Vergleichende Untersuchung über das Vorkommen von Aquaporin-4 und Aquaporin-11 im Gehirn von Hund, Rind, Schaf, Schwein und Vogel

Der Transport von Wasser ist für alle physiologische Vorgänge im Körper von essentieller Bedeutung und die Homöostase wird durch Osmoregulation in allen Geweben und Zelltypen ausbalanciert. Aufgrund der starren knöchernen Begrenzung durch die Schädelknochen gilt der regulierte Wassertransport im Besonderen für das Zentrale Nerven System (ZNS) als wichtig, da Volumenänderungen durch Änderungen des Flüssigkeitshaushalts hier nur bedingt kompensiert werden können. Der pathologische Zustand des Hydrozephalus, bei dem es zu einer gesteigerten Ansammlung von Liquor cerebrospinalis (CSF) kommt, ist eine der häufigsten kongenitalen Missbildungen des ZNS beim Hund, von der insbesondere brachyzephale Rassen betroffen sind. Die derzeitige Therapieoption der Wahl ist die Implantation eines ventrikulo-peritonealen Shunts. Diese Maßnahme ist jedoch komplikationsbehaftet und kommt aufgrund der Operationsrisiken nicht für alle Patienten, vor allem nicht für Neonaten in Frage. Im Zentrum der Hydrozephalus-Forschung steht daher seit Langem die Suche nach einer geeigneten pharmakologischen Zielstruktur, deren Beeinflussung eine medikamentöse, nicht-invasive Therapie des Hydrozephalus ermöglicht. Aquaporine (AQP) sind als wasserdurchlässige Poren im Gehirn in verschiedenen Zelltypen exprimiert und daher Gegenstand vieler Forschungsvorhaben für dieses Ziel. In experimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass sie einen transependymalen Flüssigkeitstransport des CSF ermöglichen und dass ihre Expression in verschiedenen pathologischen Zuständen des ZNS wie beispielsweise Hirnödemen adaptiv reguliert wird. Die Regulation der AQPs und somit des Flüssigkeitstransports im Gehirn kann daher eine mögliche Variante einer medikamentenbasierten Hydrozephalus-Therapie bedeuten. Da AQPs auch an anderen neuroplastischen Vorgängen wie zum Beispiel der glialen Narbenentstehung sowie bei neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind relevante Forschungsergebnisse über die Hydrozephalus-Forschung hinaus von Bedeutung. Trotz intensiver Forschung sind bis heute noch nicht alle Expressionsmuster, Funktionen und Regulationsmechanismen der AQP identifiziert.
In dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, wie die AQP4-Verteilung im Gehirn in anderen als den üblichen Laborspezies (Nagetiere) ist und ob ein altersabhängiges Auftreten nachgewiesen werden kann, wie es wie es bereits in früheren Studien bei Ratten beschrieben wurde.
Für AQP11 als relativ junger Vertreter in der Gruppe der AQPs sollte methodisch ein immunhistochemisches Untersuchungsprotokoll etabliert werden. Für die Etablierung dieses Protokolls waren einige Vortests erforderlich anhand derer ermittelt werden konnte, welche Antikörperverdünnung und Zugabe von Detergentien und Ko-Marker sinnvoll ist. Nach der Etablierung der entsprechenden Parameter sollte untersucht werden, ob dieses hochkonservierte Protein in den Hirngeweben der Spezies Hund, Rind, Schaf, Schwein und Vogel mit dem verwendeten polyklonalen Antikörper nachgewiesen werden kann. Methodisch erfolgte die Untersuchung von Proben aus dem Groß- und Kleinhirn mittels indirekter Immunfluoreszenz. Hierbei war vor allem die Grenze zwischen Parenchym und Ventrikel von Interesse. Darüber hinaus sollte in dieser Arbeit untersucht werden, welche Art von Hirnproben sich für die genannten Untersuchungen besonders eignen (frisch-gefroren, Kurzzeit fixiert, Langzeit fixiert), um das Untersuchungsprotokoll für die Zukunft zu vereinheitlichen und möglichst vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
Der Nachweis von AQP4 am Ependym konnte in den Spezies Hund, Rind und Schaf erfolgreich und im Schwein bedingt durchgeführt werden. Im Vogelgehirn konnte kein spezifisches AQP4-Signal beobachtet werden. Der Vergleich von frischen und in Formalin fixierten Proben bestätigte, dass frische Proben (kurze Postfixation mit Formalin) am besten für eine immunhistochemische Untersuchung geeignet sind. Länger Formalin fixierte Proben sind für diese sensitive Nachweismethode weniger oder ungeeignet. Für die Bestimmung der genauen Altersgrenze der beginnenden Expression von AQP4 und der damit einhergehenden Möglichkeit zur therapeutischen Beeinflussung standen nur Langzeit/Formalin fixierte Proben zur Verfügung. Dementsprechend konnte die Frage mit den in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnissen nicht abschließend beantwortet werden. Lediglich konnte eingegrenzt werden, dass eine sicher nachweisbare AQP4 Expression im Ventrikel und im Kleinhirn beim Hund ab einem Alter von 2 Tagen post partum möglich ist. Die Langzeit fixierten Proben des Rindes (Ventrikel und Kleinhirn) erlaubten keine nähere Eingrenzung der altersabhänigen AQP4-Expression, allerdings konnte AQP4 in den frischen Proben des 6 Wochen alten Galloway Rind sicher nachgewiesen werden.
AQP11 konnte in den Spezies Schwein, Schaf und Hund nachgewiesen werden; jedoch nicht in den Gewebeproben von Rind und Vogel. Möglicherweise kann in weiteren Untersuchungen der eingesetzte Antikörper oder Marker zur Kolokalisation optimiert werden, um die Qualität der Bildergebnisse zu verbessern.
Da AQPs in vielerlei Hinsicht für physiologische und pathologische Prozesse im ZNS bedeutsam sind, haben die untersuchten Proben das Potenzial, als Modelle nicht nur für tier-, sondern auch humanmedizinische Analysen zu dienen.