The Role of the Fbox Protein CG6758 in Xbp1s Induced Retinal Degeneration in Drosophila

The Unfolded Protein Response (UPR) is a signaling pathway that is activated by an accumulation of unfolded or misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) that causes ER stress. The activation of the UPR aims to restore ER homeostasis by attenuation of ER client protein translation, increased transcription of ER chaperones and ER associated degradation (ERAD) factors. If ER stress is too long or too strong, cells may die. The main signaling branch of the UPR is mediated by the ER transmembrane protein IRE1 and the transcription factor Xbp1. The active, spliced form of Xbp1 (Xbp1spliced) acts as a transcription factor with protective function against toxic protein aggregation. However, overexpression of Xbp1spliced in the developing Drosophila eye causes degeneration of the eye (“glossy” eye phenotype).(...)

NR2E3 mutations in enhanced S-cone sensitivity syndrome (ESCS), Goldmann-Favre syndrome (GFS), clumped pigmentary retinal degeneration (CPRD), and retinitis pigmentosa (RP).

NR2E3, also called photoreceptor-specific nuclear receptor (PNR), is a transcription factor of the nuclear hormone receptor superfamily whose expression is uniquely restricted to photoreceptors. There, its physiological activity is essential for proper rod and cone photoreceptor development and maintenance. Thirty-two different mutations in NR2E3 have been identified in either homozygous or compound heterozygous state in the recessively inherited enhanced S-cone sensitivity syndrome (ESCS), Goldmann-Favre syndrome (GFS), and clumped pigmentary retinal degeneration (CPRD). The clinical phenotype common to all these patients is night blindness, rudimental or absent rod function, and hyperfunction of the "blue" S-cones. A single p.G56R mutation is inherited in a dominant manner and causes retinitis pigmentosa (RP). We have established a new locus-specific database for NR2E3 (www.LOVD.nl/eye), containing all reported mutations, polymorphisms, and unclassified sequence variants, including novel ones. A high proportion of mutations are located in the evolutionarily-conserved DNA-binding domains (DBDs) and ligand-binding domains (LBDs) of NR2E3. Based on homology modeling of these NR2E3 domains, we propose a structural localization of mutated residues. The high variability of clinical phenotypes observed in patients affected by NR2E3-linked retinal degenerations may be caused by different disease mechanisms, including absence of DNA-binding, altered interactions with transcriptional coregulators, and differential activity of modifier genes.

Exome sequencing extends the phenotypic spectrum for ABHD12 mutations: from syndromic to nonsyndromic retinal degeneration.

OBJECTIVE: To identify the genetic causes underlying autosomal recessive retinitis pigmentosa (arRP) and to describe the associated phenotype. DESIGN: Case series. PARTICIPANTS: Three hundred forty-seven unrelated families affected by arRP and 33 unrelated families affected by retinitis pigmentosa (RP) plus noncongenital and progressive hearing loss, ataxia, or both, respectively. METHODS: A whole exome sequencing (WES) analysis was performed in 2 families segregating arRP. A mutational screening was performed in 378 additional unrelated families for the exon-intron boundaries of the ABHD12 gene. To establish a genotype-phenotype correlation, individuals who were homozygous or compound heterozygotes of mutations in ABHD12 underwent exhaustive clinical examinations by ophthalmologists, neurologists, and otologists. MAIN OUTCOME MEASURES: DNA sequence variants, best-corrected visual acuity, visual field assessments, electroretinogram responses, magnetic resonance imaging, and audiography. RESULTS: After a WES analysis, we identified 4 new mutations (p.Arg107Glufs*8, p.Trp159*, p.Arg186Pro, and p.Thr202Ile) in ABHD12 in 2 families (RP-1292 and W08-1833) previously diagnosed with nonsyndromic arRP, which cosegregated with the disease among the family members. Another homozygous mutation (p.His372Gln) was detected in 1 affected individual (RP-1487) from a cohort of 378 unrelated arRP and syndromic RP patients. After exhaustive clinical examinations by neurologists and otologists, the 4 affected members of the RP-1292 had no polyneuropathy or ataxia, and the sensorineural hearing loss and cataract were attributed to age or the normal course of the RP, whereas the affected members of the families W08-1833 and RP-1487 showed clearly symptoms associated with polyneuropathy, hearing loss, cerebellar ataxia, RP, and early-onset cataract (PHARC) syndrome. CONCLUSIONS: Null mutations in the ABHD12 gene lead to PHARC syndrome, a neurodegenerative disease including polyneuropathy, hearing loss, cerebellar ataxia, RP, and early-onset cataract. Our study allowed us to report 5 new mutations in ABHD12. This is the first time missense mutations have been described for this gene. Furthermore, these findings are expanding the spectrum of phenotypes associated with ABHD12 mutations ranging from PHARC syndrome to a nonsyndromic form of retinal degeneration.

Light-induced retinal degeneration correlates with changes in iron metabolism gene expression, ferritin level, and aging.

