On the retinal toxicity of intraocular glucocorticoids.

Corticosteroids are hormones involved in many physiological responses such as stress, immune modulation, protein catabolism and water homeostasis. The subfamily of glucocorticoids is used systemically in the treatment of inflammatory diseases or allergic reactions. In the eye, glucocorticoides are used to treat macular edema, inflammation and neovascularization. The most commonly used glucocorticoid is triamcinolone acetonide (TA). The pharmaceutical formulation of TA is not adapted for intravitreal administration but has been selected by ophthalmologists because its very low intraocular solubility provides sustained effect. Visual benefits of intraocular TA do not clearly correlate with morpho-anatomical improvements, suggesting potential toxicity. We therefore studied, non-common, but deleterious effects of glucocorticoids on the retina. We found that the intravitreal administration of TA is beneficial in the treatment of neovascularization because it triggers cell death of endothelial cells of neovessels by a caspase-independent mechanism. However, this treatment is toxic for the retina because it induces a non-apoptotic, caspase-independent cell death related to paraptosis, mostly in the retinal pigmented epithelium cells and the Müller cells.

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.

VP22 light controlled delivery of oligonucleotides to ocular cells in vitro and in vivo.

PURPOSE: To study VP22 light controlled delivery of antisense oligonucleotide (ODN) to ocular cells in vitro and in vivo. METHODS: The C-terminal half of VP22 was expressed in Escherichia coli, purified and mixed with 20 mer phosphorothioate oligonucleotides (ODNs) to form light sensitive complex particles (vectosomes). Uptake of vectosomes and light induced redistribution of ODNs in human choroid melanoma cells (OCM-1) and in human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19) were studied by confocal and electron microscopy. The effect of vectosomes formed with an antisense ODN corresponding to the 3'-untranslated region of the human c-raf kinase gene on the viability and the proliferation of OCM-1 cells was assessed before and after illumination. Cells incubated with vectosomes formed with a mismatched ODN, a free antisense ODN or a free mismatched ODN served as controls. White light transscleral illumination was carried out 24 h after the intravitreal injection of vectosomes in rat eyes. The distribution of fluorescent vectosomes and free fluorescent ODN was evaluated on cryosections by fluorescence microscopy before, and 1 h after illumination. RESULTS: Overnight incubation of human OCM-1 and ARPE-19 cells with vectosomes lead to intracellular internalization of the vectosomes. When not illuminated, internalized vectosomes remained stable within the cell cytoplasm. Disruption of vectosomes and release of the complexed ODN was induced by illumination of the cultures with a cold white light or a laser beam. In vitro, up to 60% inhibition of OCM-1 cell proliferation was observed in illuminated cultures incubated with vectosomes formed with antisense c-raf ODN. No inhibitory effect on the OCM-1 cell proliferation was observed in the absence of illumination or when the cells are incubated with a free antisense c-raf ODN and illuminated. In vivo, 24 h after intravitreal injection, vectosomes were observed within the various retinal layers accumulating in the cytoplasm of RPE cells. Transscleral illumination of the injected eyes with a cold white light induced disruption of the vectosomes and a preferential localization of the "released" ODNs within the cell nuclei of the ganglion cell layer, the inner nuclear layer and the RPE cells. CONCLUSIONS: In vitro, VP22 light controlled delivery of ODNs to ocular cells nuclei was feasible using white light or laser illumination. In vivo, a single intravitreal injection of vectosomes, followed by transscleral illumination allowed for the delivery of free ODNs to retinal and RPE cells.

Montmorillonite clay based polyurethane nanocomposite as substrate for retinal pigment epithelial cell growth.

The subretinal transplantation of retinal pigment epithelial cells (RPE cells) grown on polymeric supports may have interest in retinal diseases affecting RPE cells. In this study, montmorillonite based polyurethane nanocomposite (PU-NC) was investigated as substrate for human RPE cell growth (ARPE-19 cells). The ARPE-19 cells were seeded on the PU-NC, and cell viability, proliferation and differentiation were investigated. The results indicated that ARPE-19 cells attached, proliferated onto the PU-NC, and expressed occludin. The in vivo ocular biocompatibility of the PU-NC was assessed by using the HET-CAM; and through its implantation under the retina. The direct application of the nanocomposite onto the CAM did not compromise the vascular tissue in the CAM surface, suggesting no ocular irritancy of the PU-NC film. The nanocomposite did not elicit any inflammatory response when implanted into the eye of rats. The PU-NC may have potential application as a substrate for RPE cell transplantation.

