Congenital Nystagmus Gene FRMD7 Is Necessary for Establishing a Neuronal Circuit Asymmetry for Direction Selectivity.

Neuronal circuit asymmetries are important components of brain circuits, but the molecular pathways leading to their establishment remain unknown. Here we found that the mutation of FRMD7, a gene that is defective in human congenital nystagmus, leads to the selective loss of the horizontal optokinetic reflex in mice, as it does in humans. This is accompanied by the selective loss of horizontal direction selectivity in retinal ganglion cells and the transition from asymmetric to symmetric inhibitory input to horizontal direction-selective ganglion cells. In wild-type retinas, we found FRMD7 specifically expressed in starburst amacrine cells, the interneuron type that provides asymmetric inhibition to direction-selective retinal ganglion cells. This work identifies FRMD7 as a key regulator in establishing a neuronal circuit asymmetry, and it suggests the involvement of a specific inhibitory neuron type in the pathophysiology of a neurological disease. VIDEO ABSTRACT.

Retinal damage induced by commercial light emitting diodes (LEDs).

Spectra of "white LEDs" are characterized by an intense emission in the blue region of the visible spectrum, absent in daylight spectra. This blue component and the high intensity of emission are the main sources of concern about the health risks of LEDs with respect to their toxicity to the eye and the retina. The aim of our study was to elucidate the role of blue light from LEDs in retinal damage. Commercially available white LEDs and four different blue LEDs (507, 473, 467, and 449nm) were used for exposure experiments on Wistar rats. Immunohistochemical stain, transmission electron microscopy, and Western blot were used to exam the retinas. We evaluated LED-induced retinal cell damage by studying oxidative stress, stress response pathways, and the identification of cell death pathways. LED light caused a state of suffering of the retina with oxidative damage and retinal injury. We observed a loss of photoreceptors and the activation of caspase-independent apoptosis, necroptosis, and necrosis. A wavelength dependence of the effects was observed. Phototoxicity of LEDs on the retina is characterized by a strong damage of photoreceptors and by the induction of necrosis.

Targeting iron-mediated retinal degeneration by local delivery of transferrin.

Iron is essential for retinal function but contributes to oxidative stress-mediated degeneration. Iron retinal homeostasis is highly regulated and transferrin (Tf), a potent iron chelator, is endogenously secreted by retinal cells. In this study, therapeutic potential of a local Tf delivery was evaluated in animal models of retinal degeneration. After intravitreal injection, Tf spread rapidly within the retina and accumulated in photoreceptors and retinal pigment epithelium, before reaching the blood circulation. Tf injected in the vitreous prior and, to a lesser extent, after light-induced retinal degeneration, efficiently protected the retina histology and function. We found an association between Tf treatment and the modulation of iron homeostasis resulting in a decrease of iron content and oxidative stress marker. The immunomodulation function of Tf could be seen through a reduction in macrophage/microglial activation as well as modulated inflammation responses. In a mouse model of hemochromatosis, Tf had the capacity to clear abnormal iron accumulation from retinas. And in the slow P23H rat model of retinal degeneration, a sustained release of Tf in the vitreous via non-viral gene therapy efficently slowed-down the photoreceptors death and preserved their function. These results clearly demonstrate the synergistic neuroprotective roles of Tf against retinal degeneration and allow identify Tf as an innovative and not toxic therapy for retinal diseases associated with oxidative stress.

Evolution of circadian organization in vertebrates

Circadian organization means the way in which the entire circadian system above the cellular level is put together physically and the principles and rules that determine the interactions among its component parts which produce overt rhythms of physiology and behavior. Understanding this organization and its evolution is of practical importance as well as of basic interest. The first major problem that we face is the difficulty of making sense of the apparently great diversity that we observe in circadian organization of diverse vertebrates. Some of this diversity falls neatly into place along phylogenetic lines leading to firm generalizations: i) in all vertebrates there is a "circadian axis" consisting of the retinas, the pineal gland and the suprachiasmatic nucleus (SCN), ii) in many non-mammalian vertebrates of all classes (but not in any mammals) the pineal gland is both a photoreceptor and a circadian oscillator, and iii) in all non-mammalian vertebrates (but not in any mammals) there are extraretinal (and extrapineal) circadian photoreceptors. An interesting explanation of some of these facts, especially the differences between mammals and other vertebrates, can be constructed on the assumption that early in their evolution mammals passed through a "nocturnal bottleneck". On the other hand, a good deal of the diversity among the circadian systems of vertebrates does not fall neatly into place along phylogenetic lines. In the present review we will consider how we might better understand such "phylogenetically incoherent" diversity and what sorts of new information may help to further our understanding of the evolution of circadian organization in vertebrates