PURPOSE: Retinal degeneration is associated with iron accumulation in several rodent models in which iron-regulating proteins are impaired. Oxidative stress is catalyzed by unbound iron. METHODS: The role of the heavy chain of ferritin, which sequesters iron, in regulating the thickness of the photoreceptor nuclear layer in the 4- and 16-month-old wild-type H ferritin (HFt(+/+)) and heterozygous H ferritin (HFt(+/-)) mice was investigated, before and 12 days after exposure to 13,000-lux light for 24 hours. The regulation of gene expression of the various proteins involved in iron homeostasis, such as transferrin, transferrin receptor, hephaestin, ferroportin, iron regulatory proteins 1 and 2, hepcidin, ceruloplasmin, and heme-oxygenase 1, was analyzed by quantitative (q)RT-PCR during exposure (2, 12, and 24 hours) and 24 hours after 1 day of exposure in the 4-month-old HFt(+/+) and HFt(+/-) mouse retinas. RESULTS: Retinal degeneration in the 4-month-old HFt(+/-) mice was more extensive than in the HFt(+/+) mice. Yet, it was more extensive in both of the 16-month-old mouse groups, revealing the combined effect of age and excessive light. Injury caused by excessive light modified the temporal gene expression of iron-regulating proteins similarly in the HFt(+/-) and HFt(+/+) mice. CONCLUSIONS: Loss of one allele of H ferritin appears to increase light-induced degeneration. This study highlighted that oxidative stress related to light-induced injury is associated with major changes in gene expression of iron metabolism proteins.