Interactome analysis reveals that FAM161A, deficient in recessive retinitis pigmentosa, is a component of the Golgi-centrosomal network.

Defects in FAM161A, a protein of unknown function localized at the cilium of retinal photoreceptor cells, cause retinitis pigmentosa, a form of hereditary blindness. By using different fragments of this protein as baits to screen cDNA libraries of human and bovine retinas, we defined a yeast two-hybrid-based FAM161A interactome, identifying 53 bona fide partners. In addition to statistically significant enrichment in ciliary proteins, as expected, this interactome revealed a substantial bias towards proteins from the Golgi apparatus, the centrosome and the microtubule network. Validation of interaction with key partners by co-immunoprecipitation and proximity ligation assay confirmed that FAM161A is a member of the recently recognized Golgi-centrosomal interactome, a network of proteins interconnecting Golgi maintenance, intracellular transport and centrosome organization. Notable FAM161A interactors included AKAP9, FIP3, GOLGA3, KIFC3, KLC2, PDE4DIP, NIN and TRIP11. Furthermore, analysis of FAM161A localization during the cell cycle revealed that this protein followed the centrosome during all stages of mitosis, likely reflecting a specific compartmentalization related to its role at the ciliary basal body during the G0 phase. Altogether, these findings suggest that FAM161A's activities are probably not limited to ciliary tasks but also extend to more general cellular functions, highlighting possible novel mechanisms for the molecular pathology of retinal disease.

An Advocacy for the Use of 3D Stem Cell Culture Systems for the Development of Regenerative Medicine: An Emphasis on Photoreceptor Generation

The availability of stem cells is of great promise to study early developmental stages and to generate adequate cells for cell transfer therapies. Although many researchers using stem cells were successful in dissecting intrinsic and extrinsic mechanisms and in generating specific cell phenotypes, few of the stem cells or the differentiated cells show the capacity to repair a tissue. Advances in cell and stem cell cultivation during the last years made tremendous progress in the generation of bona fide differentiated cells able to integrate into a tissue after transplantation, opening new perspectives for developmental biology studies and for regenerative medicine. In this review, we focus on the main works attempting to create in vitro conditions mimicking the natural environment of CNS structures such as the neural tube and its development in different brain region areas including the optic cup. The use of protocols growing cells in 3D organoids is a key strategy to produce cells resembling endogenous ones. An emphasis on the generation of retina tissue and photoreceptor cells is provided to highlight the promising developments in this field. Other examples are presented and discussed, such as the formation of cortical tissue, the epithelial gut or the kidney organoids. The generation of differentiated tissues and well-defined cell phenotypes from embryonic stem (ES) cells or induced pluripotent cells (iPSCs) opens several new strategies in the field of biology and regenerative medicine. A 3D organ/tissue development in vitro derived from human cells brings a unique tool to study human cell biology and pathophysiology of an organ or a specific cell population. The perspective of tissue repair is discussed as well as the necessity of cell banking to accelerate the progress of this promising field.

Biological Characterization of Gene Response to Insulin-Induced Hypoglycemia in Mouse Retina.

