Cross-Inhibition of Norrin and TGF-beta Signaling Modulates Development of Retinal and Choroidal Vasculature

PURPOSE. Norrin is essential for the formation of the retinal vasculature during development and promotes its repair after damage via activation of Wnt/beta-catenin signaling. Since retinal TGF-beta signaling has essentially opposite effects on the retinal vasculature we investigated if and how Norrin inhibits TGF-beta signaling, and vice versa. METHODS. Eyes from transgenic mice with an overexpression of Norrin (beta Bl-Norrin) and/or active TGF-beta (beta B1-TGF-beta 1) in the lens were generated and analyzed by light microscopy, immunohistochemistry, and TUNEL. Further on, protein as well as mRNA levels were investigated by Western blot analyses and real-time RT-PCR, respectively. RESULTS. In beta B1-TGF-beta l mice, the lack of retinal vascular development and choriocapillaris maintenance was rescued when transgenic Norrin was additionally overexpressed in the eye. In addition, retinal Wnt/beta-catenin signaling and the levels of SMAD7, an inhibitor of the canonical TGF-beta pathway, were substantially suppressed in retinae of beta B1-TGF-beta 1 mice. In contrast, Norrin normalized Wnt/beta-catenin signaling and SMAD7 levels in double transgenic mice. Moreover, in retinae of beta B1-TGF-beta 1 mice, the amounts of phosphorylated SMAD3, a downstream mediator of TGF-beta signaling, were increased compared to those of beta B1-Norrin/ beta B1-TGF-beta 1 mice. In vitro, Norrin substantially reduced the TGF-beta-mediated induction of target genes, an effect that was blocked by Dickkopf-1, a specific inhibitor of Wnt/beta-catenin signaling. CONCULSIONS. High amounts of TGF-beta in the eye cause a substantial reduction in the activity of Wnt/beta-catenin signaling. This effect is inhibited in the presence of high amounts of Norrin, which further induce the expression of SMAD7 to inhibit TGF-beta signaling

Operationalizing multimorbidity and autonomy for health services research in aging populations - the OMAHA study

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>As part of a Berlin-based research consortium on health in old age, the OMAHA (Operationalizing Multimorbidity and Autonomy for Health Services Research in Aging Populations) study aims to develop a conceptual framework and a set of standardized instruments and indicators for continuous monitoring of multimorbidity and associated health care needs in the population 65 years and older.</p> <p>Methods/Design</p> <p>OMAHA is a longitudinal epidemiological study including a comprehensive assessment at baseline and at 12-month follow-up as well as brief intermediate telephone interviews at 6 and 18 months. In order to evaluate different sampling procedures and modes of data collection, the study is conducted in two different population-based samples of men and women aged 65 years and older. A geographically defined sample was recruited from an age and sex stratified random sample from the register of residents in Berlin-Mitte (Berlin OMAHA study cohort, n = 299) for assessment by face-to-face interview and examination. A larger nationwide sample (German OMAHA study cohort, n = 730) was recruited for assessment by telephone interview among participants in previous German Telephone Health Surveys. In both cohorts, we successfully applied a multi-dimensional set of instruments to assess multimorbidity, functional disability in daily life, autonomy, quality of life (QoL), health care services utilization, personal and social resources as well as socio-demographic and biographical context variables. Response rates considerably varied between the Berlin and German OMAHA study cohorts (22.8% vs. 59.7%), whereas completeness of follow-up at month 12 was comparably high in both cohorts (82.9% vs. 81.2%).</p> <p>Discussion</p> <p>The OMAHA study offers a wide spectrum of data concerning health, functioning, social involvement, psychological well-being, and cognitive capacity in community-dwelling older people in Germany. Results from the study will add to methodological and content-specific discourses on human resources for maintaining quality of life and autonomy throughout old age, even in the face of multiple health complaints.</p

Molekulare Charakterisierung der Funktion von Norrin in der Netzhaut des Säugetiers

