Oxidative and endoplasmic reticulum stresses mediate apoptosis induced by modified LDL in human retinal Müller cells

We previously showed that extravasated, modified LDL is implicated in pericyte loss in diabetic retinopathy (DR). Here, we investigate whether modified LDL induces apoptosis in retinal Müller glial cells.

Beneficial Effects of Berberine on Oxidized LDL-induced Cytotoxicity in Human Retinal Müller Cells

PURPOSE. Limited mechanistic understanding of diabetic retinopathy (DR) has hindered therapeutic advances. Berberine, an isoquinolone alkaloid, has shown favorable effects on glucose and lipid metabolism in animal and human studies, but effects on DR are unknown. We previously demonstrated intraretinal extravasation and modification of LDL in human diabetes, and toxicity of modified LDL to human retinal M¨uller cells. We now explore pathogenic effects of modified LDL on M¨uller cells, and the efficacy of berberine in mitigating this cytotoxicity. METHODS. Confluent human M¨uller cells were exposed to in vitro–modified ‘highly oxidized, glycated (HOG-) LDL versus native-LDL (N-LDL; 200 mg protein/L) for 6 or 24 hours, with/ without pretreatment with berberine (5 lM, 1 hour) and/or the adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) inhibitor, Compound C (5 lM, 1 hour). Using techniques including Western blots, reactive oxygen species (ROS) detection assay, and quantitative real-time PCR, the following outcomes were assessed: cell viability (CCK-8 assay), autophagy (LC3, Beclin-1, ATG-5), apoptosis (cleaved caspase 3, cleaved poly-ADP ribose polymerase), oxidative stress (ROS, nuclear factor erythroid 2-related factor 2, glutathione peroxidase 1, NADPH oxidase 4), angiogenesis (VEGF, pigment epithelium-derived factor), inflammation (inducible nitric oxide synthase, intercellular adhesion molecule 1, IL-6, IL-8, TNF-a), and glial cell activation (glial fibrillary acidic protein). RESULTS. Native-LDL had no effect on cultured human M¨uller cells, but HOG-LDL exhibited marked toxicity, significantly decreasing viability and inducing autophagy, apoptosis, oxidative stress, expression of angiogenic factors, inflammation, and glial cell activation. Berberine attenuated all the effects of HOG-LDL (all P < 0.05), and its effects were mitigated by AMPK inhibition (P < 0.05). CONCLUSIONS. Berberine inhibits modified LDL-induced M¨uller cell injury by activating the AMPK pathway, and merits further study as an agent for preventing and/or treating DR.

Müller cells and diabetic retinopathy.

Müller cells provide nutrition for neural cells. We studied the structure and ultrastructure of Müller cells in the retina of thirty 3-month old Wistar rats, divided equally into 3 groups: normal rats, alloxan diabetic rats and treated alloxan diabetic rats, 1 and 12 months after induction of diabetes. We observed that the Müller cell nuclei under light microscope examination had hexagonal shape and higher density than the other nuclei. Differences between groups could be observed only by electron microscopy. In the diabetic rats, Müller cells presented dispersion of nuclear chromatin and electrondense nuclear granulations, with the presence of increased glycogen, dense bodies and lysosomes in the cytoplasm. The alterations were more frequent in the perivascular region and at 12 months. The treated diabetic rats exhibited some alterations we observed in diabetic rats, but these alterations were less intense. We conclude that, despite the treatment, the diabetic retinopathy continues to evolve.

Le rôle des cellules gliales de Müller dans la mort des cellules ganglionnaires de la rétine par des mécanismes cellulaires non-autonomes

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques.

