Rescuing axons from degeneration does not affect retinal ganglion cell death

After a traumatic injury to the central nervous system, the distal stumps of axons undergo Wallerian degeneration (WD), an event that comprises cytoskeleton and myelin breakdown, astrocytic gliosis, and overexpression of proteins that inhibit axonal regrowth. By contrast, injured neuronal cell bodies show features characteristic of attempts to initiate the regenerative process of elongating their axons. The main molecular event that leads to WD is an increase in the intracellular calcium concentration, which activates calpains, calcium-dependent proteases that degrade cytoskeleton proteins. The aim of our study was to investigate whether preventing axonal degeneration would impact the survival of retinal ganglion cells (RGCs) after crushing the optic nerve. We observed that male Wistar rats (weighing 200-400 g; n=18) treated with an exogenous calpain inhibitor (20 mM) administered via direct application of the inhibitor embedded within the copolymer resin Evlax immediately following optic nerve crush showed a delay in the onset of WD. This delayed onset was characterized by a decrease in the number of degenerated fibers (P<0.05) and an increase in the number of preserved fibers (P<0.05) 4 days after injury. Additionally, most preserved fibers showed a normal G-ratio. These results indicated that calpain inhibition prevented the degeneration of optic nerve fibers, rescuing axons from the process of axonal degeneration. However, analysis of retinal ganglion cell survival demonstrated no difference between the calpain inhibitor- and vehicle-treated groups, suggesting that although the calpain inhibitor prevented axonal degeneration, it had no effect on RGC survival after optic nerve damage.

Implication du récepteur aux cannabinoïdes CB2 dans le développement de la voie rétinothalamique

Durant le développement du système visuel, les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) envoient des axones qui seront influencés par divers signaux guidant leur cône de croissance, permettant ainsi la navigation des axones vers leurs cibles terminales. Les endocannabinoïdes, des dérivés lipidiques activant les récepteurs aux cannabinoides (CB1 et CB2), sont présents de manière importante au cours du développement. Nous avons démontré que le récepteur CB2 est exprimé à différents points du tractus visuel durant le développement du hamster. L’injection d’agonistes et d’agonistes inverses pour le récepteur CB2 a modifié l’aire du cône de croissance et le nombre de filopodes présents à sa surface. De plus, l’injection d’un gradient d’agoniste du récepteur CB2 produit la répulsion du cône de croissance tandis qu’un analogue de l’AMPc (db-AMPc) produit son attraction. Les effets du récepteur CB2 sur le cône de croissance sont produits en modulant l’activité de la protéine kinase A(PKA), influençant la présence à la membrane cellulaire d’un récepteur à la nétrine-1 nommé Deleted in Colorectal Cancer (DCC). Notamment, pour que le récepteur CB2 puisse moduler le guidage du cône de croissance, la présence fonctionnelle du récepteur DCC est essentielle.. Suite à une injection intra-occulaire d’un agoniste inverse du récepteur CB2, nous avons remarqué une augmentation de la longueur des branches collatérales des axones rétiniens au niveau du LTN (noyau lateral terminal). Nous avons également remarqué une diminution de la ségrégation des projections ganglionnaires au niveau du dLGN, le noyau genouillé lateral dorsal, chez les animaux transgéniques cnr2-/-, ayant le gène codant pour le récepteur CB2 inactif. Nos données suggèrent l’implication des endocannabinoïdes et de leur récepteur CB2 dans la modulation des processus de navigation axonale et de ségrégation lors du développement du système visuel.

Développement physiologique des voies visuelles chez le rat normal et chez celui ayant subi des convulsions hyperthermiques

Les neurones des couches superficielles du collicule supérieur et du cortex visuel primaire du rat adulte sont sensibles à de basses fréquences spatiales de haut contraste défilant à des vitesses élevées. Entre les jours post-nataux 27-30 et l’âge adulte, les fréquences temporelles optimales des neurones du cortex visuel primaire augmentent, tandis que leurs seuils de contraste diminuent. Cependant, les fréquences spatiales optimales, les valeurs de résolution spatiale et les bandes passantes spatiales de ces neurones sont, dès l’ouverture des paupières, similaires à celles observées chez le rat adulte. Ces profils de réponse neuronale suggèrent que les projections rétino-colliculaires et rétino-géniculo-corticales sont essentiellement issues de neurones ganglionnaires rétinofuges magnocellulaires et koniocellulaires. Les neurones du cortex visuel primaire du rat ayant subi des convulsions hyperthermiques présentent, dès l’ouverture des paupières, de basses fréquences spatiales optimales, de larges bandes passantes directionnelles et temporelles ainsi que des seuils de contraste élevés par rapport aux neurones du rat normal. À l’âge adulte, de basses fréquences temporelles optimales et de larges bandes passantes spatiales sont également observées chez le rat ayant subi des convulsions hyperthermiques. L’altération des profils de réponse des neurones du cortex visuel primaire du rat ayant subi de convulsions hyperthermiques suggère un déséquilibre entre les mécanismes neuronaux excitateurs et inhibiteurs de cette aire corticale. Ces résultats suggèrent également qu’un épisode unique de convulsions fébriles infantiles suffit à altérer le développement des propriétés spatio-temporelles des champs récepteurs des neurones du cortex visuel primaire.