Glucose is the most important metabolic substrate of the retina and maintenance of normoglycemia is an essential challenge for diabetic patients. Chronic, exaggerated, glycemic excursions could lead to cardiovascular diseases, nephropathy, neuropathy and retinopathy. We recently showed that hypoglycemia induced retinal cell death in mouse via caspase 3 activation and glutathione (GSH) decrease. Ex vivo experiments in 661W photoreceptor cells confirmed the low-glucose induction of death via superoxide production and activation of caspase 3, which was concomitant with a decrease of GSH content. We evaluate herein retinal gene expression 4 h and 48 h after insulin-induced hypoglycemia. Microarray analysis demonstrated clusters of genes whose expression was modified by hypoglycemia and we discuss the potential implication of those genes in retinal cell death. In addition, we identify by gene set enrichment analysis, three important pathways, including lysosomal function, GSH metabolism and apoptotic pathways. Then we tested the effect of recurrent hypoglycemia (three successive 4h periods of hypoglycemia spaced by 48 h recovery) on retinal cell death. Interestingly, exposure to multiple hypoglycemic events prevented GSH decrease and retinal cell death, or adapted the retina to external stress by restoring GSH level comparable to control situation. We hypothesize that scavenger GSH is a key compound in this apoptotic process, and maintaining "normal" GSH level, as well as a strict glycemic control, represents a therapeutic challenge in order to avoid side effects of diabetes, especially diabetic retinopathy.

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.

SANS (USH1G) in USH-Proteinnetzwerken von Photorezeptorzellen der Vertebratenretina

Das Usher Syndrom (USH) führt beim Menschen zur häufigsten Form erblicher Taub-Blindheit und wird aufgrund klinischer Merkmale in drei Typen unterteilt (USH1-3). Das Ziel dieser Arbeit war die Analyse der Expression und subzellulären Lokalisation des USH1G-Proteins SANS („Scaffold protein containing Ankyrin repeats and SAM domain“) in der Retina. Ein weiterer Fokus lag auf der Identifikation neuer Interaktionspartner zur funktionellen Charakterisierung von SANS. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte ein USH-Proteinnetzwerk identifiziert werden, das im Verbindungscilium und benachbarter Struktur, dem apikalen Innensegment von Photorezeptorzellen lokalisiert ist. Als Netzwerkkomponenten konnten die USH-Proteine SANS, USH2A Isoform b (USH2A), VLGR1b („Very Large G-protein coupled Receptor 1b“, USH2C) sowie Whirlin (USH2D) ermittelt werden. Innerhalb dieses Netzwerkes interagieren die Gerüstproteine SANS und Whirlin direkt miteinander. Die Transmembranproteine USH2A Isoform b und VLGR1b sind durch die direkte Interaktion mit Whirlin in ciliären-periciliären Membranen verankert und projizieren mit ihren langen Ektodomänen in den extrazellulären Spalt zwischen Verbindungscilium und apikalem Innensegment. Darüber hinaus konnte die Partizipation von SANS an Mikrotubuli-assoziiertem Vesikeltransport durch Identifikation neuer Interaktionspartner, wie dem MAGUK-Protein MAGI-2 („Membrane-Associated Guanylate Kinase Inverted-2“) sowie Dynaktin-1 (p150Glued) eruiert werden. Die Funktion des ciliären-periciliären USH-Proteinnetzwerkes könnte demnach in der Aufrechterhaltung benachbarter Membranstrukturen sowie der Beteiligung der Positionierung und Fusion von Transportvesikeln liegen.

