Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4201
Knop, Gabriel
Untersuchungen zur Funktion von HCN1-Kanälen in der Signalverarbeitung der Retina
125 S., 2006

Ziel der vorliegenden Arbeit war, Erkenntnisse über die Funktion von HCN1-Kanälen (hyperpolarisation-activated and cyclic nucleotide-gated) in der retinalen Signalverarbeitung zu gewinnen. Dazu stand eine transgene Mauslinie zur Verfügung, deren HCN1-Kanäle genetisch ausgeschaltet worden waren („HCN1-Knock-out“, HCN1 -/-).
Mit immunhistochemischen Methoden wurde das Expressionsmuster von HCN-Kanälen in Retinae von Knock-out- und Wildtyp-Tieren untersucht. Die Analyse ergab, dass HCN1 die dominierende Isoform in der Retina ist und besonders in Photorezeptoren exprimiert wird. Die anderen Isoformen HCN2-4 sind schwächer exprimiert. Es wurden keine Unterschiede im Expressionsmuster und Expressionsniveau dieser drei Isoformen zwischen Retinae von HCN1-Knock-out- und Wildtyp-Mäusen gefunden.
Retinale Lichtantworten wurden mit zwei Methoden abgeleitet und zwischen Wildtyp und Knock-out verglichen. In einem systemischen Ansatz wurden Elektroretinogramme (ERGs) abgeleitet. Bei dem Vergleich zwischen Wildtyp und Knock-out wurde besonderes Augenmerk auf die Länge der B-Welle und auf die Frequenzübertragung bei Blitzfolgen gelegt. Sowohl unter skotopischen (Stäbchen-ERG) als auch unter photopischen (Zapfen- ERG) Bedingungen wurden bei Reizen geringer Intensität kaum Veränderungen der B-Welle bzw. der Frequenzübertragung im ERG des Knock-out gefunden. Erst bei hohen Lichtintensitäten war die B-Welle deutlich verlängert und eine dramatische Verschlechterung der Frequenzübertragung wurde beobachtet.
In weiteren Untersuchungen wurden retinale Ganglienzellen in vitro abgeleitet. Erste Messungen zeigten, dass die Defizite, die im ERG des HCN1-Knock-outs beobachtet wurden, auch in den Ganglienzellen zum tragen kamen. Sowohl im ON- als auch im OFF-Kanal der retinalen Signalverarbeitung scheint die Frequenzübertragung verschlechtert zu sein. Vertebratenphotorezeptoren zeigen eine hyperpolarisierende Lichtantwort. Im Wildtyp werden HCN1-Kanäle während der Hyperpolarisation aktiviert und wirken durch eine Depolarisation einer Sättigung der Lichtantwort entgegen. Im HCN1-Knock-out dagegen sättigen vermutlich die Lichtantworten. Diese Sättigung könnte zu einer Blockade der Weiterleitung von Lichtsignalen führen.
Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise auf eine bisher nicht beschriebene Funktion des HCN1-Kanals in der retinalen Signalverarbeitung.


The aim of the current study was to elucidate the function of HCN1-channels (hyperpolarisation-activated and cyclic nucleotide-gated) in retinal information processing. A transgenic mouse strain was employed, in which the gene encoding HCN1 had been knockedout by targeted deletion (HCN1-knock-out).
The expression of HCN-channels was studied by immunocytochemistry in retinae of both HCN1-knock-out-mice and wildtype-mice. Analysis revealed that HCN1 is the predominant isoform in wildtype-retinae. Isoforms HCN-2, HCN3 and HCN4 are expressed to a lesser extend. No noticeable differences are observed in the expression patterns and level of expression for these three isoforms between retinae of wildtype-mice and knock-out-mice. Retinal light responses recorded by two different methods were compared between wildtypemice and HCN1-knock-out-mice. Electroretinograms (ERGs) were recorded from anesthetized mice. The analysis focused on the length of the b-wave and on the frequency response during repetitive stimulation. In both scotopic (rod ERG) and photopic (cone ERG) conditions at low intensities neither the duration of the b-wave nor the frequency response of the HCN1-knock-out were significantly affected. At higher intensities, a lengthening of the bwave and a pronounced deficit in the frequency response was observed in the HCN1-knockout.
In a second approach, light responses of retinal ganglion cells were recorded in vitro in the whole-cell-mode of the patch clamp-technique. First results show that the deficit observed in the ERG´s frequency response is also present on the level of individual ganglion cells. Frequency transmission is reduced in both ON- and OFF-ganglion cells of the HCN1-knockout- mouse.
Vertebrate photoreceptors show a hyperpolarising light response. In wildtype, HCN-channels become activated during hyperpolarisation. The depolarisation induced by HCN-channel activation counteracts the saturation of the photoreceptor light response in bright light. In contrast, in the knock-out light responses in the rod-system might saturate. This saturation might block signal transmission in both ON- and OFF-pathway. These results point towards a new function for HCN1-channels in retinal signal processing.

Neuerscheinungen

Schriften des Forschungszentrums Jülich

Ihre Ansprechperson

Heike Lexis
+49 2461 61-5367
zb-publikation@fz-juelich.de

Letzte Änderung: 07.06.2022