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.
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