Monday Morning Eye Opener, November 16, 2015

Weekly Newsletter from the Northwest District Office for libraries containing programs, activities, classes for the upcoming week.

Monday Morning Eye Opener, November 23, 2015

Weekly Newsletter from the Northwest District Office for libraries containing programs, activities, classes for the upcoming week.

Identification of the minimal promoter region of the mouse NKX5-3, a transcription factor implicated in eye development.

Early ocular development is controlled by a complex network of transcription factors, cell cycle regulators, and diffusible signalling molecules. Together, these molecules regulate cell proliferation and apoptosis, and specify retinal fate. NKX5-3 is a homeobox transcription factor implicated in eye development. The analysis of the 5'-flanking region of the mouse Nkx5-3 gene revealed a predicted TATA-less promoter sequence between -416 and -166 of the translation start site. To functionally characterise Nkx5-3 promoter activity, serial deletions of the promoter sequence were introduced in pGL-3 basic vector and promoter activity of these 5'- and 3'-deleted constructions was tested in HeLa and CHO cells. Transactivation assays identified a region between -350 and -296 exhibiting promoter-like activity. Combined analysis by deletions and point mutations showed that this sequence, containing multiple Sp1 binding sites was necessary to promote transcriptional activity. Binding of Sp1 to this region was confirmed by electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and chromatin immunoprecipitation, using an antibody specific for Sp1. Altogether, these results demonstrated that the immediate upstream region of Nkx5-3 gene possessed a strong intrinsic promoter activity in vitro, suggesting a potential role in Nkx5-3 transcription in vivo.

Monday Morning Eye Opener, December 07, 2015

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UVB-Induced Skin Inflammation and Cutaneous Tissue Injury Is Dependent on the MHC Class I-Like Protein, CD1d.

CD1d is a major histocompatibility complex class 1-like molecule that regulates the function and development of natural killer T (NKT) cells. Previously, we identified a critical role for the CD1d-NKT cell arm of innate immunity in promoting the development of UVB-induced p53 mutations, immune suppression, and skin tumors. Sunburn, an acute inflammatory response to UVB-induced cutaneous tissue injury, represents a clinical marker for non-melanoma skin cancer (NMSC) risk. However, the innate immune mechanisms controlling sunburn development are not considered relevant in NMSC etiology, and remain poorly investigated. Here we found that CD1d knockout (CD1d(-/-)) mice resist UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation compared with wild-type (WT) mice. This resistance was coupled with a faster epithelial tissue healing response. In contrast, the skins of UVB-irradiated invariant NKT cell-knockout (Jα18(-/-)) and NKT cell-deficient (TCRα(-/-)) mice, which express CD1d but are deficient in CD1d-dependent NKT cells, exhibited as much cutaneous tissue injury and inflammation as WT mice. In the absence of NKT cells, CD1d-deficient keratinocytes, dendritic cells, and macrophages exhibited diminished basal and stress-induced levels of pro-inflammatory mediators. Thus, our findings identify an essential role for CD1d in promoting UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation. They also suggest sunburn and NMSC etiologies are immunologically linked.

Iontophoresis: from the lab to the bed side.

Pioneer work on iontophoresis undertaken by David Maurice during the 1970s and 1980s laid the initial groundwork for its potential implementation as a promising ocular therapeutic modality. A better understanding of tissue interactions within the eye during electric current application, along with better designs of drug delivery devices have enabled us to pursue David Maurice's original ideas and take them from the bench to the bed side. In the present study we demonstrate the potential application of an iontophoresis device (Eyegate, Optis, France) for the treatment of certain human eye diseases. Seventeen patients received a penetrating keratoplasty (PKP) at various intervals before presentation with active graft rejection in our clinic and were treated using this iontophoresis device. Methylprednisolone sodium succinate (MP) 62.5 mg/ml was infused within the Eyegate ocular probe container and an electrical current of 1.5 mA was delivered for 4 min with the negative pole connected to the ocular probe. Patients were treated on an ambulatory basis and received a standard course of three iontophoresis applications given once a day over 3 consecutive days. After treatment, 15 of the 17 treated eyes (88%) demonstrated a complete reversal of the rejection processes. In two eyes, only a partial and temporary improvement was observed. The mean best corrected visual acuity of all 17 patients during the last follow up visit was 0.37 +/- 0.2 compared to 0.06 +/- 0.05 before initiation of the iontophoresis treatment. The mean follow-up time was 13.7 months with a range of 5-29 months for the 17 patients. No significant side-effects associated with the iontophoresis treatment were observed. Thus, for the management of active corneal graft rejection, iontophoresis of MP can be an alternative to very frequent instillations of eye drops, or to pulsed intravenous therapy of corticosteroids.

Monday Morning Eye Opener, December 14, 2015

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Triggering of Bcl-2-related pathway is associated with apoptosis of photoreceptors in Rpe65-/- mouse model of Leber's congenital amaurosis.

Mutations in RPE65 protein is characterized by the loss of photoreceptors, although the molecular pathways triggering retinal cell death remain largely unresolved. The role of the Bcl-2 family of proteins in retinal degeneration is still controversial. However, alteration in Bcl-2-related proteins has been observed in several models of retinal injury. In particular, Bax has been suggested to play a crucial role in apoptotic pathways in murine glaucoma model as well as in retinal detachment-associated cell death. We demonstrated that Bcl-2-related signaling pathway is involved in Rpe65-dependent apoptosis of photoreceptors during development of the disease. Pro-apoptotic Bax alpha and beta isoforms were upregulated in diseased retina. This was associated with a progressive reduction of anti-apoptotic Bcl-2, reflecting imbalanced Bcl-2/Bax ratio as the disease progresses. Moreover, specific translocation of Bax beta from cytosol to mitochondria was observed in Rpe65-deficient retina. This correlated with the initiation of photoreceptor cell loss at 4 months of age, and further increased during disease development. Altogether, these data suggest that Bcl-2-apoptotic pathway plays a crucial role in Leber's congenital amaurosis disease. They further highlight a new regulatory mechanism of Bax-dependent apoptosis based on regulated expression and activation of specific isoforms of this protein.

Monday Morning Eye Opener, December 21, 2015

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Monday Morning Eye Opener, January 4, 2016

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Monday Morning Eye Opener, January 11, 2016

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ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Monday Morning Eye Opener, January 25, 2016

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Monday Morning Eye Opener, February 1, 2016

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