Charakterisierung funktioneller Domänen von Centrin-Isoformen

Centrine sind kleine Ca2+-bindende Proteine aus der Familie der EF-Hand Proteine. Erstmals wurden Centrine als Hauptbestandteil der kontraktilen Flagellenwurzeln von Grünalgen beschrieben. Mittlerweile konnten Centrine in nahezu allen eukaryotischen Organismen nachgewiesen werden. In Säugetieren wurden bis zu vier Isoformen identifiziert, die an Centrosomen oder davon abgeleiteten Strukturen, wie Spindelpolkörpern und Basalkörper, aber auch in Übergangszonen von Cilien exprimiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Centrine im zellulären Kontext der Photorezeptorzellen nicht nur durch die Bindung von Ca2+ reguliert werden, sondern auch durch reversible Phosphorylierungen. Die Phosphorylierung der Centrin-Isoformen findet in der Retina von Vertebraten lichtabhängig während der Dunkeladaption statt. Die Protein Kinase CK2 (CK2) ist für die beschriebenen lichtabhängigen Phosphorylierungen hauptverantwortlich. Obwohl alle Centrin-Isoformen mehrere mögliche Zielsequenzen für die CK2 besitzen, kommt es nur zur Phosphorylierung einer einzigen Aminosäure in Cen1p, Cen2p und Cen4p. Im Gegensatz dazu stellt die Isoform Cen3p kein Substrat für die CK2 dar. Zudem wurden hier erstmals Phosphatasen identifiziert, die in der Lage sind Centrine zu dephosphorylieren. Die Dephosphorylierung durch die PP2Cund PP2C ist sehr spezifisch, da keine andere Phosphatase der Retina die CK2-vermittelte Phosphorylierung der Centrine rückgängig machen kann. Hoch auflösende licht- und elektronenmikroskopische Analysen zeigten erstmals, dass die Centrine sowohl mit der CK2 als auch mit der PP2C im Verbindungscilium der Photorezeptorzellen colokalisiert sind. Cen1p und CK2 sind in der Lage, direkt an Mikrotubuli zu binden, was die notwendige räumliche Nähe zwischen Enzymen und Substrat herstellt. Bisherige Arbeiten zeigten, dass alle Centrine Ca2+-abhängig mit dem visuellen G-Protein Transducin interagieren. Diese Wechselwirkung dürfte an der Regulation der lichtabhängigen Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und dem Innensegment der Photorezeptorzelle beteiligt sein. In der vorliegenden Arbeit zeigten Interaktionsstudien, dass die Bindungsaffinitäten der Centrine für Transducin durch die CK2-vermittelte Phosphorylierung drastisch verringert wurden. Dieser beobachtete Effekt beruht auf deutlich verringerten Ca2+-Affinitäten der Centrin-Isoformen nach der CK2-vermittelten Phosphorylierung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Regulationsmechanismus der Centrine in den Photorezeptorzellen der Vertebraten beschrieben. Centrine werden nicht nur durch Ca2+-Bindung zur Bildung von Protein Komplexen stimuliert, sondern durch die Phosphorylierung zum Auflösen dieser Komplexe angeregt. Damit reguliert die CK2-vermittelte, lichtabhängige Phosphorylierung der Centrine möglicherweise ebenfalls die adaptive Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und Innensegment der Photorezeptorzellen.

Analyse der Funktion von Dystroglycan im frühen sich entwickelnden ZNS mittels inhibierender Antikörper

In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion von Dystroglycan in jungen und späten Stadien des sich entwickelnden ZNS untersucht. Hierzu wurden Antikörper generiert, die fähig waren, in vivo die Interaktion zwischen a-und b-Dystroglycan zu stören. Die Antikörper oder Fab-Fragmente wurden in das Mesencephalon oder Auge lebender Hühnerembryonen injiziert, um aus den beobachteten Veränderungen die Funktion des DAG zu untersuchen. Die Fab-Fragmentinjektionen führten zu Hyperproliferation, verbunden mit morphologischen Veränderungen der Neuroepithelzellen und Zunahme der Anzahl postmitotischer Neuronen. Ebenso wurde die basale und apikale Polarität von Neuroepithelzellen beeinflusst. Auch die Axonorientierung der tectobulbären Axone wurde durch die Injektionen gestört. In älteren embryonalen Stadien kam es, durch Fab-Fragmentinjektionen in die Augen von Embryonen, zu strukturellen Veränderungen der Retina, verbunden mit einer breiteren Verteilung des DAG, wie auch der Synapsen innerhalb der OPL. Die retinalen Zelltypen, wie Müller-Gliazellen und Stäbchen-Bipolarzellen, waren abgerundet und hatten ihre typische Zellform verloren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Dystroglycan einen entscheidenden Einfluss auf die Proliferation, Migration, Polarität und Differenzierung der Neuroepithelzellen ausübt. Außerdem zeigen diese Daten, dass Dystroglycan nicht nur in der frühen embryonalen ZNS-Entwicklung eine maßgebliche Rolle spielt, sondern auch in späten Stadien. Die Ähnlichkeit der beobachteten Veränderungen nach Fab-Fragmentinjektionen legt nahe, dass einige Veränderungen im ZNS bestimmter Muskeldystrophieformen, durch Beeinflussung der Neuroepithelzellen im sich entwickelnden ZNS, verursacht werden.

