Morphologie der Tanycyten und die Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle wird durch die Photoperiode reguliert

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1 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 217 Morphologie der Tanycyten und die Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle wird durch die Photoperiode reguliert Matei BOLBOREA (Aberdeen), Stephan STEiNLECHNER (Hannover), Paul PéVET und Paul klosen (Strasbourg) Mit 5 Abbildungen 1. Einleitung Säugetiere mit saisonaler Fortpflanzung synchronisieren mit Hilfe der Photoperiode die Physiologie ihrer Reproduktionsorgane über die nächtliche Freisetzung des Pinealhormons Melatonin. Bisher ist jedoch der genaue Wirkort von Melatonin zur kontrolle der Reproduktion unbekannt. Der Dsungarische Hamster (Phodopus sungorus) zeigt durch die Photoperiode regulierte, saisonale Rhythmen u. a. im körpergewicht, Fellfarbe sowie Gonadengröße und - aktivität. in kurzer Photoperiode (d. h. im Herbst/Winter) werden die Gonaden klein und inaktiv, was zu einer Reduktion der zirkulierenden Steroidhormone und deren Rückwirkungen auf das Gehirn führt. Das Gehirn ist also saisonalen Schwankungen bezüglich des Melatonins und der Sexualhormone ausgesetzt. Tanyzyten sind spezialisierte Gliazellen in der Wand des 3. Ventrikels. Diese zellen senden ihre Fortsätze zu den Hirnhäuten und auch zu den Blutgefäßen des posterioren Hypothalamus. Sie kontrollieren dort den Durchtritt zirkulierender Hormone (z. B. Schildrüsenhormone) aus dem Blut in das Hirn. Darüber hinaus modulieren sie lokal die Freisetzung von GnRH in die Eminentia mediana (Abb. 1). Wir haben nachgewiesen, dass beim Dsungarischen Hamster die Tanyzyten saisonale änderungen in der Morphologie ihrer Fortsätze zeigen und postulieren daher, dass diese änderungen durch Melatonin oder die Rückkopplung durch die Sexualsteroide induziert werden. 217

2 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 218 Matei Bolborea, Stephan Steinlechner, Paul Pévet und Paul Klosen Abb. 1 Tanyzyten sind spezialisierte Gliazellen, deren Somata im Ependym des 3. Ventrikels liegen und die lange Fortsätze zu kapillaren des Hypothalamus und der Pars tuberalis ausbilden. Dort kontrollieren sie vermutlich die Freisetzung von Hormonen aus hypothalamischen, neuroendokrinen Neuronen. 2. Methoden Mit Hilfe immunhistochemischer Vimentin-Analysen wurden bei männlichen Dsungarischen Hamstern die Einflüsse von Photoperiode, Melatonin und Testosteron auf die Struktur der Tanyzyten untersucht. Da das neuronale zelladhäsionsmolekül NCAM und seine polysialisierte Form PSA-NCAM bekanntermaßen bei der strukturellen Plastizität eine Rolle spielen, wurde darüber hinaus deren Expression bestimmt. 3. Ergebnisse immunhistochemische Vimentin- als auch NCAM-Analysen zeigen, dass die Fortsätze der Tanyzyten in kurzer Photoperiode signifikant reduziert sind (Abb. 2). Diese Reduktion konnte durch exogenes Testosteron nicht rückgängig gemacht werden (ohne Abbildung). Die Tanyzyten und ihre Fortsätze enthalten in langen Photoperioden (Sommer, sexuell aktiv) große Mengen an NCAM, die in kurzer Photoperiode (Winter, sexuell inaktiv) verschwinden. Auch 218

3 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 219 Morphologie der Tanycyten und die Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle hier konnte eine Testosteron-Supplementierung in kurzer Photoperiode weder die Morphologie der Tanyzyten, noch das immunoreactive NCAM wiederherstellen (Abb. 3, 4). kastration der Hamster in langer Photoperiode hatte keinen Einfluss auf die Morphologie der Tanyzyten oder die Expression von NCAM (Abb. 3, 4). Allerdings konnte durch tägliche injektion von Melatonin die Wirkung der kurzen Photoperiode auf die Morphologie der Tanyzyten simuliert werden (Abb. 5). Abb. 2 immunhistologische Darstellung von Vimentin im Bereich des 3. Ventrikels (3V). Links bei einem Tier in langer Photoperiode, rechts bei einem Tier in kurzer Photoperiode gehalten. Dichte und Länge der Vimentin-positiven Fasern ist im kurztag signifikant reduziert. 219

4 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 220 Matei Bolborea, Stephan Steinlechner, Paul Pévet und Paul Klosen Abb. 3 Obere Reihe: immunhistochemie des neuronalen Adhäsionsmoleküls (NCAM) in den Tanyzyten bei je einem Tier in langer Photoperiode (LP), einem kastrierten Tier in langer Photoperiode (LPk) sowie einem kastrierten Tier mit Testosteronimplantat (LPkT). Untere Reihe: kurze Photoperiode (kp), kurze Photoperiode und kastriert (kpk) sowie kurze Photoperiode, kastriert und mit Testosteronimplantat (kpkt). 220

5 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 221 Morphologie der Tanycyten und die Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle Abb. 4 Densitometrische Quantifizierung der immunfärbung gegen NCAM bei je drei Tieren aus den in Abb. 3 gezeigten Gruppen. Es ist ausschließlich ein Effekt der Photoperiode sichtbar, während kastration sowie Einsatz von Testosteron durch implantate keine Effekte zeigen. Abb. 5 Bei Haltung von Hamstern in kurzer Photoperiode (kp) sinkt die immunreaktion gegen NCAM in den Tanyzyten signifikant gegenüber Tieren in langer Photoperiode (LP) ab. kastrierte Tiere in langer Photoperiode, die täglich mit Melatonin behandelt wurden (LPkM), unterscheiden sich signifikant von in langer Photoperiode (LP) gehaltenen kontrolltieren sowie kastrierten Tieren in langer Photoperiode, die nur Ringerlösung bekommen haben. Auch hier simuliert Melatonin die Wirkung kurzer Photoperioden. 4. Folgerungen Die saisonalen änderungen der Tanyzytenmorphologie sowie der Expression von NCAM scheinen hauptsächlich durch die photoperiodischen änderungen des Melatoningehaltes gesteuert zu sein. Ob Melatonin dabei direkt oder indirekt auf die Tanyzyten wirkt, bleibt zu untersuchen. 221

6 0646_Band114,Nr.389_Chronobiologie_Layout :50 Seite 222 Matei Bolborea, Stephan Steinlechner, Paul Pévet und Paul Klosen Matei BOLBOREA, Ph.D. Molecular Endocrinology Group The Rowett institute of Nutrition and Health University of Aberdeen Greenburn Road Aberdeen AB21 9SB Scotland Uk Tel.: Fax: mateibolborea@gmail.com 222