Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4239
Mataruga, Anja
Licht- und elektronenmikroskopische Analyse von Bipolarzellen in der Mausretina
XII, 135 S., 2007
Die Retina enthält zwei Typen von Photorezeptoren, Stäbchen und Zapfen, sowie ein
neuronales Netzwerk, in dem die Information der Photorezeptoren verarbeitet wird. Lange
wurde angenommen, dass die Signale der beiden Photorezeptortypen in der Säugetierretina
durch unterschiedliche Bipolarzellen weitergeleitet werden. In den letzten Jahren mehrten sich
Hinweise, dass es auch im Säuger Bipolarzellen gibt, die sowohl Zapfen als auch Stäbchen
kontaktieren ("alternativer Stäbchenweg"). In dieser Arbeit wurden mit anatomischen
Methoden Zelltypen identifiziert, die am alternativen Stäbchenweg der Mausretina beteiligt
sind. Zu diesem Zweck wurden Zelltypen in vertikalen Retinaschnitten und in
Ganzretinapräparaten selektiv durch verschiedene Antikörper immunhistochemisch angefärbt
und mittels konfokaler Laserscanning Mikroskopie ausgewertet. Synaptische Verbindungen
wurden auf der Ebene der Elektronenmikroskopie analysiert. Es wurden zwei OFFBipolarzelltypen
identifiziert, die sowohl an Zapfen- als auch an Stäbchenendfüßen flache
Kontakte ausbilden und deren Axonterminalsysteme in Sublamina 2 der inneren plexiformen
Schicht stratifizieren. Die Zellen wurden als Typ3a- und Typ3b-Zapfenbipolarzellen
identifiziert. Typ3b-Zapfenbipolarzellen werden im Rahmen dieser Arbeit erstmalig als neuer
Zelltyp in der Mausretina beschrieben. Schließlich wurde ein Ganglienzelltyp beschrieben,
dessen Dendriten mit den Axonterminalsystemen der Typ3-Bipolarzellen kostratifizieren.
Dieser Zelltyp könnte postsynaptisch zu Typ3-Bipolarzellen sein und als Ausgabeneuron des
alternativen Stäbchenwegs dienen.
Für die immunhistochemische Darstellung der Bipolar- und Ganglienzellen wurden unter
anderem Antikörper gegen hyperpolarisationsaktivierte und zyklisch Nukleotid-gesteuerte
Ionenkanäle (HCN-Kanäle) benutzt. Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit polyklonale und
monoklonale Antikörper hergestellt und mittels Westernblotanalyse, Immunhistochemie und
Immuncytochemie charakterisiert.
Die Expression der vier verschiedenen HCN-Kanalisoformen HCN1 - 4 wurde in der adulten
Mausretina, aber auch an Retinae definierter postnataler Stadien immunhistochemisch
untersucht. Die vier Isoformen sind differentiell in fast allen Zellklassen der Retina
exprimiert. HCN-Kanäle sind bereits zu Zeitpunkten in der Retinaentwicklung nachzuweisen,
zu denen noch keine visuelle Information verarbeitet wird. HCN1 wird z. B. bereits am Tag
der Geburt (P0) in sich entwickelnden Photorezeptoren gefunden. Bipolarzellen und
Ganglienzellen exprimieren HCN-Kanäle erst in der zweiten Postnatalwoche.
In the mammalian retina, the light response of the photoreceptors (rods and cones) is
processed by an elaborate neuronal network. For many years it has been thought that in the
mammalian retina rod and cone signals are relayed by different types of bipolar cells. Since a
few years, however, there is strong evidence that in the mammalian retina certain cone bipolar
cells receive input from both rods and cones and thus provide for the so called “alternative
pathway” of rod photoreceptors. In the present study, cell types were identified that provide
for this alternative rod pathway. For these purposes vertical sections and wholemount
preparations of the mouse retina were immunohistochemically processed and the labelled cell
types were analyzed by confocal laser scanning microscopy. Synaptic connections were
confirmed by electron microscopy. Two OFF-bipolar cell types were identified, that form flat
contacts to rod and cone endfeet and whose axon terminals stratify within sublamina 2 of the
inner plexiform layer. These cells were identified as type 3a- and type 3b-cone bipolar cells.
In this study type 3b-cone bipolar cells are described for the first time. Additionally a
ganglion cell type was identified whose dendrites co-stratify with the axon terminals of type
3-cone bipolar cells. This ganglion cell type might be postsynaptic to type 3 cells and thus
could serve as an output neuron of the alternative rod pathway.
For the immunohistochemical labeling of bipolar and ganglion cell types antibodies against
hyperpolarization-activated and cyclic nucleotide-gated channels (HCN-channels) were used.
For these purposes polyclonal and monoclonal antibodies were generated and characterized
immunohistochemically and immunocytochemically as well as by Western blot analysis. The
expression patterns of the four different HCN-channel isoforms HCN1 - 4 were analyzed in
the adult mouse retina as well as in defined postnatal states by immunohistochemical
methods. All four HCN-isoforms are differentially expressed in the adult retina. HCNchannels
can already be detected at a developmental state when no light responses can be
generated. In the developing photoreceptor cells HCN1 is expressed at the day of birth (P0).
In bipolar cells and ganglion cells HCN-channels can be found in the second postnatal week.
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