Norrin, das Genprodukt des Norrie Disease Pseudoglioma (NDP) Gens, ist ein aus 133 Aminosäuren bestehendes sezerniertes Polypeptid. Mutationen des NDP-Gens sind assoziiert mit erblichen Augenerkrankungen, die mit kongenitaler Erblindung und/oder einer Fehlentwicklung des Gefäßnetzes der Retina einhergehen. Befunde an gentechnisch veränderten Mäusen zeigen, dass Norrin essentiell ist für die Bildung des tiefen intraretinalen Kapillarplexus, eine Wirkung, die über die Bindung an den Fzd4/LRP5-Rezeptorkomplex und die Aktivierung des kanonischen Wnt/β-Catenin-Signalwegs erfolgt. Ndpy/--Mäuse zeigen zudem einen progressiven Verlust an retinalen Ganglienzellen, ein Befund der eine zusätzliche neuroprotektive Rolle von Norrin nahelegt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es ein eukaryotisches Expressionssystem für rekombinantes humanes Norrin (rhNorrin) zu etablieren, dass die Aufreinigung und experimentelle Anwendung von Norrin zur Klärung seiner Funktion ermöglicht. Mit Hilfe des aufgereinigten rhNorrins sollte analysiert werden, ob eine direkte angiogene Wirkung von Norrin auf mikrovaskuläre Endothelzellen nachweisbar ist. Weiterhin sollte am Tiermodell untersucht werden, ob Norrin neuroprotektive Eigenschaften aufweist, die unabhängig sind von seiner Wirkung auf das Wachstum retinaler Gefäße. Ein Expressionssystem für Norrin konnte etabliert werden durch den Austausch der endogenen Signalsequenz von Norrin und durch die Nutzung seiner Affinität für Heparin. Rekombinantes Norrin steigerte die Proliferation und Migration von humanen mikrovaskulären Endothelzellen der Retina und der Haut. Zudem konnte Norrin das Überleben von Endothelzellen in Kultur verlängern und die Bildung kapillarähnlicher Strukturen in mikrovaskulären Endothelzellen induzieren. Diese Effekte konnten durch Blockade des Wnt/β-Catenin-Signalwegs weitgehend verhindert werden. Zur Untersuchung einer neuroprotektiven Wirkung von Norrin in vivo wurde das Model des exzitotoxischen Schadens retinaler Neurone nach intravitrealer Injektion von NMDA etabliert. Die Gabe von Norrin konnte die Anzahl überlebender retinaler Ganglienzellen (RGC) nach NMDA-Schädigung signifikant steigern. Auch dieser Effekt wurde, zumindest teilweise, über eine Aktivierung des Wnt/β-Catenin-Signalweges vermittelt. Die weitere Analyse des Mechanismus der neuroprotektiven Eigenschaften von Norrin ergab, dass Norrin in Müllerzellen in vivo und in vitro die Expression neurotropher Wachstumsfaktoren wie Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF) und Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2) induziert und hierdurch vermutlich neuroprotektiv wirkt. Zudem induziert Norrin die Expression von Leukemia Inhibitory Factor (Lif) und Endothelin2 (Edn2), deren protektive Funktion bereits in experimentellen und hereditären Tiermodellen einer Photorezeptordegeneration nachgewiesen wurde. Ergebnisse dieser Arbeit deuten zudem darauf hin, dass Norrin mit dem TGF-β1-Signalweg interagiert. So konnte gezeigt werden, dass Norrin in vitro TGF-β1-vermittelte Signale hemmen kann. Umgekehrt konnte TGF-β1 die Norrin-induzierte Proliferation von HRMEC reduzieren. Zusätzliche in vivo Untersuchungen stützen die in vitro gewonnenen Resultate. Mäuse, die ektopes TGF-β1 in der Linse exprimieren, bilden keinen Glaskörper aus und zeigen zudem einen Verlust retinaler Ganglienzellen. Durch Kreuzung dieser Tiere mit βB1-Norrin-Mäusen, mit einer okulären Überexpression an Norrin, konnte der Phänotyp dieser Tiere partiell gerettet werden. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass Norrin nicht nur eine direkte angiogene Wirkung auf mikrovaskuläre Endothelzellen entfaltet, sondern auch Teil eines neuroprotektiven Signalsystems für retinale Ganglienzellen in der Netzhaut ist. Norrin und die Komponenten seines Signalwegs könnten Möglichkeiten für einen neuen Therapieansatz eröffnen, der zu einer neuroprotektiven Therapie des Glaukoms genutzt werden könnte

Norrin protects optic nerve axons from degeneration in a mouse model of glaucoma

Abstract Norrin is a secreted signaling molecule activating the Wnt/β-catenin pathway. Since Norrin protects retinal neurons from experimental acute injury, we were interested to learn if Norrin attenuates chronic damage of retinal ganglion cells (RGC) and their axons in a mouse model of glaucoma. Transgenic mice overexpressing Norrin in the retina (Pax6-Norrin) were generated and crossed with DBA/2J mice with hereditary glaucoma and optic nerve axonal degeneration. One-year old DBA/2J/Pax6-Norrin animals had significantly more surviving optic nerve axons than their DBA/2J littermates. The protective effect correlated with an increase in insulin-like growth factor (IGF)-1 mRNA and an enhanced Akt phosphorylation in DBA/2J/Pax6-Norrin mice. Both mouse strains developed an increase in intraocular pressure during the second half of the first year and marked degenerative changes in chamber angle, ciliary body and iris structure. The degenerations were slightly attenuated in the chamber angle of DBA/2J/Pax6-Norrin mice, which showed a β-catenin increase in the trabecular meshwork. We conclude that high levels of Norrin and the subsequent constitutive activation of Wnt/β-catenin signaling in RGC protect from glaucomatous axonal damage via IGF-1 causing increased activity of PI3K-Akt signaling. Our results identify components of a protective signaling network preventing degeneration of optic nerve axons in glaucoma