Untersuchungen zum Einfluss von Fibroblastenwachstumsfaktoren auf die elektrischen Signale retinaler Stäbchen

Abstract

Eine Behandlung der Retina mit Fibroblastenwachstumsfaktoren kann die Photorezeptoren vor degenerativen Prozessen, die durch Erbkrankheiten oder Licht ausgelöst werden, schützen. Über die dieser Schutzfunktion zugrundliegenden physiologischen Mechanismen der Wachstumsfaktoren in den Lichtsinneszellen ist aber nur sehr wenig bekannt. Wir haben daher mit der von Neher und Sakmann entwickelten Patch-clamp-Technik die Effekte von Fibroblastenwachstumsfaktoren allein und zusammen mit verschiedenen Aktivatoren und Inhibitoren der Stickoxidsynthase auf die elektrischen Signale isolierter Photorezeptoren aus der Netzhaut dunkeladaptierter Grasfrösche (Rana temporaria) untersucht. Alle Substanzen wurden intrazellulär durch die Ganz-Zell-Ableitpipette appliziert und gleichzeitig wurde die Membranspannung der Zellen kontinuierlich registriert. Während dieser Form der Ableitung wird die Funktion der Photorezeptorzellen durch den Austausch von Substanzen durch Diffusion zwischen Zelle und Ableitpipette beeinflusst. Da das Membranpotenzial in den Photorezeptoren direkt durch die intrazelluläre Konzentration des cGMP bestimmt wird, lassen sich aus der Membranspannung Rückschlüsse auf die Modifikation im Zellstoffwechsel ablaufender Prozesse durch zusätzlich eingebrachte Substanzen ziehen. Der cGMP-Umsatz wird in den Photorezeptoren durch verschiedene andere Botenstoffe wie Kalzium und Stickoxid beeinflusst. Unter Kontrollbedingungen mit einem einfachen Pipettenmedium ohne cGMP wird der diffusionsbedingte Nukleotidverlust durch eine langsame Hyperpolarisation des Membranpotenzials und eine Verlängerung der Lichtantworten widergespiegelt. Werden Fibroblastenwachstumsfaktoren zu dem Pipettenmedium hinzugefügt, so wurde der Zeitverlauf dieser Hyperpolarisation beschleunigt und die Verlängerung der Lichtantworten wurde verstärkt. Durch die Addition von NADPH oder L-Arginin zum Pipettenmedium konnte eine Depolarisation des Membranpotenzials und eine Verkürzung der Lichtantworten erzielt werden, die vermutlich auf einer Aktivierung der NO-Synthase beruhen. Diese Effekte wurden durch die gleichzeitige Applikation von NO-Synthase-Inhibitoren ebenso wie durch Fibroblastenwachstumsfaktoren aufgehoben. Die Wirkung der Fibroblastenwachstumsfaktoren entspricht damit insgesamt den Wirkungen von Stickoxidsynthaseinhibitoren. Fibroblastenwachstumsfaktoren hatten keine Wirkung, wenn sie zusammen mit dem Kalziumchelatbildner EGTA appliziert wurden. Daraus kann geschlossen werden, dass eine Erhöhung des intrazellulären Kalziumpegels durch die Fibroblastenwachstumsfaktoren als Regulationsmechanismus für die Stickoxid-synthase in Betracht gezogen werden kann. Es ist daher möglich, dass die Effekte von Fibroblastenwachstumsfaktoren unter anderem auch auf einer Hemmung der Stickoxidsynthase in den Photorezeptoren beruhen kann. Da Stickoxid neben seiner Rolle als Botenmolekül auch zytotoxisch wirkt, kann die Hemmung einer möglicherweise überaktivierten Stickoxidsynthase auch zu den protektiven Wirkungen von Fibroblastenwachstumsfaktoren bei degenerativen Prozessen in der Retina beitragen. A treatment of the retina with Fibroblast-growth-factors, can protect the photoreceptors from degenerative processes, due to genetic diseaseses or light. Although there is little known about the physiological mechanism of the growth factor within the sense of light cells, inhabitating this protectional function. Therefore we have examined the effects of Fibroblast-growth-factors allone and together with different activators and inhibitors of nitrogenoxidesynthase, the electrical signals of isolated photoreceptors out of the retina of dark adapted gras frog´s, with the Patch-clamp-technique developed by Neher and Sakmann.All substances have been applied intacellular through the whole-cell-revulsion-pipette and at the same time the tension of the membrane of the cells has been continously registered. During this form of revulsion the function of the photoreceptorcells through the exchange of substances through diffusion between cell and revulsion-pipette is influenced. Due to the potential of the membrane within the photoreceptors determined directly through the intracellular concentration of cGMP, conclusions out of the tension of the membrane towards the modification within cell metabolism running processes through additional retrieved substances are drawn. The cGMP-turnover is influenced in the photoreceptors through different other transmitters like calcium and nitrogen- oxide.Under terms of controlling with a simple pipette-medium without cGMP, the diffusion conditional loss of nucleotid through a slowly hyperpolarisation of membrane-potential and a prolonging of answers to light has been reflected. Are there Fibroblast-groth-factors added to the pipette-medium, the run of time of this hyperpolarisation has been accelerated and the prolonging of answers to light was increased. Through the addition of NADPH or L-Arginin to the pipette-medium a depolarisation of the membrane-potential and a shortening to the answers to light could be reached, which is evantually based on an activating of NO-synthase. These effects have been neutralized through the simultaneous application of NO-synthase-inhibitors as well as through Fibroblast-growth-factors. The effect of Fibroblast-growth-factors corresponds therefore to the results of nitrogenoxidesynthase-inhibitors.Fibroblast-growth-factors had no effect, if applied with the calcium-chelat-builder EGTA. Therefore we can result that an increase of intracellular calcium through Fibroblast-growth-factors as a regulational mechanism for the nitrogenoxide-synthase, can be taken into consideration. That is why it is possible that the effects of Fibroblast-growth-factors might result, among other reasons, in a obstruction of nitrogenoxidesynthase in the photoreceptors. Because nitrogenoxide reacts, beside his role as a transmitter, also cytotoxic, the obstruction of a possible hyperactiv nitrogenoxidesynthase might contribute also to the protective effects of Fibroblast-growth-factors in degenerative processes within the retina.