Die regulatorische Funktion des Usher-Syndrom-Proteins SANS in Proteinnetzwerken

Die vorliegende kumulative Arbeit umfasst Analysen zur Aufklärung der molekularen Grundlagen des humanen Usher-Syndroms (USH), der häufigsten Ursache kombinierter vererblicher Taub-Blindheit. Ziel dieser Arbeit war es, neue Erkenntnisse zur Funktion der USH-Proteine und den von ihnen organisierten Protein-Netzwerken in der Photorezeptorzelle zu erhalten. Dadurch sollten weitere Einsichten in die molekularen Ursachen des retinalen Phänotyps von USH gewonnen werden. Die Ergebnisse dieser Analysen wurden in einem Übersichtsartikel (I) und zwei Originalarbeiten (II, III) zusammengestellt.rn Im Übersichtsartikel (I) wurden die vorliegenden Hinweise zusammengefasst, die USH auf Grundlage der molekularen Verbindungen ebenfalls als Ciliopathien definiert. Zudem wird die Bedeutung des periciliären USH-Proteinnetzwerkes für das sensorische Cilium (Außensegment) der Photorezeptorzelle herausgestellt. rn In Publikation II wurde der Aufbau des USH1-USH2-Proteinnetzwerkes als Teil des periciliären Komplexes analysiert, der beim cargo handover von vesikulärer Fracht vom Innensegment- auf den ciliären Transport für die Photorezeptorzelle essentiell ist. Experimentell wurde Ush2a als neuer SANS-Interaktionspartner validiert. Des Weiteren wurde ein ternärer Komplex aus den USH-Proteinen SANS, Ush2a und Whirlin identifiziert, dessen Zusammensetzung durch die phosphorylierungsabhängige Interaktion zwischen SANS und Ush2a reguliert werden könnte. Dieser ternäre Komplex kann sowohl der Integrität der Zielmembran dienen als auch am Transfer von Molekülen ins Außensegment beteiligt sein.rn In Publikation III wurde das MAGUK-Protein Magi2 als neuer Interaktionspartner von SANS identifiziert und die Interaktion durch komplementäre Interaktionsassays validiert. Dabei wurde ein internes PDZ-Binde-Motiv in der SAM-Domäne von SANS identifiziert, das die Interaktion zur PDZ5-Domäne von Magi2 phosphorylierungsabhängig vermittelt. Dadurch wurde bestätigt, dass SANS durch post-translationale Modifizierung reguliert wird. Weiterführende Experimente zur Funktion des Magi2-SANS-Komplexes zeigen, dass Magi2 an Prozess der Rezeptor-vermittelten Endocytose beteiligt ist. Die Phosphorylierung von SANS durch die Kinase CK2 spielt bei der Endocytose ebenfalls eine wichtige Rolle. Der Phosphorylierungsstatus von SANS moduliert die Interaktion zu Magi2 und reguliert dadurch negativ den Prozess der Endocytose. In RNAi-Studien wurde die durch Magi2-vermittelte Endocytose darüber hinaus mit dem Prozess der Ciliogenese verknüpft. Die Analyse der subzellulären Verteilung der Interaktionspartner lokalisieren Magi2 im periciliären Komplex und assoziieren das periciliäre USH-Proteinnetzwerk dadurch mit dem Prozess der Endocytose in der ciliary pocket. Der SANS-Magi2-Komplex sollte demnach für Aufbau und Funktion des sensorischen Ciliums der Photorezeptorzelle eine wichtige Rolle spielen.rn Die Gesamtheit an Informationen, die aus den Publikationen dieser Dissertation und aus den Kooperationsprojekten (*) resultieren, haben die Kenntnisse zur zellulären Funktion der USH-Proteine und ihrer Interaktionspartner und damit über die pathogenen Mechanismen von USH erweitert. Dies bildet die Basis, um fundierte Therapiestrategien zu entwickeln.

DivIVA is required for polar growth in the MreB-lacking rod-shaped actinomycete Corynebacterium glutamicum.

