Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Augenzellen ihre Verbindungen neu verdrahten, wenn der Sehverlust beginnt

Wissenschaftler am Jules Stein Eye Institute der David Geffen School of Medicine an der UCLA haben entdeckt, dass sich bestimmte Netzhautzellen selbst umprogrammieren können, wenn bei Retinitis pigmentosa, einer erblichen Augenkrankheit, die zu fortschreitender Erblindung führt, die Sehkraft nachlässt.

In einer Studie an Mäusen fanden die Forscher heraus, dass Stäbchen-Bipolarzellen – Neuronen, die typischerweise Signale von Stäbchen empfangen, die das Nachtsehen vermitteln – neue funktionelle Verbindungen mit Zapfen, die das Tagessehen vermitteln, bilden können, wenn ihre üblichen Partnerzellen nicht mehr funktionieren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Retinitis pigmentosa betrifft Millionen von Menschen weltweit und ist eine der Hauptursachen für erbliche Blindheit. Obwohl die Krankheit oft langsam fortschreitet und manche Patienten bis ins mittlere Alter ein gutes Sehvermögen behalten, ist wenig darüber bekannt, wie sich die Netzhaut an den Zellverlust anpasst. Das Verständnis dieser natürlichen Anpassungen könnte dazu beitragen, neue Ansatzpunkte für sehkrafterhaltende Therapien zu identifizieren.

Die Wissenschaftler verwendeten Mäuse mit einem Knockout-Gen für Rhodopsin, das das Frühstadium der Retinitis pigmentosa modelliert, in dem die Stäbchen nicht auf Licht reagieren und die Degeneration langsam voranschreitet. Sie führten elektrische Messungen an einzelnen bipolaren Stäbchenzellen durch, um zu beobachten, wie sich diese Zellen verhalten, wenn ihre normalen Signale verloren gehen.

Das Team verwendete auch andere Mausmodelle, denen verschiedene Komponenten des Stäbchen-Signalsystems fehlten, um herauszufinden, was den Neuverdrahtungsprozess auslöst. Ihre Ergebnisse auf Einzelzellebene wurden durch Messungen der elektrischen Aktivität in der gesamten Netzhaut bestätigt.

Bei Mäusen mit Stäbchendegeneration zeigten die bipolaren Stäbchenzellen starke Reaktionen, die von Signalen der Zapfen und nicht von deren üblichen Quellen ausgelöst wurden. Diese neuen Verbindungen zeigten die charakteristische elektrische Signatur von Zapfensignalen.

Die Neuverdrahtung trat nur bei Mäusen mit Stäbchendegeneration auf und wurde in anderen Modellen, bei denen die Stäbchen zwar nicht auf Licht reagierten, die Zellen selbst aber nicht abstarben, nicht beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die Neuverdrahtung neuronaler Verbindungen durch den Degenerationsprozess selbst ausgelöst wird und nicht einfach durch das Fehlen von Lichtsignalen oder die Zerstörung von Synapsen.

Diese Ergebnisse ergänzen eine Studie derselben Gruppe aus dem Jahr 2023, die zeigte, dass einzelne Zapfen auch nach schweren strukturellen Veränderungen im Spätstadium der Erkrankung funktionsfähig bleiben können. Zusammengenommen zeigen diese Studien, dass die Netzhaut in verschiedenen Stadien des Krankheitsverlaufs unterschiedliche Anpassungsmechanismen nutzt.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich die Netzhaut an den Verlust der Stäbchen anpasst, indem sie versucht, die Empfindlichkeit gegenüber Tageslicht zu erhalten“, sagte der Hauptautor AP Sampat, PhD, vom Jules Stein Institute.

Wenn die normalen Verbindungen zwischen den bipolaren Stäbchenzellen und den Stäbchen verloren gehen, können sich diese Zellen neu verdrahten, um Signale von den Zapfen zu empfangen. Es scheint, dass das Signal für diese Plastizität die Degeneration selbst ist, möglicherweise durch die Rolle von Glia-Stützzellen oder von Faktoren, die von sterbenden Zellen freigesetzt werden.

Eine offene Frage ist, ob diese Neuverdrahtung ein allgemeiner Mechanismus der Netzhaut ist, der beim Absterben der Stäbchen auftritt. Das Team untersucht diesen Prozess nun an anderen mutierten Mäusen mit Defekten im Rhodopsin und anderen Stäbchenproteinen, die beim Menschen bekanntermaßen Retinitis pigmentosa verursachen.