The role of Bmi1 in CNS development and in retinal degeneration

SUMMARY : The present work addresses several aspects of cell cycle regulation, cell fate specification and cell death in the central nervous system (CNS), specifically the cortex and the retina. More precisely, we investigated the role of Bmi1, a polycomb family gene required for stem cell proliferation and self-renewal, in the development of the cerebral cortex, as well as in the genesis of the retina. These data, together with studies published during the last two decades concerning cell cycle re-activation in apoptotic neurons in the CNS, raised the question of a possible link between regulation of the cell cycle during development and during retinal degeneration. 1. The effects of Bmi1 loss in the cerebral cortex : Consistently with our and others' observations on failure of Bmi9-/- stem cells to proliferate and self-renew in vitro, the Bmi9-/- cerebral cortex presented slight defects in proliferation in stem/progenitor cells compartments in vivo. This was in accordance with the pattern of Bmi1 expression in the developing forebrain. The modest proliferation defects, compared to the drastic consequences of Bmi9 loss in vitro, suggest that cell-extrinsic mechanisms may partially compensate for Bmi1 deletion in vivo during cortical histogenesis. Nevertheless, we observed a decreased proliferating activity in neurogenic regions of the adult telencephalon, more precisely in the subventricular zone, showing that Bmi1 controls neural stem/progenitor proliferation during adulthood in vivo. Our data also highlight an increased production of astrocytes at birth, and a generalized gliosis in the adult Bmi9-/- brain. Importantly, glial progenitors and astrocytes retained the ability to proliferate in the absence of Bmi1. 2. The effects of Bmi1 loss in the retina : The pattern of expression of Bmi1 during development and in the adult retina suggests a role for Bmi1 in cell fate specification and differentiation rather than in proliferation. While the layering and the global structure of the retina appear normal in Bmi1 /adult mice, immunohistochemìcal analysis revealed defects in the three major classes of retinal interneurons, namely: horizontal, bipolar and amacrine cells. Electroretinogram recordings in Bmi9-/- mice are coherent with the defects observed at the histological level, with a reduced b-wave and low-profile oscillatory potentials. These results show that Bmi1 controls not only proliferation, but also cell type generation, as previously observed in the cerebellum. 3. Cell cycle events and related neuroprotective strategies in retinal degeneration : In several neurodegenerative disorders, neurons re-express cell cycle proteins such as cyclin dependent kinases (Cdks) prior to apoptosis. Here, we show for the first time that this is also the case during retinal degeneration. Rd1 mice carry a recessive defect (Pdeóbrd/rd) that causes retinal degeneration and serves as a model of retinitis pigmentosa. We found that photoreceptors express Cdk4 and Cdk2, and undergo DNA synthesis prior to cell death. To interfere with the reactivation of Cdk-related pathways, we deleted E2fs or Brni1, which normally allow cell cycle progression. While deleting E2f1 (downstream of Cdk4/6) in Rd1 mice provides only temporary protection, knocking out Bmi1 (upstream of Cdks) leads to an extensive neuroprotective effect, independent of p16ink4a or p19arf, two tumor suppressors regulated by Bmi1. Analysis of Cdks and the DNA repair-related protein Ligase IV showed that Bmi1 acts downstream of DNA repair events and upstream of Cdks in this neurodegenerative mechanism. Expression of Cdks during an acute model of retinal degeneration, light damage-induced photoreceptor death, points to a role for Bmi1 and cell cycle proteins in retinal degeneration. Considering the similarity with the cell cycle-related apoptotic pathway observed in other neurodegenerative diseases, Bmi1 is a possible general target to prevent or delay neuronal death. RESUME : Ce travail aborde plusieurs aspects de la régulation du cycle cellulaire, de la spécification du devenir des cellules et de la mort cellulaire dans le système nerveux centrale (SNC), plus particulièrement dans le cortex cérébral et dans la rétine. Nous nous sommes intéressés au gène Bmi1, appartenant à la famille polycomb et nécessaire à la prolifération et au renouvellement des cellules souches. Nous avons visé à disséquer son rôle dans le développement du cortex et de la rétine. Ces données, ainsi qu'une série de travaux publiés au cours des deux dernières décennies concernant la réactivation du cycle cellulaire dans les neurones en voie d'apoptose dans le SNC, nous ont ensuite poussé à chercher un lien entre la régulation du cycle cellulaire pendant le développement et au cours de la dégénérescence rétinienne. 1. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans le cortex cérébral : En accord avec l'incapacité des cellules souches neurales in vitro à proliférer et à se renouveler en absence de Bmi1, le cortex cérébral des souris Bmi1-/- présente de légers défauts de prolifération dans les compartiments contenant les cellules souches neurales. Ceci est en accord avec le profil d'expression de Bmi1 dans le télencéphale. Les conséquences de la délétion de Bmi1 sont toutefois nettement moins prononcées in vivo qu'in vitro ; cette différence suggère l'existence de mécanismes pouvant partiellement compenser l'absence de Bmi1 pendant la corticogenèse. Néanmoins, l'observation d'une réduction de la prolifération dans la zone sous-ventriculaire, la zone majeure de neurogenèse dans le télencéphale adulte, montre que Bmi1 contrôle la prolifération des cellules souche/progénitrices neurales chez la souris adulte. Nos résultats démontrent par ailleurs une augmentation de la production d'astrocytes à la naissance ainsi qu'une gliose généralisée à l'état adulte chez les souris Bmi1-/-. Les progéniteurs gliaux et les astrocytes conservent donc leur capacité à proliférer en absence de Bmi1. 2. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans la rétine : Le profil d'expression de Bmi1 pendant fe développement ainsi que dans la rétine adulte suggère un rôle de Bmi1 dans la spécification de certains types cellulaires et dans la différentiation plutôt que dans la prolifération. Alors que la structure et la lamination de la rétine semblent normales chez les souris Bmi1-/-, l'analyse par immunohistochimie amis en évidence des défauts au niveau des trois classes d'interneurones rétiniens (les cellules horizontales, bipolaires et amacrines). Les électrorétinogrammes des souris Bmi1-/- sont cohérents avec les défauts observés au niveau histologique et montrent une réduction de l'onde « b » et des potentiels oscillatoires. Ces résultats montrent que Bmi1 contrôle la génération de certaines sous-populations de neurones, comme démontré auparavant au niveau de cervelet. 3. Réactivation du cycle cellulaire et stratégies théraoeutiaues dans les dégénérescences rétiniennes : Dans plusieurs maladies neurodégénératives, les neurones ré-expriment des protéines du cycle cellulaire telles que les kinases cycline-dépendantes (Cdk) avant d'entrer en apoptose. Nous avons démontré que c'est aussi le cas dans les dégénérescences rétiniennes. Les souris Rd1 portent une mutation récessive (Pde6brd/rd) qui induit une dégénérescence de la rétine et sont utilisées comme modèle animal de rétinite pigmentaire. Nous avons observé que les photorécepteurs expriment Cdk4 et Cdk2, et entament une synthèse d'ADN avant de mourir par apoptose. Pour interférer avec la réactivation les mécanismes Cdk-dépendants, nous avons inactivé les gènes E2f et Bmi1, qui permettent normalement la progression du cycle cellulaire. Nous avons mis en évidence que la délétion de E2f1 (en aval de Cdk4/6) dans les souris Rd1 permet une protection transitoire des photorécepteurs. Toutefois, l'inactivation de Bmi1 (en amont des Cdk) est corrélée à une neuroprotection bien plus durable et ceci indépendamment de p16ink4a et p19arf, deux suppresseurs de tumeurs normalement régulés par Bmi1. L'analyse des Cdk et de la ligase IV (une protéine impliquée dans les mécanismes de réparation de l'ADN) a montré que Bmi1 agit en aval des événements de réparation de l'ADN et en amont des Cdk dans la cascade apoptotique dans les photorécepteurs des souris Rd1. Nous avons également observé la présence de Cdk dans un modèle aigu de dégénérescence rétinienne induit par une exposition des animaux à des niveaux toxiques de lumière. Nos résultats suggèrent donc un rôle général de Bmi1 et des protéines du cycle cellulaire dans les dégénérescences de la rétine. Si l'on considère la similarité avec les événements de réactivation du cycle cellulaire observés dans d'autres maladies neurodégénératives, Bmi1 pourrait être une cible thérapeutique générale pour prévenir la mort neuronale.