Density, proportion, and dendritic coverage of retinal ganglion cells of the common marmoset (Callithrix jacchus jacchus)

We performed a quantitative analysis of M and P cell mosaics of the common-marmoset retina. Ganglion cells were labeled retrogradely from optic nerve deposits of Biocytin. The labeling was visualized using horseradish peroxidase (HRP) histochemistry and 3-3'diaminobenzidine as chromogen. M and P cells were morphologically similar to those found in Old- and New-World primates. Measurements were performed on well-stained cells from 4 retinas of different animals. We analyzed separate mosaics for inner and outer M and P cells at increasing distances from the fovea (2.5-9 mm of eccentricity) to estimate cell density, proportion, and dendritic coverage. M cell density decreased towards the retinal periphery in all quadrants. M cell density was higher in the nasal quadrant than in other retinal regions at similar eccentricities, reaching about 740 cells/mm² at 2.5 mm of temporal eccentricity, and representing 8-14% of all ganglion cells. P cell density increased from peripheral to more central regions, reaching about 5540 cells/mm² at 2.5 mm of temporal eccentricity. P cells represented a smaller proportion of all ganglion cells in the nasal quadrant than in other quadrants, and their numbers increased towards central retinal regions. The M cell coverage factor ranged from 5 to 12 and the P cell coverage factor ranged from 1 to 3 in the nasal quadrant and from 5 to 12 in the other quadrants. These results show that central and peripheral retinal regions differ in terms of cell class proportions and dendritic coverage, and their properties do not result from simply scaling down cell density. Therefore, differences in functional properties between central and peripheral vision should take these distinct regional retinal characteristics into account.

Losses of immunoreactive parvalbumin amacrine and immunoreactive alphaprotein kinase C bipolar cells caused by methylmercury chloride intoxication in the retina of the tropical fish Hoplias malabaricus

To quantify the effects of methylmercury (MeHg) on amacrine and on ON-bipolar cells in the retina, experiments were performed in MeHg-exposed groups of adult trahiras (Hoplias malabaricus) at two dose levels (2 and 6 µg/g, ip). The retinas of test and control groups were processed by mouse anti-parvalbumin and rabbit anti-alphaprotein kinase C (alphaPKC) immunocytochemistry. Morphology and soma location in the inner nuclear layer were used to identify immunoreactive parvalbumin (PV-IR) and alphaPKC (alphaPKC-IR) in wholemount preparations. Cell density, topography and isodensity maps were estimated using confocal images. PV-IR was detected in amacrine cells in the inner nuclear layer and in displaced amacrine cells from the ganglion cell layer, and alphaPKC-IR was detected in ON-bipolar cells. The MeHg-treated group (6 µg/g) showed significant reduction of the ON-bipolar alphaPKC-IR cell density (mean density = 1306 ± 393 cells/mm²) compared to control (1886 ± 892 cells/mm²; P < 0.001). The mean densities found for amacrine PV-IR cells in MeHg-treated retinas were 1040 ± 56 cells/mm² (2 µg/g) and 845 ± 82 cells/mm² (6 µg/g), also lower than control (1312 ± 31 cells/mm²; P < 0.05), differently from the data observed in displaced PV-IR amacrine cells. These results show that MeHg changed the PV-IR amacrine cell density in a dose-dependent way, and reduced the density of alphaKC-IR bipolar cells at the dose of 6 µg/g. Further studies are needed to identify the physiological impact of these findings on visual function.

Methylmercury intoxication activates nitric oxide synthase in chick retinal cell culture

