VEGF is a mediator of retinal pigment epithelium permeability leading to photoreceptor cell death in light-induced retinal degeneration : gene therapy strategy to prevent AMD-disorders

ABSTRACTIn normal tissues, a balance between pro- and anti-angiogenic factors tightly controls angiogenesis. Alterations of this balance may have pathological consequences. For instance, concerning the retina, the vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent pro-angiogenic factor, and has been identified has a key player during ocular neovascularization implicated in a variety of retinal diseases. In the exudative form (wet-form) of age-related macular degeneration (AMD), neovascularizations occurring from the choroidal vessels are responsible for a quick and dramatic loss of visual acuity. In diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, sprouting from the retinal vessels leads to vision loss. Furthermore, the aging of the population, the increased- prevalence of diabetes and the better survival rate of premature infants will lead to an increasing rate of these conditions. In this way, anti-VEGF strategy represents an important therapeutic target to treat ocular neovascular disorders.In addition, the administration of Pigmented Epithelial growth factor, a neurotrophic and an anti- angiogenic factor, prevents photoreceptor cell death in a model of retinal degeneration induced by light. Previous results analyzing end point morphology reveal that the light damage (LD) model is used to mimic retinal degenerations arising from environmental insult, as well as aging and genetic disease such as advanced atrophic AMD. Moreover, light has been identified as a co-factor in a number of retinal diseases, speeding up the degeneration process. This protecting effect of PEDF in the LD retina raises the possibility of involvement of the balance between pro- and anti-angiogenic factors not only for angiogenesis, but also in cell survival and maintenance.The aim of the work presented here was to evaluate the importance of this balance in neurodegenerative processes. To this aim, a model of light-induced retinal degeneration was used and characterized, mainly focusing on factors simultaneously controlling neuron survival and angiogenesis, such as PEDF and VEGF.In most species, prolonged intense light exposure can lead to photoreceptor cell damage that can progress to cell death and vision loss. A protocol previously described to induce retinal degeneration in Balb/c mice was used. Retinas were characterized at different time points after light injury through several methods at the functional and molecular levels. Data obtained confirmed that toxic level of light induce PR cell death. Variations were observed in VEGF pathway players in both the neural retina and the eye-cup containing the retinal pigment epithelium (RPE), suggesting a flux of VEGF from the RPE towards the neuroretina. Concomitantly, the integrity of the outer blood-retinal-barrier (BRB) was altered, leading to extravascular albumin leakage from the choroid throughout the photoreceptor layer.To evaluate the importance of VEGF during light-induced retinal degeneration process, a lentiviral vector encoding the cDNA of a single chain antibody directed against all VEGF-A isoforms was developed (LV-V65). The bioactivity of this vector to block VEGF was validated in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization mediated by VEGF upregulation. The vector was then used in the LD model. The administration of the LV-V65 contributed to the maintenance of functional photoreceptors, which was assessed by ERG recording, visual acuity measurement and histological analyses. At the RPE level, the BRB integrity was preserved as shown by the absence of albumin leakage and the maintenance of RPE cell cohesion.These results taken together indicate that the VEGF is a mediator of light induced PR degeneration process and confirm the crucial role of the balance between pro- and anti-angiogenic factors in the PR cell survival. This work also highlights the prime importance of BRB integrity and functional coupling between RPE and PR cells to maintain the PR survival. VEGF dysregulation was already shown to be involved in wet AMD forms and our study suggests that VEGF dysregulation may also occur at early stages of AMD and could thus be a potential therapeutic target for several RPE related diseases.RESUMEDans les différents tissues de l'organisme, l'angiogenèse est strictement contrôlée par une balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques. Des modifications survenant dans cette balance peuvent engendrer des conséquences pathologiques. Par exemple, concernant la rétine, le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) est un facteur pro-angiogénique important. Ce facteur a été identifié comme un acteur majeur dans les néovascularisations oculaires et les processus pathologiques angiogéniques survenant dans l'oeil et responsables d'une grande variété de maladies rétiniennes. Dans la forme humide de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), la néovascularisation choroïdienne est responsable de la