Altered expression of the transcription factor Mef2c during retinal degeneration in Rpe65-/- mice.

Purpose. To investigate the role of the myocyte enhancer factor 2 (Mef2) transcription factor family in retinal diseases, Mef2c expression was assessed during retinal degeneration in the Rpe65(-/-) mouse model of Leber's congenital amaurosis (LCA). Mef2c-dependent expression of photoreceptor-specific genes was further addressed. Methods. Expression of Mef2 members was analyzed by oligonucleotide microarray, quantitative PCR (qPCR) and in situ hybridization. Mef2c-dependent transcriptional activity was assayed by luciferase assay in HEK293T cells. Results. Mef2c was the only Mef2 member markedly downregulated during retinal degeneration in Rpe65(-/-) mice. Mef2c mRNA level was decreased by more than 2 fold at 2 and 4 months and by 3.5 fold at 6 months in retinas of Rpe65(-/-) mice. Downregulation of Mef2c at the protein level was confirmed in Rpe65(-/-) retinas. The decrease in Mef2c mRNA levels in the developing Rpe65(-/-) retinas, from post-natal day (P)13 onward, was concomitant with the decreased expression of the rod-specific transcription factors Nrl and Nr2e3. Nrl was further shown to drive Mef2c transcriptional activity, supporting a physiological role for Mef2c in the retina. In addition, Mef2c appeared to act as a transcriptional repressor of its own expression, as well as those of the retina-specific retinal G-protein coupled receptor (Rgr), rhodopsin and M-opsin genes. Conclusions. These findings highlight the early altered regulation of the rod-specific transcriptional network in Rpe65-related disease. They further indicate that Mef2c may act as a novel transcription factor involved in the development and the maintenance of photoreceptor cells.

Retinal degeneration progression changes lentiviral vector cell targeting in the retina.

In normal mice, the lentiviral vector (LV) is very efficient to target the RPE cells, but transduces retinal neurons well only during development. In the present study, the tropism of LV has been investigated in the degenerating retina of mice, knowing that the retina structure changes during degeneration. We postulated that the viral transduction would be increased by the alteration of the outer limiting membrane (OLM). Two different LV pseudotypes were tested using the VSVG and the Mokola envelopes, as well as two animal models of retinal degeneration: light-damaged Balb-C and Rhodopsin knockout (Rho-/-) mice. After light damage, the OLM is altered and no significant increase of the number of transduced photoreceptors can be obtained with a LV-VSVG-Rhop-GFP vector. In the Rho-/- mice, an alteration of the OLM was also observed, but the possibility of transducing photoreceptors was decreased, probably by ongoing gliosis. The use of a ubiquitous promoter allows better photoreceptor transduction, suggesting that photoreceptor-specific promoter activity changes during late stages of photoreceptor degeneration. However, the number of targeted photoreceptors remains low. In contrast, LV pseudotyped with the Mokola envelope allows a wide dispersion of the vector into the retina (corresponding to the injection bleb) with preferential targeting of Müller cells, a situation which does not occur in the wild-type retina. Mokola-pseudotyped lentiviral vectors may serve to engineer these glial cells to deliver secreted therapeutic factors to a diseased area of the retina.

Retinal degeneration progression changes lentiviral vector cell targeting in the retina