O fator de crescimento do nervo inibe o edema citotóxico de células de Müller e células bipolares da retina de rato por meio da liberação de citocinas gliais: participação do sistema glutamatérgico e purinérgico

O fator de crescimento do nervo (NGF) pode retardar a degeneração celular na retina de ratos em diferentes injúrias retinianas. O acúmulo de água em células da retina contribui para o desenvolvimento de edema retiniano e degeneração neuronal. Em atribuição ao seu efeito protetor, este trabalho teve por objetivo avaliar se o NGF influencia o edema celular osmótico em células de Müller e células bipolares. Assim, montagens planas, fatias de retina e células isoladas da retina de ratos foram superfundidas com solução hipo-osmótica na presença de BaCl₂. Secções retinianas foram utilizadas para imunomarcações, e a liberação de adenosina foi medida por cromatografia líquida de alta eficácia, em montagens planas. A área de secção transversal celular foi medida antes e após a superfusão em meio hipo-osmótico, em fatias de retina e suspensões celulares. Tanto células de Müller quanto células bipolares foram imunopositivas para TrkA, mas somente células de Müller foram marcadas contra p75^NTR e NGF. A hipo-osmolaridade induziu um rápido e significativo aumento da liberação de adenosina endógena em retinas controle, mas não em retinas perfundidas com BaCl₂. O NGF inibiu o edema citotóxico em células de Müller e em células bipolares em fatias de retina controle e retinas pós-isquêmicas submetidas a condições hipo-osmóticas. Por outro lado, NGF impediu o edema citotóxico da célula de Müller isolada, mas não da célula bipolar isolada (em meio hipo-osmótico contendo íons Ba²⁺). Isto sugere que NGF induz a liberação de fatores por células de Müller, os quais inibem o edema citotóxico de células bipolares em fatias de retina. O efeito inibitório do NGF sobre o edema citotóxico de células de Müller foi mediado pela ativação do receptor TrkA, mas não de p75^NTR, e foi anulado por bloqueadores de receptores metabotrópicos de glutamato, receptores de adenosina A₁, e receptores do fator de crescimento de fibroblasto (FGF). O bFGF evitou o edema citotóxico de células de Müller isoladas, mas inibiu somente em parte o edema citotóxico de células bipolares isoladas. O bloqueio de FGFR impediu o efeito inibidor de edema celular da adenosina, sugerindo que a liberação de bFGF ocorre após à ativação autócrina/parácrina de receptores A_l. Além de bFGF, GDNF e TGF431 reduziram em parte o edema citotóxico da célula bipolar. Estes dados sugerem que o efeito neuroprotetor do NGF é em parte mediado pela prevenção de edema citotóxico de células gliais e bipolares da retina.

Does Müller cell differentiation occur prior to the emergence of synapses in embryonic turtle retina?

Müller cells are the main glial cells in the retina, and are related to plexiform layer activity. Recent studies have demonstrated that Müller cells are involved in the synaptic conservation, plasticity, development and metabolism of glutamate. During turtle retinal development, layers, cells and synapses appear at different times. The aim of this research is to study the emergence of Müller cells during embryonic development and their relationship with the synaptogenesis. The authors used retinas from Trachemys scripta elegans embryos at stages S14, 18, 20, 23, and 26. Some retinas were processed with immunocytochemistry in order to detect the presence of glutamine synthetase in Müller cells, which was used as a marker of these cells. Other retinas from the same stages were processed for ultrastructural studies. Samples were observed in confocal and transmission electron microscopes, respectively. The present results show that glutamine synthetase expression in Müller cells occurs at S18, before the emergence of the retinal layers and the early synapses.

Astrocytes and Müller Cell Alterations During Retinal Degeneration in a Transgenic Rat Model of Retinitis Pigmentosa