The visual system is a potential target for methylmercury (MeHg) intoxication. Nevertheless, there are few studies about the cellular mechanisms of toxicity induced by MeHg in retinal cells. Various reports have indicated a critical role for nitric oxide synthase (NOS) activation in modulating MeHg neurotoxicity in cerebellar and cortical regions. The aim of the present study is to describe the effects of MeHg on cell viability and NOS activation in chick retinal cell cultures. For this purpose, primary cultures were prepared from 7-day-old chick embryos: retinas were aseptically dissected and dissociated and cells were grown at 37ºC for 7-8 days. Cultures were exposed to MeHg (10 µM, 100 µM, and 1 mM) for 2, 4, and 6 h. Cell viability was measured by MTT method and NOS activity by monitoring the conversion of L-[H³]-arginine to L-[H³]-citrulline. The incubation of cultured retina cells with 10 and 100 µM MeHg promoted an increase of NOS activity compared to control (P < 0.05). Maximum values (P < 0.05) were reached after 4 h of MeHg incubation: increases of 81.6 ± 5.3 and 91.3 ± 3.7%, respectively (data are reported as mean ± SEM for 4 replicates). MeHg also promoted a concentration- and time-dependent decrease in cell viability, with the highest toxicity (a reduction of about 80% in cell viability) being observed at the concentration of 1 mM and after 4-6 h of incubation. The present study demonstrates for the first time the modulation of MeHg neurotoxicity in retinal cells by the nitrergic system.

Effects of mercury intoxication on the response of horizontal cells of the retina of thraira fish (Hoplias malabaricus)

Methyl mercury (MeHg) is highly neurotoxic, affecting visual function in addition to other central nervous system functions. The effect of mercury intoxication on the amplitude of horizontal cell responses to light was studied in the retina of the fish Hoplias malabaricus. Intracellular responses were recorded from horizontal cells of fish previously intoxicated with MeHg by intraperitoneal injection (IP group) or by trophic exposure (T group). Only one retina per fish was used. The doses of MeHg chloride administered to the IP group were 0.01, 0.05, 0.1, 1.0, 2.0, and 6.0 mg/kg. The amplitudes of the horizontal cell responses were lower than control in individuals exposed to 0.01 (N = 4 retinas), 0.05 (N = 2 retinas) and 0.1 mg/kg (N = 1 retina), whereas no responses were recorded in the 1.0, 2.0, and 6.0 mg/kg groups. T group individuals were fed young specimens of Astyanax sp previously injected with MeHg corresponding to 0.75 (N = 1 retina), 0.075 (N = 8 retinas) or 0.0075 (N = 4 retinas) mg/kg fish body weight. After 14 doses, one every 5 days, the amplitude of the horizontal cell response was higher than control in individuals exposed to 0.075 and 0.0075 mg/kg, and lower in individuals exposed to 0.75 mg/kg. We conclude that intoxication with MeHg affects the electrophysiological response of the horizontal cells in the retina, either reducing or increasing its amplitude compared to control, and that these effects are related to the dose and/or to the mode of administration.

Quantitative evaluation of experimental choroidal neovascularization by confocal scanning laser ophthalmoscopy: fluorescein angiogram parallels heparan sulfate proteoglycan expression

The objective of the present study was to develop a quantitative method to evaluate laser-induced choroidal neovascularization (CNV) in a rat model using Heidelberg Retina Angiograph 2 (HRA2) imaging. The expression of two heparan sulfate proteoglycans (HSPG) related to inflammation and angiogenesis was also investigated. CNV lesions were induced with argon laser in 21 heterozygous Zucker rats and after three weeks a fluorescein angiogram and autofluorescence exams were performed using HRA2. The area and greatest linear dimension were measured by two observers not aware of the protocol. Bland-Altman plots showed agreement between the observers, suggesting that the technique was reproducible. After fluorescein angiogram, HSPG (perlecan and syndecan-4) were analyzed by real-time RT-PCR and immunohistochemistry. There was a significant increase in the expression of perlecan and syndecan-4 (P < 0.0001) in retinas bearing CNV lesions compared to control retinas. The expression of these two HSPG increased with increasing CNV area. Immunohistochemistry demonstrated that the rat retina damaged with laser shots presented increased expression of perlecan and syndecan-4. Moreover, we observed that the overexpression occurred in the outer layer of the retina, which is related to choroidal damage. It was possible to develop a standardized quantitative method to evaluate CNV in a rat model using HRA2. In addition, we presented data indicating that the expression of HSPG parallels the area of CNV lesion. The understanding of these events offers opportunities for studies of new therapeutic interventions targeting these HSPG.