Ce travail de thèse a été réalisé au sein de l'Unité de Thérapie Génique et Biologie des Cellules Souches de l'Hôpital Jules- Gonin dans le Service d'Ophtalmologie de l'Université de Lausanne. Ce laboratoire recherche des solutions thérapeutiques pour des maladies dégénératives et incurables de la rétine comme les rétinites pigmentaires (RP). Ayant déjà montré certains résultats dans le domaine, la thérapie génique a été notre outil pour ce travail. Cette méthode se base sur le principe de remplacer un gène déficient par sa copie normale, en transportant celle-ci au coeur même du noyau par un vecteur. Il existe à l'heure actuelle différents vecteurs. Un des plus efficaces est un vecteur viral non-réplicatif : le lentivirus, dérivé de HIV-1. Celui-ci a la capacité d'intégrer le génome de la cellule cible, lui conférant ainsi un nouveau matériel génétique. Notre but a été d'établir le tropisme du lentivirus dans une rétine en dégénérescence. Ce lentivirus est connu pour transduire efficacement les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien dans l'oeil adulte sain, ainsi que celles de la neurorétine, mais ce, uniquement durant le développement. On sait aussi que le vecteur lentiviral présente un tropisme différent selon les enveloppes dont il est muni ; par exemple, le lentivirus avec une enveloppe Mokola est connu pour transduire les cellules gliales du système nerveux central. La rétine qui dégénère montre quant à elle des changements de sa structure qui pourraient influencer la diffusion du vecteur et/ou son tropisme. Le postulat de base a été le suivant : chez l'adulte, la transduction des neurones de la rétine via le lentivirus pourrait être facilitée par l'altération de la membrane limitante externe induite par la dégénérescence (meilleure pénétrance du virus). D'un point de vue technique, nous avons utilisé deux types distincts de modèles murins de dégénérescence rétinienne : des souris Balb/C soumises à une dose toxique de lumière et les souris Rhodopsin knockout, animaux génétiquement modifiés. Comme vecteur viral, nous avons employé deux différents pseudotypes de lentivirus (caractérisés par les enveloppes virales) avec différents promoteurs (séquence d'ADN qui initie la transduction et confère la spécificité d'expression d'un gène). En changeant l'enveloppe et le promoteur, nous avons essayé de trouver la meilleure combinaison pour augmenter l'affinité du vecteur vis-à-vis des photorécepteurs d'abord, puis vis-à-vis d'autres cellules de la rétine. Nos résultats ont montré que la membrane limitante externe est effectivement altérée chez les deux modèles de dégénérescence, mais que cette modification ne favorise pas la transduction des photorécepteurs lorsqu'on utilise un vecteur lentiviral contenant une enveloppe VSVG et un promoteur photorécepteur-spécifique ou ubiquitaire. En effet, une forte réaction gliale a été observée. Par contre, en utilisant le lentivirus avec une enveloppe Mokola et un promoteur ubiquitaire, nous avons constaté une très bonne transduction au niveau des cellules de Millier dans la rétine en dégénérescence, phénomène non observé chez les souris sauvages. Ce travail a donc permis de trouver un vecteur viral efficace pour atteindre et transduire les cellules de Miiller, ceci seulement pendant la dégénérescence de la rétine. Ces cellules, une fois transduites, pourraient être utilisées pour sécréter dans la rétine des agents thérapeutiques tels que des facteurs neurotrophiques pour soutenir la survie des photorécepteurs ou des facteurs anti-angiogéniques pour prévenir la néo-vascularisation lors de diabète ou de dégénérescence maculaire liée à l'âge. - In normal mice, the lentiviral vector (LV) is very efficient to target the RPE cells, but transduces retinal neurons well only during development. In the present study, the tropism of LV has been investigated in the degenerating retina of mice, knowing that the retina structure changes during degeneration. We postulated that the viral transduction would be increased by the alteration of the iuter limiting membrane (OLM). Two different LV pseudotypes were tested using the VSVG arid the Mokola envelopes, as well as two animal models of retinal degeneration: light-damaged Balb-C and Rhodopsin knockout (Rho-/-) mice. After light damage, the OLM is altered and no significant increase of the number of transduced photoreceptors can be obtained with a LV-VSVG-Rhop-GFP vector. In the Rho-/- mice, an altération of the OLM was also observed, but the possibility of transducing photoreceptors was decreased, probably by ongoing gliosis. The use of a ubiquitous promoter allows better photoreceptor transduction, suggesting that photoreceptór-specific promoter activity change during late stages of photoreceptor degeneration. However, the number of targeted photoreceptors remains low. In contrast, LV pseudotyped with the tfokola envelope allows a wide dispersion of the ctor into the retina (corresponding to the injection bleb) with preferential targeting of Muller cells, a situation Mc\ does ot occur in the wild- type retina. Mokola-pseudotyped lentiviral vectors may serve to engineer these glial cells to deliver secreted therapeutic factors to a diseased area of the retina.

The characterization of retinal phenotype in a family with C1QTNF5-related late-onset retinal degeneration.

PURPOSE: To describe the clinical, spectral-domain optical coherence tomography and electrophysiological features of C1QTNF5-associated late-onset retinal degeneration in a molecularly confirmed pedigree. METHODS: Five members of a family participated, and affected individuals (n = 4) underwent detailed ophthalmologic evaluation including fundus autofluorescence and spectral-domain optical coherence tomography imaging and electroretinography. Electrooculography was performed in three individuals. RESULTS: The visual acuity was initially normal and worsened with time. Anterior segment abnormalities included peripupillary iris atrophy and long anterior insertion of zonules. Peripapillary atrophy, drusenoid deposition, and scalloped sectorial chorioretinal atrophy were observed in all older individuals (n = 3). Fundus autofluorescence demonstrated hypofluorescent areas corresponding to regions of chorioretinal atrophy. The spectral-domain optical coherence tomography demonstrated multiple areas of retinal pigment epithelium-Bruch membrane separation with intervening homogeneous deposition that corresponded to the drusenoid lesions and areas of chorioretinal atrophy. Electrooculography was normal in one individual and showed abnormally low dark trough measures in older individuals (n = 2). Electroretinography was normal in early stages (n = 1), but showed marked abnormalities in the rod system (n = 3), which was predominantly inner retinal (n = 2) in late stages. CONCLUSION: Late-onset retinal degeneration is a progressive degeneration, and anterior segment abnormalities present early. The widespread sub-retinal pigment epithelium deposition seen on spectral-domain optical coherence tomography in older individuals appears to be a characteristic in late stages. Electrooculography demonstrates abnormalities only in late stages of the disease.