Purpose: Retinitis pigmentosa includes a group of progressive retinal degenerative diseases that affect the structure and function of photoreceptors. Secondarily to the loss of photoreceptors, there is a reduction in retinal vascularization, which seems to influence the cellular degenerative process. Retinal macroglial cells, astrocytes, and Müller cells provide support for retinal neurons and are fundamental for maintaining normal retinal function. The aim of this study was to investigate the evolution of macroglial changes during retinal degeneration in P23H rats. Methods: Homozygous P23H line-3 rats aged from P18 to 18 months were used to study the evolution of the disease, and SD rats were used as controls. Immunolabeling with antibodies against GFAP, vimentin, and transducin were used to visualize macroglial cells and cone photoreceptors. Results: In P23H rats, increased GFAP labeling in Müller cells was observed as an early indicator of retinal gliosis. At 4 and 12 months of age, the apical processes of Müller cells in P23H rats clustered in firework-like structures, which were associated with ring-like shaped areas of cone degeneration in the outer nuclear layer. These structures were not observed at 16 months of age. The number of astrocytes was higher in P23H rats than in the SD matched controls at 4 and 12 months of age, supporting the idea of astrocyte proliferation. As the disease progressed, astrocytes exhibited a deteriorated morphology and marked hypertrophy. The increase in the complexity of the astrocytic processes correlated with greater connexin 43 expression and higher density of connexin 43 immunoreactive puncta within the ganglion cell layer (GCL) of P23H vs. SD rat retinas. Conclusions: In the P23H rat model of retinitis pigmentosa, the loss of photoreceptors triggers major changes in the number and morphology of glial cells affecting the inner retina.

Expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) and its receptors is regulated in eyes with intra-ocular tumours

The immunolocalization and gene expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) and its cognate tyrosine kinase receptors, Flt-1 and KDR, has been studied in ocular melanomas and retinoblastomas using in situ hybridization and immunohistochemistry. Tumour-related alterations in VEGF/VEGF-receptor expression have also been examined in separate and uninvolved iris, retina and choroid of the same eyes. Although VEGF immunoreactivity in the normal retina was virtually absent, low-level VEGF expression was evident in the ganglion cell-bodies, Müller cells and in a distinct population of amacrine cells. VEGF gene expression was absent in the iris and choroid of normal eyes. In tumour-bearing eyes, high levels of VEGF protein and gene expression were observed within the vascularized regions of the tumours, while the adjacent retina and choroid showed increased VEGF levels when compared with normals. Flt-1 and KDR gene expression and immunolocalization occurred in VEGF-expressing ganglion, Müller and amacrine cells in normal eyes. Within the intra-ocular tumours, VEGF-receptor gene expression and protein was evident in the endothelial cells and also in cells close to the vessels, while in the adjacent retina, Flt-1 and KDR levels were elevated over normal, especially in the blood vessels. Flt-1 and KDR were both observed at elevated levels in the choroid and iris blood vessels. This study suggests that VEGF, Flt-1 and KDR are expressed by neural, glial and vascular elements within normal human retina. Intra-ocular tumours demonstrate a high level of VEGF and VEGF-receptor expression; within uninvolved, spatially separate retina, choroid and iris in the same eyes, expression is also elevated, especially within the vasculature. Retinal vascular endothelia may respond to high intra-ocular levels of VEGF by increasing expression of their VEGF receptors, a phenomenon which could have relevance to neoplasm-related ocular neovascularization.

GABAergic control of arteriolar diameter in the rat retina

Purpose: To investigate the role of γ-aminobutryic acid (GABA) in the regulation of arteriolar diameter in the rat retina.

Methods.: The actions of GABA on arteriolar diameter were examined using ex vivo retinal whole-mount preparations and isolated vessel segments. In most experiments, arterioles were partially preconstricted with endothelin (Et)-1. The expression levels of GABAA and GABAB receptors on isolated rat retinal Müller cells were assessed by immunohistochemistry.

Results.: GABA (0.1–1 mM) evoked vasodilation or vasoconstriction of arterioles in whole-mount preparations. No such effects were observed with isolated vessel segments. In whole mount samples, the GABAA receptor agonist muscimol caused vasomotor responses in only a small proportion of vessels. In contrast, arteriolar responses to the GABAB receptor agonists baclofen and SKF97541 more closely resembled those observed with GABA. No responses were seen with the GABAC receptor agonist 5-methylimidazoleacetic acid. GABA-induced vasodilator responses were, for the most part, repeatable in the presence of the GABAA receptor antagonist bicuculline. These responses, however, were completely blocked in the presence of the GABAB receptor inhibitor 2-hydroxysaclofen. Strong immunolabeling for both GABAA and GABAB receptors was detected in isolated Müller cells. In the absence of Et-1–induced preconstriction, most vessels were unresponsive to bicuculline or 2-hydroxysaclofen.

