Development of non-viral vectors for gene therapy for pathologies of the retina

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Nuclear receptor Rev-erb alpha (Nr1d1) functions in concert with Nr2e3 to regulate transcriptional networks in the retina.

The majority of diseases in the retina are caused by genetic mutations affecting the development and function of photoreceptor cells. The transcriptional networks directing these processes are regulated by genes such as nuclear hormone receptors. The nuclear hormone receptor gene Rev-erb alpha/Nr1d1 has been widely studied for its role in the circadian cycle and cell metabolism, however its role in the retina is unknown. In order to understand the role of Rev-erb alpha/Nr1d1 in the retina, we evaluated the effects of loss of Nr1d1 to the developing retina and its co-regulation with the photoreceptor-specific nuclear receptor gene Nr2e3 in the developing and mature retina. Knock-down of Nr1d1 expression in the developing retina results in pan-retinal spotting and reduced retinal function by electroretinogram. Our studies show that NR1D1 protein is co-expressed with NR2E3 in the outer neuroblastic layer of the developing mouse retina. In the adult retina, NR1D1 is expressed in the ganglion cell layer and is co-expressed with NR2E3 in the outer nuclear layer, within rods and cones. Several genes co-targeted by NR2E3 and NR1D1 were identified that include: Nr2c1, Recoverin, Rgr, Rarres2, Pde8a, and Nupr1. We examined the cyclic expression of Nr1d1 and Nr2e3 over a twenty-four hour period and observed that both nuclear receptors cycle in a similar manner. Taken together, these studies reveal a novel role for Nr1d1, in conjunction with its cofactor Nr2e3, in regulating transcriptional networks critical for photoreceptor development and function.

Differential regulations of AQP4 and Kir4.1 by triamcinolone acetonide and dexamethasone in the healthy and inflamed retina.

PURPOSE: Glucocorticoids are used to treat macular edema, although the mechanisms underlying this effect remain largely unknown. The authors have evaluated in the normal and endotoxin-induced uveitis (EIU) rats, the effects of dexamethasone (dex) and triamcinolone acetonide (TA) on potassium channel Kir4.1 and aquaporin-4 (AQP4), the two main retinal Müller glial (RMG) channels controlling retinal fluid movement. METHODS: Clinical as well as relatively low doses of dex and TA were injected in the vitreous of normal rats to evaluate their influence on Kir4.1 and AQP4 expression 24 hours later. The dose-dependent effects of the two glucocorticoids were investigated using rat neuroretinal organotypic cultures. EIU was induced by footpad lipopolysaccharide injection, without or with 100 nM intraocular dex or TA. Glucocorticoid receptor and channel expression levels were measured by quantitative PCR, Western blot, and immunohistochemistry. RESULTS: The authors found that dex and TA exert distinct and specific channel regulations at 24 hours after intravitreous injection. Dex selectively upregulated Kir4.1 (not AQP4) in healthy and inflamed retinas, whereas TA induced AQP4 (not Kir4.1) downregulation in normal retina and upregulation in EIU. The lower concentration (100 nM) efficiently regulated the channels. Moreover, in EIU, an inflammatory condition, the glucocorticoid receptor was downregulated in the retina, which was prevented by intravitreous injections of the low concentration of dex or TA. CONCLUSIONS: The results show that dex and TA are far from being equivalent to modulate RMG channels. Furthermore, the authors suggest that low doses of glucocorticoids may have antiedematous effects on the retina with reduced toxicity.

Tgfbi/Bigh3 silencing activates ERK in mouse retina.

BIGH3 is a secreted protein, part of the extracellular matrix where it interacts with collagen and integrins on the cell surface. BIGH3 can play opposing roles in cancer, acting as either tumor suppressor or promoter, and its mutations lead to different forms of corneal dystrophy. Although many studies have been carried out, little is known about the physiological role of BIGH3. Using the cre-loxP system, we generated a mouse model with disruption of the Bigh3 genomic locus. Bigh3 silencing did not result in any apparent phenotype modifications, the mice remained viable and fertile. We were able to determine the presence of BIGH3 in the retinal pigment epithelium (RPE). In the absence of BIGH3, a transient decrease in the apoptotic process involved in retina maturation was observed, leading to a transient increase in the INL thickness at P15. This phenomenon was accompanied by an increased activity of the pro-survival ERK pathway.