Overexpression of a mutant form of TGFBI/BIGH3 induces retinal degeneration in transgenic mice.

PURPOSE: Despite ubiquitous expression of the keratoepithelin (KE) protein encoded by the transforming growth factor beta induced/beta induced gene human clone 3 (TGFBI/BIGH3) gene, corneal dystrophies are restricted to the cornea, and no other tissues are affected. We investigated the role of TGFBI/BIGH3 in Groenouw corneal dystrophies by generating transgenic mice overexpressing TGFBI/BIGH3 containing the R555W mutation. METHODS: Transgenic animals expressing the Groenouw mutation of human TGFBI/BIGH3 were generated using lentiviral vectors. The line expressed TGFBI/BIGH3 containing the R555W mutation under the control of the phosphoglycerate kinase (PGK) promoter. Expression of the transgene was monitored by Southern and western blotting and by RT-PCR. Electroretinogram analysis was performed and four mice were subjected to complete necroscopy. RESULTS: Transgene expression was observed in different organs although without specific expression in the cornea. The overall morphology of the transgenic animals was not severely affected by KE overexpression. However, we observed an age-dependent retinal degeneration both functionally and histologically. Female-specific follicular hyperplasia in the spleen and increased levels of lipofuscin in the adrenal gland were also seen in transgenic animals. CONCLUSIONS: Cellular degeneration in the retina of transgenic animals suggest that perturbation of the transforming growth factor beta (TGFbeta) family regulation may affect photoreceptor survival and may induce possible accelerated aging in several tissues. No corneal phenotype could be observed, probably due to the lack of transgene expression in this tissue.

Protein kinase C-zeta mediates retinal degeneration in response to TNF.

Tumor necrosis factor-alpha (TNF) has been implicated in retinal ganglion cells (RGC) degeneration in glaucoma. Atypical protein kinase C (PKC) zeta is involved in cell protection against various stresses. The aim of this study was to investigate the potential proapoptotic effects of intravitreal injections of TNF with or without PKCzeta specific inhibitor on the rat retina. TNF was injected in the vitreous of rat eyes alone or in combination with specific PKCzeta inhibitor. PKCzeta and NF-kappaB were studied by immunohistochemistry and western-blotting analysis on retina, and apoptosis quantified by the TUNEL assay. While low basal PKCzeta was observed in the control eyes, TNF induced intense expression of PKCzeta mostly in bipolar cells processes. PKCzeta staining became nuclear when TNF was coinjected with PKCzeta inhibitor. TNF alone did not induce apoptosis in the retina. Coinjection of the PKCzeta-specific inhibitor and TNF, however, induced apoptosis in the inner nuclear and ganglion cell layers. The PKCzeta-specific inhibitor unmasks retinal cells to TNF cytotoxicity showing a link between the proapoptotic effects of TNF and the antiapoptotic PKCzeta signaling pathway.

VEGF is a mediator of retinal pigment epithelium permeability leading to photoreceptor cell death in light-induced retinal degeneration : gene therapy strategy to prevent AMD-disorders