Conclusions.: GABA exerts complex effects on arteriolar diameter in the rat retina. These actions appear largely dependent upon the activation of GABAB receptors in the retinal neuropile, possibly those located on perivascular Müller cells. Despite these findings, endogenous GABA appears to contribute little to the regulation of basal arteriolar diameter in the rat retina.

Expression des nétrines dans la rétine de souris adulte

Les nétrines sont une petite famille de protéines de guidage axonal qui peuvent attirer des axones ou en repousser d’autres lors du développement neuronal. Lors du développement de la rétine, les axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) sont attirés vers une source de nétrines au niveau du disque optique leur permettant de quitter la rétine et de former le nerf optique. Afin de pouvoir caractériser le rôle des nétrines dans le système visuel adulte, nous avons investigué l’expression des nétrines et leurs récepteurs dans la rétine de souris adulte. Alors qu’aucune expression de la nétrine-1 n’a été détectée dans la rétine adulte, l’expression de la nétrine-3 a été abondamment détectée au niveau des CGR et des cellules amacrines. Nous démontrons aussi que les récepteurs des nétrines sont exprimés dans la rétine adulte. Alors que DCC semble être confiné au niveau des axones des CGR, néogénine est retrouvé dans les dendrites des CGR et des cellules horizontales. Quant aux protéines de la famille des récepteurs homologues à UNC-5, UNC5B a été détecté dans les somas des CGR et UNC5C dans les cellules de Müller. La découverte que nétrine-3 et ses récepteurs sont abondamment exprimés dans plusieurs types cellulaires de la rétine adulte leur suggère un rôle dans le fonctionnement du système visuel mature.

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.

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.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Long-term cellular and regional specificity of the photoreceptor toxin, iodoacetic acid (IAA), in the rabbit retina

This study investigated the anatomical consequences of a photoreceptor toxin, iodoacetic acid (IAA), in the rabbit retina. Retinae were examined 2 weeks, 1, 3, and 6 months after systemic IAA injection. The retinae were processed using standard histological methods to assess the gross morphology and topographical distribution of damage, and by immunohistochemistry to examine specific cell populations in the retina. Degeneration was restricted to the photoreceptors and was most common in the ventral retina and visual streak. In damaged regions, the outer nuclear layer was reduced in thickness or eliminated entirely, with a concomitant loss of immunoreactivity for rhodopsin. However, the magnitude of the effect varied between animals with the same IAA dose and survival time, suggesting individual differences in the bioavailability of the toxin. In all eyes, the inner retina remained intact, as judged by the thickness of the inner nuclear layer, and by the pattern of immunoreactivity for protein kinase C-alpha (rod bipolar cells) and calbindin D-28 (horizontal cells). Müller cell stalks became immunoreactive for glial fibrillary acidic protein (GFAP) even in IAA-treated retinae that had no signs of cell loss, indicating a response of the retina to the toxin. However, no marked hypertrophy or proliferation of Müller cells was observed with either GFAP or vimentin immunohistochemistry. Thus the selective, long lasting damage to the photoreceptors produced by this toxin did not lead to a reorganization of the surviving cells, at least with survival as long as 6 months, in contrast to the remodeling of the inner retina that is observed in inherited retinal degenerations such as retinitis pigmentosa and retinal injuries such as retinal detachment.

Functions of the two glutamate transporters GLAST and GLT-1 in the retina

In the retina, the glutamate transporter GLAST is expressed in Müller cells, whereas the glutamate transporter GLT-1 is found only in cones and various types of bipolar cells. To investigate the functional role of this differential distribution of glutamate transporters, we have analyzed GLAST and GLT-1 mutant mice. In GLAST-deficient mice, the electroretinogram b-wave and oscillatory potentials are reduced and retinal damage after ischemia is exacerbated, whereas GLT-1-deficient mice show almost normal electroretinograms and mild increased retinal damage after ischemia. These results demonstrate that GLAST is required for normal signal transmission between photoreceptors and bipolar cells and that both GLAST and GLT-1 play a neuroprotective role during ischemia in the retina.