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

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.

Hardware development of the Yorick series of active vision systems

This paper presents a review of the design and development of the Yorick series of active stereo camera platforms and their integration into real-time closed loop active vision systems, whose applications span surveillance, navigation of autonomously guided vehicles (AGVs), and inspection tasks for teleoperation, including immersive visual telepresence. The mechatronic approach adopted for the design of the first system, including head/eye platform, local controller, vision engine, gaze controller and system integration, proved to be very successful. The design team comprised researchers with experience in parallel computing, robot control, mechanical design and machine vision. The success of the project has generated sufficient interest to sanction a number of revisions of the original head design, including the design of a lightweight compact head for use on a robot arm, and the further development of a robot head to look specifically at increasing visual resolution for visual telepresence. The controller and vision processing engines have also been upgraded, to include the control of robot heads on mobile platforms and control of vergence through tracking of an operator's eye movement. This paper details the hardware development of the different active vision/telepresence systems.

TRPV1 receptors are involved in protein nitration and Muller cell reaction in the acutely axotomized rat retina

We report here the protein expression of TRPV1 receptor in axotomized rat retinas and its possible participation in mechanisms involved in retinal ganglion cell (RGC) death. Adult rats were subjected to unilateral, intraorbital axotomy of the optic nerve, and the retinal tissue was removed for further processing. TRPV1 total protein expression decreased progressively after optic nerve transection, reaching 66.2% of control values 21 days after axotomy. The number of cells labeled for TRPV1 in the remnant GCL decreased after 21 days post-lesion (to 63%). Fluoro-jade B staining demonstrated that the activation of TRPV1 in acutely-lesioned eyes elicited more intense neuronal degeneration in the GCL and in the inner nuclear layer than in sham-operated retinas. A single intraocular injection of capsazepine (100 mu M), a TRPV1 antagonist, 5 days after optic nerve lesion, decreased the number of GFAP-expressing Muller cells (72.5% of control values) and also decreased protein nitration in the retinal vitreal margin (75.7% of control values), but did not affect lipid peroxidation. Furthermore, retinal explants were treated with capsaicin (100 mu M), and remarkable protein nitration was then present, which was reduced by blockers of the constitutive and inducible nitric oxide synthases (7-NI and aminoguanidine, respectively). TRPV1 activation also increased GFAP expression, which was reverted by both TRPV1 antagonism with capsazepine and by 7-NI and aminoguanidine. Given that Muller cells do not express TRPV1, we suppose that the increased GFAP expression in these cells might be elicited by TRPV1 activation and by its indirect effect upon nitric oxide overproduction and peroxynitrite formation. We incubated Fluorogold pre-labeled retinal explants in the presence of capsazepine (1 mu M) during 48 h. The numbers of surviving RGCs stained with fluorogold and the numbers of apoptotic cells in the GCL detected with TUNEL were similar in lesioned and control retinas. We conclude that TRPV1 receptor expression decreased after optic nerve injury due to death of TRPV1-containing cells. Furthermore, these data indicate that TRPV1 might be involved in intrinsic protein nitration and Muller cell reaction observed after optic nerve injury. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Rod bipolar cells in the retina of the capuchin monkey (Cebus apella): Characterization and distribution