ABSTRACTIn normal tissues, a balance between pro- and anti-angiogenic factors tightly controls angiogenesis. Alterations of this balance may have pathological consequences. For instance, concerning the retina, the vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent pro-angiogenic factor, and has been identified has a key player during ocular neovascularization implicated in a variety of retinal diseases. In the exudative form (wet-form) of age-related macular degeneration (AMD), neovascularizations occurring from the choroidal vessels are responsible for a quick and dramatic loss of visual acuity. In diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, sprouting from the retinal vessels leads to vision loss. Furthermore, the aging of the population, the increased- prevalence of diabetes and the better survival rate of premature infants will lead to an increasing rate of these conditions. In this way, anti-VEGF strategy represents an important therapeutic target to treat ocular neovascular disorders.In addition, the administration of Pigmented Epithelial growth factor, a neurotrophic and an anti- angiogenic factor, prevents photoreceptor cell death in a model of retinal degeneration induced by light. Previous results analyzing end point morphology reveal that the light damage (LD) model is used to mimic retinal degenerations arising from environmental insult, as well as aging and genetic disease such as advanced atrophic AMD. Moreover, light has been identified as a co-factor in a number of retinal diseases, speeding up the degeneration process. This protecting effect of PEDF in the LD retina raises the possibility of involvement of the balance between pro- and anti-angiogenic factors not only for angiogenesis, but also in cell survival and maintenance.The aim of the work presented here was to evaluate the importance of this balance in neurodegenerative processes. To this aim, a model of light-induced retinal degeneration was used and characterized, mainly focusing on factors simultaneously controlling neuron survival and angiogenesis, such as PEDF and VEGF.In most species, prolonged intense light exposure can lead to photoreceptor cell damage that can progress to cell death and vision loss. A protocol previously described to induce retinal degeneration in Balb/c mice was used. Retinas were characterized at different time points after light injury through several methods at the functional and molecular levels. Data obtained confirmed that toxic level of light induce PR cell death. Variations were observed in VEGF pathway players in both the neural retina and the eye-cup containing the retinal pigment epithelium (RPE), suggesting a flux of VEGF from the RPE towards the neuroretina. Concomitantly, the integrity of the outer blood-retinal-barrier (BRB) was altered, leading to extravascular albumin leakage from the choroid throughout the photoreceptor layer.To evaluate the importance of VEGF during light-induced retinal degeneration process, a lentiviral vector encoding the cDNA of a single chain antibody directed against all VEGF-A isoforms was developed (LV-V65). The bioactivity of this vector to block VEGF was validated in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization mediated by VEGF upregulation. The vector was then used in the LD model. The administration of the LV-V65 contributed to the maintenance of functional photoreceptors, which was assessed by ERG recording, visual acuity measurement and histological analyses. At the RPE level, the BRB integrity was preserved as shown by the absence of albumin leakage and the maintenance of RPE cell cohesion.These results taken together indicate that the VEGF is a mediator of light induced PR degeneration process and confirm the crucial role of the balance between pro- and anti-angiogenic factors in the PR cell survival. This work also highlights the prime importance of BRB integrity and functional coupling between RPE and PR cells to maintain the PR survival. VEGF dysregulation was already shown to be involved in wet AMD forms and our study suggests that VEGF dysregulation may also occur at early stages of AMD and could thus be a potential therapeutic target for several RPE related diseases.RESUMEDans les différents tissues de l'organisme, l'angiogenèse est strictement contrôlée par une balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques. Des modifications survenant dans cette balance peuvent engendrer des conséquences pathologiques. Par exemple, concernant la rétine, le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) est un facteur pro-angiogénique important. Ce facteur a été identifié comme un acteur majeur dans les néovascularisations oculaires et les processus pathologiques angiogéniques survenant dans l'oeil et responsables d'une grande variété de maladies rétiniennes. Dans la forme humide de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), la néovascularisation choroïdienne est responsable de la perte rapide et brutale de l'acuité visuelle chez les patients affectés. Dans la rétinopathie diabétique et celle lié à la prématurité, l'émergence de néovaisseaux rétiniens est la cause de la perte de la vision. Les néovascularisations oculaires représentent la principale cause de cécité dans les pays développés. De plus, l'âge croissant de la population, la progression de la prévalence du diabète et la meilleure survie des enfants prématurés mèneront sans doute à l'augmentation de ces pathologies dans les années futures. Dans ces conditions, les thérapies anti- angiogéniques visant à inhiber le VEGF représentent une importante cible thérapeutique pour le traitement de ces pathologies.Plusieurs facteurs anti-angiogéniques ont été identifiés. Parmi eux, le facteur de l'épithélium pigmentaire (PEDF) est à la fois un facteur neuro-trophique et anti-angiogénique, et l'administration de ce facteur au niveau de la rétine dans un modèle de dégénérescence rétinienne induite par la lumière protège les photorécepteurs de la mort cellulaire. Des études antérieures basées sur l'analyse morphologique ont révélé que les modifications survenant lors de la dégénération induite suite à l'exposition à des doses toxiques de lumière représente un remarquable modèle pour l'étude des dégénérations rétiniennes suite à des lésions environnementales, à l'âge ou encore aux maladies génétiques telle que la forme atrophique avancée de la DMLA. De plus, la lumière a été identifiée comme un co-facteur impliqué dans un grand nombre de maladies rétiniennes, accélérant le processus de dégénération. L'effet protecteur du PEDF dans les rétines lésées suite à l'exposition de des doses toxiques de lumière suscite la possibilité que la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques soit impliquée non seulement dans les processus angiogéniques, mais également dans le maintient et la survie des cellules.Le but de ce projet consiste donc à évaluer l'implication de cette balance lors des processus neurodégénératifs. Pour cela, un modèle de dégénération induite par la lumière à été utilisé et caractérisé, avec un intérêt particulier pour les facteurs comme le PEDF et le VEGF contrôlant simultanément la survie des neurones et l'angiogenèse.Dans la plupart des espèces, l'exposition prolongée à une lumière intense peut provoquer des dommages au niveau des cellules photoréceptrices de l'oeil, qui peut mener à leur mort, et par conséquent à la perte de la vision. Un protocole préalablement décrit a été utilisé pour induire la dégénération rétinienne dans les souris albinos Balb/c. Les rétines ont été analysées à différents moments après la lésion par différentes techniques, aussi bien au niveau moléculaire que fonctionnel. Les résultats obtenus ont confirmé que des doses toxiques de lumière induisent la mort des photorécepteurs, mais altèrent également la voie de signalisation du VEGF, aussi bien dans la neuro-rétine que dans le reste de l'oeil, contenant l'épithélium pigmentaire (EP), et suggérant un flux de VEGF provenant de ΙΈΡ en direction de la neuro-rétine. Simultanément, il se produit une altération de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe, menant à la fuite de protéine telle que l'albumine, provenant de la choroïde et retrouvée dans les compartiments extravasculaires de la rétine, telle que dans la couche des photorécepteurs.Pour déterminer l'importance et le rôle du VEGF, un vecteur lentiviral codant pour un anticorps neutralisant dirigée contre tous les isoformes du VEGF a été développé (LV-V65). La bio-activité de ce vecteur a été testé et validée dans un modèle de laser, connu pour induire des néovascularisations choroïdiennes chez la souris suite à l'augmentation du VEGF. Ce vecteur a ensuite été utilisé dans le modèle de dégénération induite par la lumière. Les résultats des électrorétinogrammes, les mesures de l'acuité visuelle et les analyses histologiques ont montré que l'injection du LV-V65 contribue à la maintenance de photorécepteurs fonctionnels. Au niveau de l'EP, l'absence d'albumine et la maintenance des jonctions cellulaires des cellules de l'EP ont démontré que l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe est préservée suite au traitement.Par conséquent, tous les résultats obtenus indiquent que le VEGF est un médiateur important impliquée dans le processus de dégénération induit par la lumière et confirme le rôle cruciale de la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques dans la survie des photorécepteurs. Cette étude révèle également l'importance de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne et l'importance du lien fonctionnel et structurel entre l'EP et les photorécepteurs, essentiel pour la survie de ces derniers. Par ailleurs, Cette étude suggère que des dérèglements au niveau de l'équilibre du VEGF ne sont pas seulement impliqués dans la forme humide de la DMLA, comme déjà démontré dans des études antérieures, mais pourraient également contribuer et survenir dans des formes précoces de la DMLA, et par conséquent le VEGF représente une cible thérapeutique potentielle pour les maladies associées à des anomalies au niveau de l'EP.