The actinomycete Corynebacterium glutamicum grows as rod-shaped cells by zonal peptidoglycan synthesis at the cell poles. In this bacterium, experimental depletion of the polar DivIVA protein (DivIVA(Cg)) resulted in the inhibition of polar growth; consequently, these cells exhibited a coccoid morphology. This result demonstrated that DivIVA is required for cell elongation and the acquisition of a rod shape. DivIVA from Streptomyces or Mycobacterium localized to the cell poles of DivIVA(Cg)-depleted C. glutamicum and restored polar peptidoglycan synthesis, in contrast to DivIVA proteins from Bacillus subtilis or Streptococcus pneumoniae, which localized at the septum of C. glutamicum. This confirmed that DivIVAs from actinomycetes are involved in polarized cell growth. DivIVA(Cg) localized at the septum after cell wall synthesis had started and the nucleoids had already segregated, suggesting that in C. glutamicum DivIVA is not involved in cell division or chromosome segregation.

Dopamine-stimulated dephosphorylation of connexin 36 mediates AII amacrine cell uncoupling.

Gap junction proteins form the substrate for electrical coupling between neurons. These electrical synapses are widespread in the CNS and serve a variety of important functions. In the retina, connexin 36 (Cx36) gap junctions couple AII amacrine cells and are a requisite component of the high-sensitivity rod photoreceptor pathway. AII amacrine cell coupling strength is dynamically regulated by background light intensity, and uncoupling is thought to be mediated by dopamine signaling via D(1)-like receptors. One proposed mechanism for this uncoupling involves dopamine-stimulated phosphorylation of Cx36 at regulatory sites, mediated by protein kinase A. Here we provide evidence against this hypothesis and demonstrate a direct relationship between Cx36 phosphorylation and AII amacrine cell coupling strength. Dopamine receptor-driven uncoupling of the AII network results from protein kinase A activation of protein phosphatase 2A and subsequent dephosphorylation of Cx36. Protein phosphatase 1 activity negatively regulates this pathway. We also find that Cx36 gap junctions can exist in widely different phosphorylation states within a single neuron, implying that coupling is controlled at the level of individual gap junctions by locally assembled signaling complexes. This kind of synapse-by-synapse plasticity allows for precise control of neuronal coupling, as well as cell-type-specific responses dependent on the identity of the signaling complexes assembled.

The type-A horizontal cell: GABAergic characteristics and role in development of the outer plexiform layer

Morphological analysis of neonatal rabbit retina suggests that the type-A horizontal cell acts as the pioneer cell for development of the OPL. It is the first mature element of the OPL, and it forms the infrastructure upon which the OPL accrues. The role of type-A horizontal cells in influencing postnatal development of the OPL was examined.^ GABAergic characteristics of the type-A horizontal cell were defined. The type-A horizontal cell was found to possess two more GABAergic characteristics in addition to those previously demonstrated, during a short period in early postnatal development: endogenous stores of GABA and the GABA precursor, glutamate. Lesioning the type-A horizontal cell resulted in their permanent loss in addition to the disappearance of cone terminals and a dramatic increase in rod terminals within the OPL. Thus the type-A cells are not a necessary prerequisite for positioning the OPL in postnatal development, but may be necessary for establishment of the normal photoreceptor mosaic.^ Since type-A horizontal cells possess a number of GABAergic qualities during the period of cone photoreceptor cell differentiation, and there are reports of GABA's trophic action in other developing neuronal systems; the role that GABAergic type-A horizontal cells play in directing photoreceptor differentiation was examined.^ Disrupting effects of GABA-A receptor antagonists indicate that type-A horizontal cells act as postsynaptic targets for the growing cone terminals of photoreceptor cells. These trophic or synaptic interactions may involve GABA-A receptors activated by GABA released from horizontal cells. These findings are consistent with the hypothesis that type-A horizontal cells act as pioneering cells in directing the postnatal development of the OPL.^ These studies offer an in depth analysis of the structural and chemical relationship between type-A horizontal cells and other elements of the OPL from which the roles of type-A horizontal cells and the GABA system in development can be defined. They contribute to our knowledge of both structural and GABAergic mechanisms involved in central nervous system development. ^