perte rapide et brutale de l'acuité visuelle chez les patients affectés. Dans la rétinopathie diabétique et celle lié à la prématurité, l'émergence de néovaisseaux rétiniens est la cause de la perte de la vision. Les néovascularisations oculaires représentent la principale cause de cécité dans les pays développés. De plus, l'âge croissant de la population, la progression de la prévalence du diabète et la meilleure survie des enfants prématurés mèneront sans doute à l'augmentation de ces pathologies dans les années futures. Dans ces conditions, les thérapies anti- angiogéniques visant à inhiber le VEGF représentent une importante cible thérapeutique pour le traitement de ces pathologies.Plusieurs facteurs anti-angiogéniques ont été identifiés. Parmi eux, le facteur de l'épithélium pigmentaire (PEDF) est à la fois un facteur neuro-trophique et anti-angiogénique, et l'administration de ce facteur au niveau de la rétine dans un modèle de dégénérescence rétinienne induite par la lumière protège les photorécepteurs de la mort cellulaire. Des études antérieures basées sur l'analyse morphologique ont révélé que les modifications survenant lors de la dégénération induite suite à l'exposition à des doses toxiques de lumière représente un remarquable modèle pour l'étude des dégénérations rétiniennes suite à des lésions environnementales, à l'âge ou encore aux maladies génétiques telle que la forme atrophique avancée de la DMLA. De plus, la lumière a été identifiée comme un co-facteur impliqué dans un grand nombre de maladies rétiniennes, accélérant le processus de dégénération. L'effet protecteur du PEDF dans les rétines lésées suite à l'exposition de des doses toxiques de lumière suscite la possibilité que la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques soit impliquée non seulement dans les processus angiogéniques, mais également dans le maintient et la survie des cellules.Le but de ce projet consiste donc à évaluer l'implication de cette balance lors des processus neurodégénératifs. Pour cela, un modèle de dégénération induite par la lumière à été utilisé et caractérisé, avec un intérêt particulier pour les facteurs comme le PEDF et le VEGF contrôlant simultanément la survie des neurones et l'angiogenèse.Dans la plupart des espèces, l'exposition prolongée à une lumière intense peut provoquer des dommages au niveau des cellules photoréceptrices de l'oeil, qui peut mener à leur mort, et par conséquent à la perte de la vision. Un protocole préalablement décrit a été utilisé pour induire la dégénération rétinienne dans les souris albinos Balb/c. Les rétines ont été analysées à différents moments après la lésion par différentes techniques, aussi bien au niveau moléculaire que fonctionnel. Les résultats obtenus ont confirmé que des doses toxiques de lumière induisent la mort des photorécepteurs, mais altèrent également la voie de signalisation du VEGF, aussi bien dans la neuro-rétine que dans le reste de l'oeil, contenant l'épithélium pigmentaire (EP), et suggérant un flux de VEGF provenant de ΙΈΡ en direction de la neuro-rétine. Simultanément, il se produit une altération de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe, menant à la fuite de protéine telle que l'albumine, provenant de la choroïde et retrouvée dans les compartiments extravasculaires de la rétine, telle que dans la couche des photorécepteurs.Pour déterminer l'importance et le rôle du VEGF, un vecteur lentiviral codant pour un anticorps neutralisant dirigée contre tous les isoformes du VEGF a été développé (LV-V65). La bio-activité de ce vecteur a été testé et validée dans un modèle de laser, connu pour induire des néovascularisations choroïdiennes chez la souris suite à l'augmentation du VEGF. Ce vecteur a ensuite été utilisé dans le modèle de dégénération induite par la lumière. Les résultats des électrorétinogrammes, les mesures de l'acuité visuelle et les analyses histologiques ont montré que l'injection du LV-V65 contribue à la maintenance de photorécepteurs fonctionnels. Au niveau de l'EP, l'absence d'albumine et la maintenance des jonctions cellulaires des cellules de l'EP ont démontré que l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe est préservée suite au traitement.Par conséquent, tous les résultats obtenus indiquent que le VEGF est un médiateur important impliquée dans le processus de dégénération induit par la lumière et confirme le rôle cruciale de la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques dans la survie des photorécepteurs. Cette étude révèle également l'importance de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne et l'importance du lien fonctionnel et structurel entre l'EP et les photorécepteurs, essentiel pour la survie de ces derniers. Par ailleurs, Cette étude suggère que des dérèglements au niveau de l'équilibre du VEGF ne sont pas seulement impliqués dans la forme humide de la DMLA, comme déjà démontré dans des études antérieures, mais pourraient également contribuer et survenir dans des formes précoces de la DMLA, et par conséquent le VEGF représente une cible thérapeutique potentielle pour les maladies associées à des anomalies au niveau de l'EP.