Activation of endogenous angiotensin converting enzyme 2 prevents early injuries induced by hyperglycemia in rat retina

Diabetic retinopathy (DR) is a serious complication of diabetes mellitus that may result in blindness. We evaluated the effects of activation of endogenous angiotensin converting enzyme (ACE) 2 on the early stages of DR. Rats were administered an intravenous injection of streptozotocin to induce hyperglycemia. The ACE2 activator 1-[[2-(dimethylamino) ethyl] amino]-4-(hydroxymethyl)-7-[[(4-methylphenyl) sulfonyl] oxy]-9H-xanthone 9 (XNT) was administered by daily gavage. The death of retinal ganglion cells (RGC) was evaluated in histological sections, and retinal ACE2, caspase-3, and vascular endothelial growth factor (VEGF) expressions were analyzed by immunohistochemistry. XNT treatment increased ACE2 expression in retinas of hyperglycemic (HG) rats (control: 13.81±2.71 area%; HG: 14.29±4.30 area%; HG+XNT: 26.87±1.86 area%; P<0.05). Importantly, ACE2 activation significantly increased the RCG number in comparison with HG animals (control: 553.5±14.29; HG: 530.8±10.3 cells; HG+XNT: 575.3±16.5 cells; P<0.05). This effect was accompanied by a reduction in the expression of caspase-3 in RGC of the HG+XNT group when compared with untreated HG rats (control: 18.74±1.59; HG: 38.39±3.39 area%; HG+XNT: 27.83±2.80 area%; P<0.05). Treatment with XNT did not alter the VEGF expression in HG animals (P>0.05). Altogether, these findings indicate that activation of ACE2 reduced the death of retinal ganglion cells by apoptosis in HG rats.

Visual information processing during conscious and non-conscious face perception

Les stimuli naturels projetés sur nos rétines nous fournissent de l’information visuelle riche. Cette information varie le long de propriétés de « bas niveau » telles que la luminance, le contraste, et les fréquences spatiales. Alors qu’une partie de cette information atteint notre conscience, une autre partie est traitée dans le cerveau sans que nous en soyons conscients. Les propriétés de l’information influençant l’activité cérébrale et le comportement de manière consciente versus non-consciente demeurent toutefois peu connues. Cette question a été examinée dans les deux derniers articles de la présente thèse, en exploitant les techniques psychophysiques développées dans les deux premiers articles. Le premier article présente la boîte à outils SHINE (spectrum, histogram, and intensity normalization and equalization), développée afin de permettre le contrôle des propriétés de bas niveau de l'image dans MATLAB. Le deuxième article décrit et valide la technique dite des bulles fréquentielles, qui a été utilisée tout au long des études de cette thèse pour révéler les fréquences spatiales utilisées dans diverses tâches de perception des visages. Cette technique offre les avantages d’une haute résolution au niveau des fréquences spatiales ainsi que d’un faible biais expérimental. Le troisième et le quatrième article portent sur le traitement des fréquences spatiales en fonction de la conscience. Dans le premier cas, la méthode des bulles fréquentielles a été utilisée avec l'amorçage par répétition masquée dans le but d’identifier les fréquences spatiales corrélées avec les réponses comportementales des observateurs lors de la perception du genre de visages présentés de façon consciente versus non-consciente. Les résultats montrent que les mêmes fréquences spatiales influencent de façon significative les temps de réponse dans les deux conditions de conscience, mais dans des sens opposés. Dans le dernier article, la méthode des bulles fréquentielles a été combinée à des enregistrements intracrâniens et au Continuous Flash Suppression (Tsuchiya & Koch, 2005), dans le but de cartographier les fréquences spatiales qui modulent l'activation de structures spécifiques du cerveau (l'insula et l'amygdale) lors de la perception consciente versus non-consciente des expressions faciales émotionnelles. Dans les deux régions, les résultats montrent que la perception non-consciente s'effectue plus rapidement et s’appuie davantage sur les basses fréquences spatiales que la perception consciente. La contribution de cette thèse est donc double. D’une part, des contributions méthodologiques à la recherche en perception visuelle sont apportées par l'introduction de la boîte à outils SHINE ainsi que de la technique des bulles fréquentielles. D’autre part, des indications sur les « corrélats de la conscience » sont fournies à l’aide de deux approches différentes.

Analyse génétique de la fonction du gène Polycomb Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris.