Rod bipolar cells in Cebus apella monkey retina were identified by an antibody against the alpha isoform of protein kinase C (PKC alpha). which has been shown to selectively identify rod bipolars in two other primates and various mammals. Vertical sections were used to confirm the identity of these cells by their characteristic morphology of dendrites and axons. Their topographic distribution was assessed in horizontal sections; counts taken along the dorsal, ventral, nasal, and temporal quadrants. The density of rod bipolar cells increased from 500 to 2900 cells/mm(2) at 1 mm from the fovea to reach a peak of 10,000-12,000 cellss/mm(2) at 4 mm, approximately 5 deg of eccentricity, and then gradually decreased toward retinal periphery to values of 5000 cells/mm(2) or less. Rod to rod bipolar density ratio remained between 10 and 20 across most of the retinal extension. The number of rod bipolar cells per retina was 6,360,000 +/- 387,433 (mean +/- S.D., n = 6). The anti-PKC alpha antibody has shown to be a good marker of rod bipolar cells of Cebus, and the cell distribution is similar to that described for other primates. In spite of the difference in the central retina, the density variation of rod bipolar cells in the Cebus and Macaca as well as the convergence from rod to rod bipolar cells are Generally similar, suggesting that both retinae stabilize similar sensitivity (as measured by rod density) and convergence.

Evaluation of Experimental Autoimmune Uveitis in Mice Treated with FTY720

PURPOSE. FTY720 (fingolimod) is an immunomodulatory drug capable of preventing T-cell migration to inflammatory sites by binding to and subsequently downregulating the expression of sphingosine-1 phosphate receptor 1 (S1P(1)) leading in turn to T-cell retention in lymphoid organs. Additional effects of FTY720 by increasing functional activity of regulatory T cells have recently been demonstrated, raising the conversion of conventional T cells into regulatory T cells and affecting the sequestration of regulatory T cells in normal mice. In this study, the action of FTY720 in the ocular autoimmune model in mice was investigated. METHODS. Mice were immunized with 161-180 peptide and pertussis toxin and were treated with 1 mg/kg/d FTY720 by gavage (7-21 days postimmunization [dpi]) or left untreated. Spleen cells, harvested 21 dpi, were cultured and assayed for cytokine production. Draining lymph node, spleen, and eye cells 21 dpi were assayed for quantification of T-cell populations. Disease severity was evaluated by histologic examination of the enucleated eyes at 21 and 49 dpi. In addition, anti-IRBP antibodies were analyzed by ELISA. RESULTS. FTY720 was effective in suppressing the experimental autoimmune uveitis score. Although there was a reduction in the number of eye-infiltrating cells, FTY did not prevent Treg accumulation at this site. FTY720 leads to a significant increase of CD4(+)IFN-gamma(+) and CD4(+)Foxp3(+) cell percentages in lymph nodes, suggesting that this site could be the source of Treg cells found in the eye. CONCLUSIONS. The data showed that treatment in vivo with FTY720 was able to suppress EAU in mice. These results are indicative of the possible therapeutic use of FTY720 in ocular autoimmune processes. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;51:2568-2574) DOI:10.1167/iovs.09-4769

Análise morfológica e topográfica das células ganglionares da retina do caititu (Tayassu tajacu)

Na Amazônia habitam diversas espécies de animais silvestres, tornando-a um importante local de investigação sobre fisiologia comparada. Dentre estas espécies, destacamos o caititu Tayassu tajacu, animal distribuído na América Central e Latina. Existem várias publicações acerca da morfologia de órgãos sexuais, carne e sangue do caititu. Porém, no que diz respeito ao estudo sobre a morfofisiologia visual do caititu, as publicações ainda são escassas. Diante dessa realidade, o presente estudo investigou a morfologia e topografia das células ganglionares da retina do Tayassu tajacu. Foram utilizadas seis retinas, provenientes de oito animais de ambos os sexos da espécie Tayassu tacaju. Os caititus, criados e mantidos em cativeiro na Empresa Brasileira de Pesquisa Brasileira - Embrapa/Pará, foram abatidos de acordo com as normas de manejo animal para posterior retirada e fixação dos olhos. As retinas foram dissecadas e coradas utilizando a técnica de Nissl para visualização de células ganglionares, amácrinas deslocadas, hemácias, micróglia e células componentes da vascularização. A contagem de células ganglionares foi realizada ao longo do eixo horizontal e vertical, sendo o número de células ganglionares por campo convertido em valores de densidade. Diferentes regiões da retina foram analisadas quanto à densidade celular, obtendo-se como valor médio de densidade 351,822 ± 31,434 CG/mm². Verificaram-se diferenças de densidade entre as regiões estudadas: a região dorsal teve densidade média e desvio padrão de 894 ± 44 CG/mm²; a região ventral 894 ± 1 CG/mm²; a região nasal 1.403 ± 43; e a região temporal com 1596 ± 251. O pico de densidade a média, localizado a aproximadamente 3,13 mm de distância no sentido dorsal e 6,77 mm no sentido temporal do nervo óptico, foi de 6.767 CG/mm². Verificaram-se duas regiões especializadas, a faixa visual e a area temporalis. A faixa visual, localizada no sentido horizontal da região nasal para temporal, apresentou alta densidade celular, possivelmente proporcionando melhor visão panorâmica do ambiente e detecção de objetos em movimento no horizonte. Já a area temporalis, localizada dentro da faixa visual, proporciona maior acuidade visual e resolução espacial, do meio em que vivem Os resultados deste trabalho permitem iniciar comparações morfofisiológicas da retina dos caititus com a de outras espécies animais.