Tearing and folding of the retinal internal limiting membrane associated with macular epiretinal membrane

PURPOSE: To describe the clinical and histologic features of a particular form of macular epiretinal membrane. METHODS: The charts of all patients operated for macular epiretinal membrane by a single surgeon (E.H.B.) between June 2001 and January 2005 were retrospectively reviewed. Patients with macular epiretinal membrane associated with tearing and folding of the internal limiting membrane (ILM) were identified and the following parameters were recorded when available: age, gender, best-corrected visual acuity before and after vitrectomy; optical coherence tomography; pre-, intra-, and postoperative macular status; intraoperative staining by indocyanine green; histology. RESULTS: Twenty-three of 268 eyes (8.6%) with macular epiretinal membrane were associated with tearing and folding of the ILM, forming a whitish prominent band on the surface of the retina. The mean age of the patients was 68.6 years with a significant female predominance (78.3%). The vitreous was completely detached in 21 eyes. After surgical peeling, the mean visual gain was 3.2 Early Treatment Diabetic Retinopathy Study lines. No recurrence was observed. CONCLUSION: Tearing and folding of the ILM was associated with macular epiretinal membranes in 8.6% of cases. The ILM was probably torn during posterior hyaloid detachment, but the pathogenesis has not been clearly elucidated. The surgeon should begin to peel the macular epiretinal membrane by grasping the folded ILM to ensure complete removal of the ILM together with the epiretinal membrane. The postoperative visual prognosis was good

Real-time motion correction in navigator-gated free-breathing double-oblique submillimeter 3D right coronary artery magnetic resonance angiography.

RATIONALE AND OBJECTIVES: The purpose of this study was the investigation of the impact of real-time adaptive motion correction on image quality in navigator-gated, free-breathing, double-oblique three-dimensional (3D) submillimeter right coronary magnetic resonance angiography (MRA). MATERIALS AND METHODS: Free-breathing 3D right coronary MRA with real-time navigator technology was performed in 10 healthy adult subjects with an in-plane spatial resolution of 700 x 700 microm. Identical double-oblique coronary MR-angiograms were performed with navigator gating alone and combined navigator gating and real-time adaptive motion correction. Quantitative objective parameters of contrast-to-noise ratio (CNR) and vessel sharpness and subjective image quality scores were compared. RESULTS: Superior vessel sharpness, increased CNR, and superior image quality scores were found with combined navigator gating and real-time adaptive motion correction (vs. navigator gating alone; P < 0.01 for all comparisons). CONCLUSION: Real-time adaptive motion correction objectively and subjectively improves image quality in 3D navigator-gated free-breathing double-oblique submillimeter right coronary MRA.

Heritability of the retinal microcirculation in flemish families.

BACKGROUND Few population studies have described the heritability and intrafamilial concordance of the retinal microvessels, or the genetic or environmental correlations of the phenotypes of these vessels. METHODS We randomly selected 413 participants from 70 families (mean age, 51.5 years; 50.1% women) from a Flemish population. We postprocessed retinal images using IVAN software to generate the central retinal arteriole equivalent (CRAE), central retinal venule equivalent (CRVE), and arteriole-to-venule-ratio (AVR) from these images. We used SAGE version 6.2 and SAS version 9.2 to compute multivariate-adjusted estimates of heritability and intrafamilial correlations of the CRAE, CRVE, and AVR of the retinal microvessels in the images. RESULTS Sex, age, mean arterial pressure, and smoking explained up to 12.7% of the variance of the phenotypes of the retinal microvessels of the study participants. With adjustments applied for these covariates, the heritability estimates of CRAE, CRVE, and AVR were 0.213 (P = 0.044), 0.339 (P = 0.010), and 0.272 (P = 0.004), respectively. The parent-offspring correlations for CRAE, CRVE, and AVR were 0.118 (NS), 0.225 (P < 0.01), and 0.215 (P < 0.05), respectively. The corresponding values were 0.222 (P < 0.05), 0.213 (P < 0.05), and 0.390 (P < 0.001) for sib-sib correlations, respectively. The genetic and environmental correlations between CRAE and CRVE were 0.360 and 0.545 (P < 0.001 for both). CONCLUSION Our study showed moderate heritability for CRAE, CRVE, and AVR, and a significant genetic correlation of CRAE with CRVE in the Flemish population of our study. These findings suggest that genetic factors influence the diameter of the retinal microvessels, and that CRAE and CRVE share some genetic determinants.

Ruling out coronary artery disease in primary care: development and validation of a simple prediction rule.