La rétine est constituée de plusieurs types de neurones incluant les cellules amacrines, ganglionnaires, bipolaires et les photorécepteurs. Les photorécepteurs, qui englobent les cônes et les bâtonnets, sont des neurones sensoriels hautement spécialisés qui permettent la conversion de la lumière en signaux électriques par le mécanisme de phototransduction. Les mécanismes moléculaires par lesquels les progéniteurs rétiniens (RPCs) se différencient en différents neurones spécialisés comme les photorécepteurs sont encore peu connus. Le gène Polycomb Bmi1 appartient à la famille des gènes Polycomb qui forment des complexes multimériques impliqués dans la répression de l’expression génique via le remodelage de la chromatine. Au niveau biologique, le gène Bmi1 régule, entre autre, le contrôle de la prolifération cellulaire, le métabolisme des radicaux libres, et la réparation de l’ADN. Récemment, il a été démontré que Bmi1 joue un rôle critique dans la prolifération et l’auto-renouvellement d’un groupe de RPCs immatures. De plus, Bmi1 est essentiel au développement post-natal de la rétine. L'objectif de cette étude est d'analyser le rôle de Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris. Nos résultats révèlent un phénotype de dégénérescence des photorécepteurs de types cônes chez notre modèle de souris déficiente pour Bmi1. Les bâtonnets sont insensibles à la mutation. De plus, Bmi1 est exprimé de façon prédominante dans les cônes. Nos expériences de culture de cellules rétiniennes suggèrent que le phénotype est cellule-autonome. Par ailleurs, la co-délétion du gène Chk2, membre de la réponse aux dommages à l'ADN, permet de ralentir la progression du phénotype. Les rétines Bmi1-/- et Bmi1-/-Chk2-/- présentent une augmentation importante des dommages oxydatifs à l'ADN. Ces résultats suggèrent que le stress oxydatif pourrait jouer un rôle important dans la survie des cônes. L'étude du rôle du gène Polycomb Bmi1 dans les photorécepteurs est importante pour une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à la survie des cônes et pourrait mener à la découverte de nouveaux traitements des maladies dégénératives des cônes.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Mécanismes moléculaires régulant la pathologie dendritique dans la rétine adulte lésée in vivo

Les dendrites sont essentielles pour la réception et l’intégration des stimuli afférents dans les neurones. De plus en plus d’évidences d’une détérioration dendritique sont associées à une axonopathie dans les maladies neurodégénératives. Le glaucome dont la physiopathologie est caractérisée par une détérioration progressive et irréversible des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) est la première cause de cécité irréversible dans le monde. Son évolution est associée à un amincissement graduel des axones et à l’atrophie des somas des CGRs. La majorité des études de neuroprotection des neuropathies rétiniennes visent la survie et la protection des somas et des axones. Des études récentes ont démontré des changements dendritiques associés à cette pathologie, toutefois les mécanismes moléculaires les régulant sont méconnus. L’hypothèse principale de ma thèse stipule qu’une lésion axonale entraîne des altérations précoces des structures dendritiques. L’identification de voies de signalisation régulant ces changements permettrait d’élaborer des stratégies de neuroprotection et de rétablir la fonction de ces neurones. Dans la première étude, nous avons examiné l’effet précoce d’une lésion axonale aigüe sur la morphologie dendritique des CGRs in vivo. En utilisant des souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente jaune (YFP) soumises à une axotomie, nous avons démontré un rétrécissement de l’arbre dendritique des CGRs et une diminution sélective de l’activité de mTOR avant le début de la mort des CGRs lésées. Aussi nous avons démontré une augmentation de l’expression de la protéine Regulated in development and DNA damage response 2 (REDD2), un régulateur négatif en amont de la protéine mTOR en réponse à la lésion du nerf optique in vivo. Nous avons démontré que la réactivation de mTOR par l’inhibition de l’expression de REDD2 préserve les arbres dendritiques des CGRs adultes. En effet, l’injection de petits ARN d’interférence contre la REDD2 (siREDD2) stimule l’activité de mTOR dans les CGRs lésées et augmente significativement la longueur et la surface dendritique totale. De plus, la rapamycine, un inhibiteur de mTOR, inhibe complètement l’effet du siREDD2 sur la croissance et l’élaboration des dendrites. L’analyse électrophysiologique des CGRs démontre une augmentation de l’excitabilité des CGRs lésées qui est restaurée en présence du siREDD2. Par ailleurs, des données récentes ont mis en évidence l’implication de la neuro-inflammation dans le glaucome, caractérisée par une augmentation de cytokines pro-inflammatoires dont principalement le facteur de nécrose tumorale (TNFα). Ainsi dans la deuxième étude nous avons examiné l’effet du TNF exogène sur la morphologie de l’arbre dendritique des CGRs et commencé l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces changements. Nos résultats démontrent que l’injection de TNF recombinante dans le vitrée induit une rétraction dendritique précoce qui corrèle à une réduction de phospho-S6 suggérant l’implication de mTOR dans ces CGRs lésées. Ainsi, les études présentées dans cette thèse mettent en évidence un nouveau rôle de mTOR dans la stabilité et le maintien des dendrites de neurones rétiniennes adultes. Ces études ont aussi démontré l’effet précoce de stress direct ou indirect, c’est-à-dire l’axotomie et le TNFα respectivement sur la pathologie dendritique et sur leur effet sur la fonction neuronale.