Cone contrast influence on components of the pattern onset/offset VECP

Transient visual evoked cortical potentials (VECP) were recorded from the scalp of healthy normal trichromats (n = 12). VECPs were elicited by onset/offset presentation of patterned stimuli of two kinds: isochromatic luminance-modulated, and equiluminant red-green modulated, sine wave gratings. The amplitude and latency of the major onset components of the onset/offset VECP were measured and plotted as a function of the logarithm of pooled cone contrast. The early onset components, achromatic C1 and chromatic N1, increase linearly with log contrast, but N1 has a higher contrast gain than C1. The late onset components, achromatic C2 and chromatic N2, have similar contrast gain, and similar response as a function of contrast level: both increase in the low-to-medium range of contrasts and saturate at high contrast levels. In the range of pooled cone contrast tested, C1 and N1 show similar latencies, whilst C2 shows shorter latencies than N2. We suggest that C1 and N1 are generated by the same visual mechanism with high red-green contrast gain and low luminance contrast gain, whilst C2 and N2 are generated by different visual mechanisms.

Cone photopigment variations in Cebus apella monkeys evidenced by electroretinogram measurements and genetic analysis

We investigated the color vision pattern in Cebus apella monkeys by means of electroretinogram measurements (ERG) and genetic analysis. Based on ERG we could discriminate among three types of dichromatic males. Among females, this classification is more complex and requires additional genetic analysis. We found five among 10 possible different phenotypes, two trichromats and three dichromats. We also found that Cebus present a new allele with spectral peak near 552 nm, with the amino acid combination SFT at positions 180, 277 and 285 of the opsin gene, in addition to the previously described SYT, AFT and AFA alleles. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Morphological Homogeneity of Neurons: Searching for Outlier Neuronal Cells

We report a morphology-based approach for the automatic identification of outlier neurons, as well as its application to the NeuroMorpho.org database, with more than 5,000 neurons. Each neuron in a given analysis is represented by a feature vector composed of 20 measurements, which are then projected into a two-dimensional space by applying principal component analysis. Bivariate kernel density estimation is then used to obtain the probability distribution for the group of cells, so that the cells with highest probabilities are understood as archetypes while those with the smallest probabilities are classified as outliers. The potential of the methodology is illustrated in several cases involving uniform cell types as well as cell types for specific animal species. The results provide insights regarding the distribution of cells, yielding single and multi-variate clusters, and they suggest that outlier cells tend to be more planar and tortuous. The proposed methodology can be used in several situations involving one or more categories of cells, as well as for detection of new categories and possible artifacts.

Transcorneal Electrical Stimulation Shows Neuroprotective Effects in Retinas of Light-Exposed Rats

PURPOSE. To examine the effects of transcorneal electrical stimulation (TES) on retinal degeneration of light-exposed rats. METHODS. Thirty-three Sprague Dawley albino rats were divided into three groups: STIM (n = 15) received 60 minutes of TES, whereas SHAM (n = 15) received identical sham stimulation 2 hours before exposure to bright light with 16,000 lux; healthy animals (n = 3) served as controls for histology. At baseline and weekly for 3 consecutive weeks, dark-and light-adapted electroretinography was used to assess retinal function. Analysis of the response versus luminance function retrieved the parameters Vmax (saturation amplitude) and k (luminance to reach 1/2Vmax). Retinal morphology was assessed by histology (hematoxylin-eosin [HE] staining; TUNEL assay) and immunohistochemistry (rhodopsin staining). RESULTS. Vmax was higher in the STIM group compared with SHAM 1 week after light damage (mean intra-individual difference between groups 116.06 mu V; P = 0.046). The b-wave implicit time for the rod response (0.01 cd.s/m(2)) was lower in the STIM group compared with the SHAM group 2 weeks after light damage (mean intra-individual difference between groups 5.78 ms; P = 0.023); no other significant differences were found. Histological analyses showed photoreceptor cell death (TUNEL and HE) in SHAM, most pronounced in the superior hemiretina. STIM showed complete outer nuclear layer thickness preservation, reduced photoreceptor cell death, and preserved outer segment length compared with SHAM (HE and rhodopsin). CONCLUSIONS. This sham-controlled study shows that TES can protect retinal cells against mild light-induced degeneration in Sprague Dawley rats. These findings could help to establish TES as a treatment in human forms of retinal degenerative disease. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:5552-5561) DOI: 10.1167/iovs.12-10037