BACKGROUND: Chest pain can be caused by various conditions, with life-threatening cardiac disease being of greatest concern. Prediction scores to rule out coronary artery disease have been developed for use in emergency settings. We developed and validated a simple prediction rule for use in primary care. METHODS: We conducted a cross-sectional diagnostic study in 74 primary care practices in Germany. Primary care physicians recruited all consecutive patients who presented with chest pain (n = 1249) and recorded symptoms and findings for each patient (derivation cohort). An independent expert panel reviewed follow-up data obtained at six weeks and six months on symptoms, investigations, hospital admissions and medications to determine the presence or absence of coronary artery disease. Adjusted odds ratios of relevant variables were used to develop a prediction rule. We calculated measures of diagnostic accuracy for different cut-off values for the prediction scores using data derived from another prospective primary care study (validation cohort). RESULTS: The prediction rule contained five determinants (age/sex, known vascular disease, patient assumes pain is of cardiac origin, pain is worse during exercise, and pain is not reproducible by palpation), with the score ranging from 0 to 5 points. The area under the curve (receiver operating characteristic curve) was 0.87 (95% confidence interval [CI] 0.83-0.91) for the derivation cohort and 0.90 (95% CI 0.87-0.93) for the validation cohort. The best overall discrimination was with a cut-off value of 3 (positive result 3-5 points; negative result <or= 2 points), which had a sensitivity of 87.1% (95% CI 79.9%-94.2%) and a specificity of 80.8% (77.6%-83.9%). INTERPRETATION: The prediction rule for coronary artery disease in primary care proved to be robust in the validation cohort. It can help to rule out coronary artery disease in patients presenting with chest pain in primary care.

Pulmonary-artery pressure and exhaled nitric oxide in bolivian and caucasian high altitude dwellers

Rapport de synthèse : Plusieurs études suggèrent que les populations vivant en haute altitude sont mieux protégées contre l'hypertension pulmonaire hypoxique que celles originaires de la plaine. Cependant, les mécanismes sous jacents ne sont pas bien compris. Chez les Tibétains, la synthèse augmentée par le système respiratoire de monoxyde d'azote (NO) atténue l'hypertension pulmonaire hypoxique. Il a été spéculé que ce mécanisme pourrait représenter un mode généralisé d'adaptation à la haute altitude, mais il n'existe pas de preuve directe qui consume cette hypothèse. Nous avons donc mesuré la pression artérielle pulmonaire (par échocardiographie Doppler) ainsi que la concentration du NO dans l'air exhalé chez 34 Boliviens en bonne santé, nés et ayant toujours vécus en haute altitude (3600 m) et chez 34 Caucasiens apparentés pour l'âge et le sexe, nés en basse altitude mais vivant depuis de nombreuses années à cette même haute altitude (3600 mètres). La pression artérielle pulmonaire (24.3±5.9 vs. 24.7±4.9 mm Hg) et le NO exhalé (19.2±7.2 vs. 22.5±9.5 ppb) étaient similaires chez les Boliviens et les Caucasiens. Il n'y avait aucune corrélation entre la pression artérielle pulmonaire et le NO respiratoire dans les deux groupes. Ces résultats ne fournissent donc aucune évidence que les Boliviens nés en haute altitude sont mieux protégés contre l'hypertension pulmonaire hypoxique que les Caucasiens nés à basse altitude. Cela suggère que l'atténuation de l'hypertension pulmonaire par une synthèse accrue de NO respiratoire ne représente pas un mode universel d'adaptation des populations à la haute altitude. Abstract : There is evidence that high altitude populations may be better protected from hypoxic pulmonary hypertension than low altitude natives, but the underlying mechanism is incompletely understood. In Tibetans, increased pulmonary respiratory NO synthesis attenuates hypoxic pulmonary hypertension. It has been speculated that this mechanism may represent a generalized high altitude adaptation pattern, but direct evidence for this speculation is lacking. We therefore measured systolic pulmonary-artery pressure (Doppler echocardiography) and exhaled nitric oxide (NO) in 34 healthy, middle-aged Bolivian high altitude natives and in 34 age- and sex-matched, well-acclimatized Caucasian low altitude natives living at high altitude (3600 m). The mean ± SD systolic right ventricular to right arterial pressure gradient (24.3 ± 5.9 vs. 24.7 ± 4.9 mmHg) and exhaled NO (19.2 ± 7.2 vs. 22.5 ± 9.5 ppb) were similar in Bolivians and Caucasians. There was no relationship between ,pulmonary-artery pressure and respiratory NO in the two groups. These findings provide no evidence that Bolivian high altitude natives are better protected from hypoxic pulmonary hypertension than Caucasian low altitude natives and suggest that attenuation of pulmonary hypertension by increased respiratory NO synthesis may not represent a universal adaptation pattern in highaltitude populations.