Retinal pigment epithelium protein of 65 kDA gene-linked retinal degeneration is not modulated by chicken acidic leucine-rich epidermal growth factor-like domain containing brain protein/Neuroglycan C/ chondroitin sulfate proteoglycan 5.

PURPOSE: To analyze in vivo the function of chicken acidic leucine-rich epidermal growth factor-like domain containing brain protein/Neuroglycan C (gene symbol: Cspg5) during retinal degeneration in the Rpe65⁻/⁻ mouse model of Leber congenital amaurosis. METHODS: We resorted to mice with targeted deletions in the Cspg5 and retinal pigment epithelium protein of 65 kDa (Rpe65) genes (Cspg5⁻/⁻/Rpe65⁻/⁻). Cone degeneration was assessed with cone-specific peanut agglutinin staining. Transcriptional expression of rhodopsin (Rho), S-opsin (Opn1sw), M-opsin (Opn1mw), rod transducin α subunit (Gnat1), and cone transducin α subunit (Gnat2) genes was assessed with quantitative PCR from 2 weeks to 12 months. The retinal pigment epithelium (RPE) was analyzed at P14 with immunodetection of the retinol-binding protein membrane receptor Stra6. RESULTS: No differences in the progression of retinal degeneration were observed between the Rpe65⁻/⁻ and Cspg5⁻/⁻/Rpe65⁻/⁻ mice. No retinal phenotype was detected in the late postnatal and adult Cspg5⁻/⁻ mice, when compared to the wild-type mice. CONCLUSIONS: Despite the previously reported upregulation of Cspg5 during retinal degeneration in Rpe65⁻/⁻ mice, no protective effect or any involvement of Cspg5 in disease progression was identified.

Retinal degeneration depends on Bmi1 function and reactivation of cell cycle proteins.

The epigenetic regulator Bmi1 controls proliferation in many organs. Reexpression of cell cycle proteins such as cyclin-dependent kinases (CDKs) is a hallmark of neuronal apoptosis in neurodegenerative diseases. Here we address the potential role of Bmi1 as a key regulator of cell cycle proteins during neuronal apoptosis. We show that several cell cycle proteins are expressed in different models of retinal degeneration and required in the Rd1 photoreceptor death process. Deleting E2f1, a downstream target of CDKs, provided temporary protection in Rd1 mice. Most importantly, genetic ablation of Bmi1 provided extensive photoreceptor survival and improvement of retinal function in Rd1 mice, mediated by a decrease in cell cycle markers and regulators independent of p16(Ink4a) and p19(Arf). These data reveal that Bmi1 controls the cell cycle-related death process, highlighting this pathway as a promising therapeutic target for neuroprotection in retinal dystrophies.