Analyse immunologischer und proteomischer Aspekte im Rahmen der Glaukompathogenese

Das Glaukom stellt eine heterogene Gruppe von okularen Erkrankungen dar, deren Pathogenese sich durch einen langsamen, progradienten Untergang von retinalen Ganglienzellen und ihren Axonen auszeichnet. rnIn den letzten Jahren wurde im Kontext der Glaukompathogenese verstärkt die Beteiligung autoreaktiver Antikörper diskutiert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit bestand in dem Vergleich solcher Autoantikörper-Reaktionen in den Serum- und Kammerwasserproben einzelner Glaukompatienten. Hierdurch sollte geklärt werden, inwieweit die Immunreaktivitäten dieser beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen und ob sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im immunprivilegierten Auge finden lassen. Mittels eines etablierten Protein-Microarray-Verfahrens wurden die Immunreaktionen gegen 40 verschiedene Antigene, wie z.B. Hitzeschock-Proteine oder neuronale Strukturproteine, untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die detektierten Autoantikörper-Reaktionen gegen mehr als 80% der untersuchten Antigene in beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen. Verdeutlicht wird hierdurch, dass die Antikörper-basierenden immunologischen Vorgänge im Auge bzw. Kammerwasser, trotz dessen Abschottung vom Blutkreislauf durch die Blut-Retina-Schranke, denen des Serums stark ähneln. Nur vereinzelt lassen sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im Auge finden, wodurch die Bedeutung der detektierten Serumantikörper-Reaktionen für die Glaukomerkrankung belegt wird. rnEin weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Detektion möglicher veränderter Proteinexpressionen in den Retinae und Serumproben von Glaukompatienten, die potentiell zu den neurodegenerativen Prozessen der Glaukompathogenese beitragen. Um die Analyse spezifischer Proteinexpressionen zu ermöglichen, wurde das Verfahren des Antikörper-Microarrays etabliert und auf die Fragestellung angewendet. Untersucht wurden hierbei vor allem die Abundanzen von Komplementproteinen, Zytokinen und Hitzeschock-Proteinen, aber auch die von verschiedenen neuronalen Strukturproteinen. Als Probenmaterial dienten Serum- und Retinaproben von Glaukompatienten, die vergleichend denen von gesunden Probanden gegenübergestellt wurden. Die Analyse erbrachte die Erkenntnis, dass neben der verstärkten Expression von Komplementproteinen in der Retina (z.B. C3, C6) auch im Serum der Glaukompatienten eine erhöhte Konzentration dieser Proteine vorliegt, die im Rahmen der Glaukomerkrankung möglicherweise ebenfalls eine Rolle spielen. Ähnliches konnte für verschiedene Zytokine, wie z.B. TNF-α, IFN-γ oder IL1-β beobachtet werden, die in den untersuchten Retinae von Glaukomprobanden, teilweise auch in den Serumproben der Patienten, in verstärktem Maße detektiert werden konnten. Die erhöhte Produktion von Zytokinen in der Retina ist wahrscheinlich auf die Aktivierung von Gliazellen zurückzuführen, ein Ereignis für das in dieser Arbeit zahlreiche Hinweise gefunden werden konnten. Die Gliaaktivierung wird vermutlich durch apoptotische Prozesse in der Retina ausgelöst, eventuell aber auch durch eine erfolgte Komplementaktivierung. Darüber hinaus konnten mittels eines massenspektrometrischen Verfahrens weitere Expressionsunterschiede verschiedener retinaler Proteine bei Glaukompatienten festgestellt werden. Diese Veränderungen, wie z.B. geminderte Mengen von ROS-eliminierenden Proteinen, wie der Superoxid Dismutase und Peroxiredoxin-2, begünstigen bzw. verstärken sehr wahrscheinlich die neurodegenerativen Prozesse in der Retina von GlaukompatientenrnInwieweit die untersuchten Faktoren kausativ an den neurodegenerativen Prozessen beteiligt sind, bleibt ungeklärt, jedoch untermauert deren Vielzahl die Notwendigkeit, die Ursache der Glaukomerkrankung als komplexe Interaktion und Wechselwirkung verschiedener Komponenten zu betrachten und nicht als einen einzelnen fehlgesteuerten Mechanismus.rn