Perfusión de grandes dosis de insulina hacia arteria central de la retina

Tesis (Maestría en Ciencias) UANL

Strategies for revascularizing the ischemic retina

Les rétinopathies ischémiques (RI) sont la cause majeure de cécité chez les personnes âgées de moins de 65 ans. Il existe deux types de RIs soit la rétinopathie du prématuré (ROP) ainsi que la rétinopathie diabétique (RD). Les RIs sont décrites en deux phases soit la phase de vasooblitération, marquée par une perte importante de vaisseaux sanguins, et une phase de néovascularisation secondaire à lʼischémie menant à une croissance pathologique de vaisseaux. Cette seconde phase peut générer des complications cliniques telles quʼun oedème dans lʼhumeur vitré ainsi que le détachement de la rétine chez les patients déjà atteints dʼune RI. Les traitements approuvés pour les RIs visent à réduire la formation des vaisseaux pathologiques ou lʼoedème; mais ceux-ci malheureusement ne règlent pas les problèmes sous-jacents tels que la perte vasculaire et lʼischémie. La rétine est un tissu hautement vascularisé qui contribue à lʼirrigation et à lʼhoméostasie des neurones. Lʼinteraction neurovasculaire, comprenant de neurones, vaisseaux et cellules gliales, contribue au maintien de cette homéostasie. Durant le développement, les neurones et les cellules gliales jouent un rôle important dans la vascularisation de la rétine en sécrétant des facteurs qui stimulent l'angiogenèse. Cependant, nos connaissances sur lʼinteraction neurovasculaire dans les RIs sont limitées. En identifiant les interactions importantes entre les cellules composant cette unité neurovasculaire dans la rétine, nous pourrons viser des cibles qui engendreront une revascularisation seine afin de diminuer les signes pathologiques chez les patients atteints dʼune RI. Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux expliquer cette interaction neurovasculaire en soulignant des concepts importants propres aux RIs. En utilisant un modèle de rétinopathie induite par lʼoxygène chez la souris, qui reproduit les caractéristiques importantes de la ROP (et en certaines instances, la RD), nous identifions quelques molécules clés jouant un rôle significatif dans les RIs soit la sémaphorine 3A (sema3A), lʼIL-1β, ainsi que le récepteur PAR2. Nos résultats démontrent que Sema3A, sécrétée par les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGRs) durant une ischémie, empêche la revascularisation normale et que cette expression est induite par lʼIL-1β provenant des microglies activées. En bloquant Sema3A directement ou via lʼinhibition de lʼIL- 1β, nous remarquons une revascularisation seine ainsi quʼune diminution importante des vaisseaux pathologiques. Cela nous indique que Sema3A est impliquée dans la guidance vasculaire et quʼelle contribue à la pathogenèse des RIs. Lʼactivation de façon exogène de PAR2, identifié aussi comme régulateur du récepteur de lʼIL-1β (IL- 1RI) sur les CGRs, se traduit par une diminution séquentielle de lʼIL-1RI et de Sema3A ce qui mène également à une revascularisation seine. En conclusion, ces travaux soulignent lʼimportance de lʼinteraction neurovasculaire ainsi que la guidance vasculaire dans les RIs. Ils renforcent lʼimportance de la communication entre neurone, vaisseau et microglie dans la pathogenèse des RIs. Finalement, nous identifions quelques molécules clés qui pourront servir comme cibles afin de lutter contre lʼischémie qui cause des problèmes vasculaires chez les patients atteints dʼune RI.

Decreto Rectoral No.915 : Créase el progr ama de Especialización en Retina y Vítreo

Generación de nuevos programas académicos que resulten adecuados para la realidad del país y se constituyan en fuentes de soluciones y desarrollos innovadores para el avance y crecimiento de la nación colombiana. programa de Especialización en Retina y Vítreo.

Hiperautofluorescencia foveal como factor predictor de recuperación visual en pacientes con desprendimiento regmatógeno de retina

Introducción: una de las causas de pobre ganancia visual luego de un tratamiento exitoso de desprendimiento de retina, sin complicaciones, es el daño de los fotoreceptores, reflejada en una disrupción de la capa de la zona elipsoide y membrana limitante externa (MLE). En otras patologías se ha demostrado que la hiperautofluorescencia foveal se correlaciona con la integridad de la zona elipsoide y MLE y una mejor recuperación visual. Objetivos: evaluar la asociación entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de la zona elipsoide y recuperación visual luego de desprendimiento de retina regmatógeno (DRR) exitosamente tratado. Evaluar la concordancia inter-evaluador de estos exámenes. Metodología: estudio de corte transversal de autofluorescencia foveal y tomografía óptica coherente macular de dominio espectral en 65 pacientes con DRR evaluados por 3 evaluadores independientes. La concordancia inter-evaluador se estudio mediante Kappa de Cohen y la asociación entre las diferentes variables mediante la prueba chi cuadrado y pruebas Z para comparación de proporciones. Resultados: La concordancia de la autofluorescencia fue razonable y la de la tomografía óptica coherente macular buena a muy buena. Sujetos que presentaron hiperautofluorescencia foveal asociada a integridad de la capa de la zona elipsoide tuvieron 20% más de posibilidad de recuperar agudeza visual final mejor a 20/50 que los que no cumplieron éstas características. Conclusión: Existe una asociación clínicamente importante entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de zona elipsoide y la mejor agudeza visual final, sin embargo ésta no fue estadísticamente significativa (p=0.39)

