Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-4576
Authors: Kunst, Stefanie Alexandra
Title: Die tageszeitliche Regulation der Genexpression in Retina und Fotorezeptorzelle
Online publication date: 29-Nov-2016
Language : german
Abstract: Die Retina von Säugetieren und ihre Fotorezeptorzellen besitzen die Fähigkeit, sich an die tageszeitlich wechselnden Lichtintensitäten der Umwelt anzupassen. Die Adaptation umfasst unter anderem die Morphologie der Fotorezeptorzellen, die visuelle Signaltransduktion und den Energiemetabolismus der Retina. Sie wird durch retinale Uhren/Oszillatoren gesteuert, die durch die äußeren Lichtbedingungen synchronisiert werden. Die Uhren-gesteuerte Anpassung von Retina und Fotorezeptorzellen an tageszeitliche Änderungen wird durch die Neuromodulatoren Melatonin und Dopamin vermittelt. Dabei regulieren Oszillatoren in den Amakrinzellen die Dopaminsynthese, während Oszillatoren in den Fotorezeptorzellen die Rhythmik der Melatoninsynthese steuern. Die Wirkung von Dopamin wird über Dopamin-D4-Rezeptoren vermittelt, die sich unter anderem in den Stäbchen befinden. Melatonin wirkt indes über die Melatonin-Rezeptoren MT1 und MT2, welche unter anderem in Stäbchen und Ganglienzellen der Retina lokalisiert sind. Melatonin und Dopamin fungieren bei der Kontrolle der retinalen Funktionalität als Gegenspieler: die Freisetzung von Melatonin ist nachts erhöht und ermöglicht die Dunkeladaptation der Retina, während die von Dopamin tagsüber erhöht ist und die Anpassung an Licht vermittelt. Ziel dieser Arbeit war ein besseres Verständnis der tageszeitlichen Adaptation von Retina und Fotorezeptorzelle auf Ebene der Genexpression, wobei Ratten und Mäuse als Tiermodelle benutzt wurden. Es konnte mithilfe von Mikroarray-Analyse und qPCR gezeigt werden, dass die tageszeitliche Regulation der Fotorezeptorzellen Gene umfasst, die an der Fototransduktion (z.B. Grk1), am Metabolismus (z.B. Pgc-1α, Esrrβ), an der Regulation der Transkription (z.B. Pgc-1α, Rorβ) und an der Zellproliferation (z.B. Atf3) beteiligt sind. Weiterhin wurde beobachtet, dass die tageszeitliche Regulation der Genexpression in der Retina maßgeblich über die circadiane Uhr gesteuert wird (z.B. Adra1b, Pde8a). Mithilfe von Gen-defizienten Mausmodellen (Drd4-/-, MT1-/-) konnte darüber hinaus eine Beteiligung des dopaminergen (via Nr4a1) und des melatoninergen (via Pgc-1α) Systems an der circadianen Regulation der Genexpression der Retina nachgewiesen werden. Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit eine zentrale Rolle der Genregulation in der Uhren-, Melatonin- und Dopamin-abhängigen Adaptation der Retina.
The retina of mammals and its photoreceptor cells are able to adapt to the daily changes in ambient illumination. The adaptation includes the morphology of the photoreceptor cell, the visual transduction and the energy metabolism of the retina. It is controlled by retinal clocks/oscillators which are synchronized by external lighting conditions. The clock-controlled adaptation of retina and photoreceptor cells to daily changes is regulated by the neuromodulators melatonin and dopamine. Oscillators within the amacrine cells drive the dopamine synthesis while oscillators within the photoreceptor cells control the melatonin synthesis. The effect of dopamine is regulated via dopamine-D4-receptors which can be found within rods, amongst others. Melatonin functions via melatonin receptors MT1 and MT2 which are located within rods and retinal ganglion cells. Melatonin and dopamine have antagonistic roles controlling the retinal functions: the release of melatonin is elevated during the night and enables dark adaptation while dopamine levels are elevated during the day and mediate adaptation to daylight. The aim of this study was to gain a better understanding of daily adaptation of gene expression of the retina and photoreceptor cells. Rats and mice were used as animal models within this study. Using microarray analysis and qPCR it could be demonstrated that the daily regulation of photoreceptor cells comprises genes involved in phototransduction (e.g. Grk1), energy metabolism (e.g. Pgc-1α, Esrrβ), the regulation of transcription (e.g. Pgc-1α, Rorβ) and cell proliferation processes (e.g. Atf3). Furthermore it could be observed that daily regulation of gene expression within the retina is substantially controlled by the circadian clock (e.g. Adra1b, Pde8a). Using gene-deficient mouse models (Drd4-/-, MT1-/-) a participation of the dopaminergic (via Nr4a1) and the melatonergic (via Pgc-1α) systems in circadian regulation of gene expression in the retina could be shown. Taken together the present study proves a central role of gene regulation in the clock-, melatonin- and dopamine-controlled adaptation of the retina.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 04 Medizin
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4576
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: X, 34 Seiten, 17 Blätter
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