Das axonale Regenerationspotential von Purkinje-Zellen in organotypischen Gewebekulturen des Kleinhirns
Die Purkinje-Zellen des Kleinhirns gehören zu den Nervenzellen im adulten ZNS, die eine Schädigung ihrer Nervenfasern in vivo normalerweise gut überleben, aber niemals eine spontane Regenerationsantwort oder gar eine Reinnervation ihrer Zielzellen zeigen. Um die Eigenschaften dieses Nervenzelltyps nach einer Axotomie besser zu untersuchen, wurden organotypische Gewebekulturen des Kleinhirns von Maus und Ratte als in vitro-Läsionsmodell etabliert und die Reaktion der Purkinje-Zellen und ihrer Axone nach Verletzung analysiert. Der Vergleich von reifen Gewebekulturen mit Befunden zum adulten Kleinhirn in vivo zeigte übereinstimmend ein Überleben der Purkinje-Zellen nach einer Läsion aber keine Sprossungs- oder Regenerationsantwort ihrer Axone. Weitere "organotypische" Eigenschaften wie Organisation und Morphologie der Schnittkulturen bestätigten die Eignung dieses in vitro-Modells für Untersuchungen zum axonalen Regenerationspotential der Purkinje-Zellen. Es konnte festgestellt werden, dass die Regenerationsfähigkeit der Purkinje-Zellfasern mit zunehmendem postnatalen Alter des Kleinhirns bzw. mit längerer Kultivierung in vitro innerhalb eines relativ schmalen Zeitfensters (P5-7 bzw. DIV4-6) endet. Die früh postnatale Wachstumskapazität unreifer Purkinje-Zellen korrelierte dabei mit der Expression des wachstumsassoziierten Proteins CAP23 in den auswachsenden Nervenfortsätzen. Daneben konnte nachgewiesen werden, dass andere Nervenfaserpopulationen des Kleinhirns sowohl im unreifen als auch im reifen Gewebe das Potential besitzen, über eine mechanische Läsion zu wachsen. Der Versuch einer extrinsischen Stimulation der Regenerationsantwort durch verschiedene experimentelle Ansätze blieb ohne Erfolg. Weder durch die Mikrotransplantation primärer Schwann-Zellen noch olfaktorischer Hüllzellen in die Läsionsstelle konnte das Regenerationsvermögen reifer Purkinje-Zellaxone in Gewebekulturen wesentlich gesteigert werden; lediglich eine schwache Sprossungsantwort der lädierten Axone war damit zu erzielen. Obwohl die Ergebnisse nicht zum erwünschten Ziel der Regeneration von Purkinje-Zellaxonen führten, konnten durch die verschiedenen Untersuchungen wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Die axonale Regeneration anderer Kleinhirnnervenzellen in reifen Gewebekulturen nach Verletzung spricht gegen die Annahme einer hemmenden Läsionsbarriere des Narbengewebes durch reaktive Gliazellen und anderer inhibitorischer Moleküle. Die gleichfalls fehlende Regenerationsantwort nach Mikrotransplantation mit einem permissiven und neurotrophen Gliasubstrat spricht vielmehr für die Annahme, dass der Verlust der Regenerationsfähigkeit reifer Purkinje-Zellen auf den Mangel an intrinsischen Determinanten des axonalen Wachstums zurückzuführen sein könnte. Dabei scheint eine mässig starke Expression eines wachstumsassoziierten Proteins wie CAP23 allein nicht zur Induktion axonalen Wachstums auszureichen. Möglicherweise lässt sich aber durch die Kombination verschiedener wachstumsfördernder Moleküle in einer relativ hohen Konzentration eine Induktion der Regenerationsfähigkeit reifer Purkinje-Zellaxone erzielen. Die in der vorliegenden Dissertationsarbeit erzielten Ergebnisse ergänzen die bisherigen Befunde zum axonalen Regenerationspotenzial von Purkinje-Zellfasern im Kleinhirn nach einer Verletzung. Durch weitere Untersuchungen der Mechanismen, die für das axonale Wachstumspotenzial unreifer Purkinje-Zellen bzw. für den Verlust der Regenerationsfähigkeit reifer Purkinje-Zellfasern verantwortlich sind, lassen sich sehr wahrscheinlich auch wichtige Erkenntnisse über die Prozesse gewinnen, die allgemein zu einem Wachstum von Axonen führen und damit künftig auch die Regeneration adulter Nervenzellfasern verschiedener ZNS-Regionen nach einer Verletzung ermöglichen könnte.
Purkinje cell, cerebellum, axonal regeneration, injury
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