen Kortex misst. Diese Methoden wurden verwendet, um verschiedene Sehmerkmale in drei verschiedenen gentechnisch veränderten Mausmodellen menschlicher ZNS-Erkrankungen zu testen. Darüber hinaus wurden grundlegende Life-Science-Methoden verwendet, um die Korrelation zwischen Funktionsstörungen und dem anatomischen Status der Netzhaut zu testen.

Eine mit dem Tages- und Farbsehen verbundene Netzhautdysfunktion wurde in einem Mausmodell der Huntington-Krankheit (HD) gefunden, während die Maus präsymptomatisch war. Die Netzhautstruktur blieb auch in einem fortgeschrittenen Krankheitsstadium relativ normal, obwohl die Aggregation von toxischem mutiertem Huntingtin-Protein in der erkrankten Netzhaut der Maus weit verbreitet war. Obwohl die Retinopathie bei Mäusen im Vergleich zu menschlichen Huntington-Patienten übertrieben ist, stimmt der Befund teilweise mit den Patientendaten überein, die eine beeinträchtigte Farbsicht, aber keine eindeutige anatomische Retinopathie zeigen.

In einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit (AD) beobachteten die Forscher eine Abnormalität der Nachtsicht-assoziierten Netzhautfunktion. Insbesondere waren stäbchenvermittelte innere Netzhautreaktionen auf schwache Lichtblitze bei erkrankten Mäusen schneller als bei ihren Wildtypkontrollen. Die Beobachtung kann durch eine gestörte cholinerge Neurotransmission erklärt werden, die teilweise auch für die Verschlechterung des Gedächtnisses bei AD ursächlich ist.

In einem Mausmodell der späten infantilen neuronalen Ceroidlipofuszinose (NCL), einer pädiatrischen neurologischen Erkrankung, beschrieben die Forscher degenerative Veränderungen der Netzhaut, die die charakteristische Pathologie der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) imitieren. Diese umfassten eine beeinträchtigte Funktion des retinalen Pigmentepithels und eine anschließende Erblindung aufgrund von Atrophie und Tod des Photorezeptors. Es wurde postuliert, dass die Netzhautdegeneration bei menschlichen Patienten ähnlich fortschreitet.

Die Ergebnisse ergänzen das wachsende Beweismaterial, das pathologische Veränderungen der Netzhaut und des Gehirns bei ZNS-Erkrankungen zeigt. Funktionelle Veränderungen der Netzhaut wurden in drei Mausmodellen menschlicher ZNS-Erkrankungen gefunden, deren Phänotyp, Erkrankungsalter und pathologischer Mechanismus sich deutlich voneinander unterscheiden. Sehbehinderung war das am schnellsten fortschreitende Symptom in zwei getesteten Modellen. Die Ergebnisse stützen die Idee, Augenuntersuchungen als potenzielle Screening-Instrumente für ZNS-Erkrankungen einzusetzen. Die Entwicklung effizienter, sicherer und wirtschaftlicher Screening-Instrumente für ZNS-Erkrankungen ist unabdingbar, da die Diagnose dieser Erkrankungen häufig erst im fortgeschrittenen Krankheitsstadium gestellt wird, wenn als solche zufriedenstellende Heilmittel nur unzureichend wirksam sind. Da die Augen- und Sehforschung nicht-invasiv durchgeführt werden kann, können Studien von der präklinischen bis zur klinischen Phase relativ schnell durchgeführt werden.

Die Ergebnisse wurden ursprünglich in veröffentlicht Plus eins, Journal of Alzheimer's Disease, und Humane Molekulargenetik.

Die Dissertation, berechtigt Elektrophysiologie von Sehbahnen als Screening-Instrument für neurodegenerative Erkrankungen: Evidenz aus Maus-Krankheitsmodellen, steht zum Download zur Verfügung unter: http://epublications.uef.fi/pub/urn_isbn_978-952-61-2200-7/