Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

die funktionsweise
der netzhaut
Neue Erkenntnisse durch die Systembiologie
von Stephan Meding und Axel Walch
Trotz jahrzehntelanger Erforschung der Netzhaut,
dem für das Sehen verantwortlichen Teil des Auges,
wissen wir bis heute wenig über ihre Funktionsweise.
Daher gibt es nur wenige, theoretische Modelle zu ihrer
Funktionsweise, die zudem nicht auf Experimenten,
die das intakte Gewebe betrachten, beruhen.
Der Verbund „IMAGING – Multimodale proteomische
Bildgebung: Zugang zur Biomedizinischen Systembiologie
von Geweben“ hat das Ziel, die Netzhaut als
Modellsystem gewebsbasiert in vitro und in vivo zu
beschreiben. Dabei wird die Schichtstruktur der
Netzhaut zur Entwicklung und Verknüpfung neuer,
bildgebender Methoden für die systembiologische
Beschreibung komplexer Gewebszustände genutzt.
Diese innovativen Methoden werden durch automatisierte
Bildanalyse unterstützt.
In den letzten gut hundert Jahren wurde die Netzhaut detailliert
beschrieben, ihr Aufbau, ihre zellulären Bestandteile, die Funktionen
der einzelnen Zelltypen und deren Wechselspiel. Dennoch
können solch scheinbar einfache, alltägliche Prozesse wie die Anpassung
an die Lichtintensität, die Hell- und Dunkeladaptation,
nicht auf Ebene des Gewebes beschrieben werden. Zwar sind die
einzelnen biochemischen Prozesse erforscht, aber der Gesamtzusammenhang
ist bis heute nicht verstanden.
Die Adaptation der Netzhaut – Ein ideales Modell für
die Systembiologie
Die Netzhaut ist für die Umwandlung von Licht in Nervensignale
und die korrekte Weiterleitung an das Gehirn verantwortlich. Die
klare Schichtstruktur der Netzhaut macht sie zu einem idealen
Forschungsobjekt und Modellsystem für die Entwicklung neuer
gewebsbasierter Ansätze in der Systembiologie. In der Stäbchenund
Zapfenschicht findet die Umwandlung von Licht in Nervensignale
statt, darüber liegen mehrere Schichten, die für die
Signalverschaltung und die Weiterleitung ans Gehirn zuständig
sind (Abb. 1). Die Adaptation findet hauptsächlich in der Stäbchen-
und Zapfenschicht statt.
Es gibt viele Limitierungen, die es bisher erschwert haben, die
Hell- und Dunkeladaptation auf der Ebene des Gewebes zu verstehen.
Vor allem die für diese Fragestellung nur eingeschränkt
Abbildung 1: Die Netzhaut
Bild: Institut für Pathologie, Helmholtz Zentrum München
Durchlichtmikroskopische (links) und fluoreszenzmikroskopische Aufnahme (rechts) einer Netzhaut. Die einzelnen Schichten der Retina sind deutlich zu
erkennen. Die klare Schichtstruktur macht die Netzhaut zu einem idealen Modellsystem für systembiologische Gewebeanalysen. (GS: Ganglienzellschicht,
IP: Innere plexiforme Schicht, IK: Innere Körnerschicht, ÄP: Äußere plexiforme Schicht, ÄK: Äußere Körnerschicht, SZ: Stäbchen und Zapfenschicht - Hauptort
der Adaptation).
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