Role of Reactive Gliosis and Neuroinflammation in Experimental Glaucoma

Le glaucome est la principale cause de cécité irréversible dans le monde. Chez les patients atteints de cette pathologie, la perte de la vue résulte de la mort sélective des cellules ganglionnaires (CGR) de la rétine ainsi que de la dégénérescence axonale. La pression intraoculaire élevée est considérée le facteur de risque majeur pour le développement de cette maladie. Les thérapies actuelles emploient des traitements pharmacologiques et/ou chirurgicaux pour diminuer la pression oculaire. Néanmoins, la perte du champ visuel continue à progresser, impliquant des mécanismes indépendants de la pression intraoculaire dans la progression de la maladie. Il a été récemment démontré que des facteurs neuroinflammatoires pourraient être impliqués dans le développement du glaucome. Cette réponse est caractérisée par une régulation positive des cytokines pro-inflammatoires, en particulier du facteur de nécrose tumorale alpha (TNFα). Cependant, le mécanisme par lequel le processus neuroinflammatoire agit sur la mort neuronale reste à clarifier. L’hypothèse principale de ce doctorat propose que les facteurs pro-inflammatoires comme le TNFα et la phosphodiestérase 4 (PDE4) interagissent avec les mécanismes moléculaires de la mort neuronale, favorisant ainsi la survie et la protection des CGRs au cours du glaucome. Dans la première partie de ma thèse, J’ai utilisé un modèle in vivo de glaucome chez des rats Brown Norway pour montrer que l’expression du TNFα est augmentée après l'induction de l'hypertension oculaire. L'hypothèse spécifique de cette étude suggère que les niveaux élevés de TNFα provoquent la mort des CGRs en favorisant l'insertion de récepteurs AMPA perméables au calcium (CP-AMPAR) à la membrane cytoplasmique. Pour tester cette hypothèse, j’ai utilisé un inhibiteur sélectif de la forme soluble du TNFα, le XPro1595. L'administration de cet agent pharmacologique a induit une protection significative des somas et des axones des neurones rétiniens. L'évaluation de la perméabilité au cobalt a montré que le TNFα soluble est impliqué dans l'insertion de CP-AMPAR à la membrane des CGRs lors du glaucome. L’exposition des neurones à une pression oculaire élevée est à l’origine de la hausse de la densité membranaire des CP-AMPARs, grâce à une diminution de l’expression de la sous-unité GluA2. La présence de GluA2 au sein du récepteur ne permet pas l’entrée du calcium à l’intérieur de la cellule. L'administration intraoculaire d’antagonistes spécifiques des CP-AMPARs promeut la protection des somas et des axones des CGRs. Ces résultats montrent que les CP-AMPARs jouent un rôle important dans la pathologie du glaucome. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai caractérisé l'effet neuroprotecteur d’un inhibiteur de la PDE4, l’ibudilast, dans notre modèle de glaucome. L'hypothèse spécifique s’oriente vers une atténuation de la réponse neuroinflammatoire et de la gliose par l’administration d’ibudilast, favorisant ainsi la protection neuronale. Les résultats montrent que dans les rétines glaucomateuses, l’ibudilast diminue la gliose et l'expression de plusieurs facteurs tels que le TNFα, l'interleukine-1β (IL-1β), l’interleukine-6 (IL-6) et le facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF). Chez les rats glaucomateux, nous avons observé une expression notable de PDE4A dans les cellules de Müller, qui est en corrélation avec l'accumulation de l’AMP cyclique (AMPc) dans ces cellules après un traitement d’ibudilast. Finalement, nous avons démontré que la protection des CGRs via l’administration d’ibudilast est un mécanisme dépendent de l’AMPc et de la protéine kinase A (PKA). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse identifient deux mécanismes différents impliqués dans la perte des CGRs au cours du glaucome. Ces mécanismes pourraient fournir des perspectives potentielles pour le développement de nouvelles stratégies de traitement du glaucome.