Factores asociados a recuperación visual deficiente después de cirugía exitosa para desprendimiento de retina regmatógeno

Introducción: Varias características pueden afectar el pronóstico visual después de resolver quirúrgicamente el desprendimiento de retina. Existen características no observables por el ojo humano por si solo pero si por tomografía óptica coherente que se relacionan con la recuperación visual. Objetivo: Describir las características clínicas y topográfica en los periodos pre y postquirúrgico de ojos que ha sufrido DR regmatógeno con compromiso macular y su relación con la calidad de recuperación visual después de una cirugía considerada exitosa desde el punto de vista anatómico. Materiales y métodos: Estudio descriptivo en el que se comparan algunas características en tres periodos perioeperatorios, uno antes y dos después de cirugía (3 y 6 meses) de 24 ojos con DRregmatógeno y compromiso macular intervenidos mediante retinopexia combinada con vitrectomía pars plana. Resultados: La recuperación visual mejor o igual que logMAR 0,397 (20/50) se dió en 41,7% de ojos y 16,7%. alcanzaron agudeza visual logMAR 0,301 (20/40). Cinco ojos no alcanzaron una ganancia de líneas de visión mayor a cinco. El líquido submacular ausente se observó en la mayoría de ojos que recuperaron más de cinco líneas al igual que aquellos con elipsoide conservado. La regularidad del neuroepitelio y el edema en el periodo posquirúrgico no mostraron comportamientos claros respecto a recuperación visual al igual que la altura del desprendimiento y el número de cuadrantes afectados. Una mejor recuperación visual fue más frecuente en aquellos con menos de cinco semanas de desprendimiento de retina. Conclusiones: El retraso menor a cinco semanas en la resolución del desprendimiento de retina, la conservación del elipsoide y la ausencia de líquido submacular en el periodo postquirúrgico se observó más frecuentemente en ojos con mejor recuperación visual.

Object detecting artificial retina

This paper describes the novel use of agent and cellular neural Hopfield network techniques in the design of a self-contained, object detecting retina. The agents, which are used to detect features within an image, are trained using the Hebbian method which has been modified for the cellular architecture. The success of each agent is communicated with adjacent agents in order to verify the detection of an object. Initial work used the method to process bipolar images. This has now been extended to handle grey scale images. Simulations have demonstrated the success of the method and further work is planned in which the device is to be implemented in hardware.

Connexin36, an Essential Element in the Rod Pathway, Is Highly Expressed in the Essentially Rodless Retina of Gallus gallus

Electrical coupling provided by connexins (Cx) in gap junctions (GJ) plays important roles in both the developing and the mature retina. In mammalian nocturnal species, Cx36 is an essential component in the rod pathway, the retinal circuit specialized for night, scotopic vision. Here, we report the expression of Cx36 in a species (Gallus gallus) that phylogenetic development endows with an essentially rodless retina. Cx36 gene is very highly expressed in comparison with other Cxs previously described in the adult retina, such as Cx43, Cx45, and Cx50. Moreover, real-time PCR, Western blot, and immunofluorescence all revealed that Cx36 expression massively increased over time during development. We thoroughly examined Cx36 in the inner and outer plexiform layers, where this protein was particularly abundant. Cx36 was observed mainly in the off sublamina of the inner plexiform layer rather than in the on sublamina previously described in the mammalian retina. In addition, Cx36 colocalized with specific cell markers, revealing the expression of this protein in distinct amacrine cells. To investigate further the involvement of Cx36 in visual processing, we examined its functional regulation in retinas from dark-adapted animals. Light deprivation markedly up-regulates Cx36 gene expression in the retina, resulting in an increased accumulation of the protein within and between cone synaptic terminals. In summary, the developmental regulation of Cx36 expression results in particular circuitry-related roles in the chick retina. Moreover, this study demonstrated that Cx36 onto- and phylogenesis in the vertebrate retina simultaneously exhibit similarities and particularities. J. Comp. Neurol. 512:651-663, 2009. (C) 2008 Wiley-Liss, Inc.