This thesis investigated the spatial distribution and mutual interaction of AMPA-type glutamate receptors (GluAs) and connexin57 (Cx57)-containing gap junctions in mouse retinal horizontal cells. Using immunofluorescence and confocal microscopy, the study identified GluA2 clusters at desmosome-like junctions beneath cone pedicles in close association with Cx57, suggesting interactions between chemical and electrical synapses. Analysis of transgenic mouse models revealed that Cx57 expression depends on the presence of GluA2/4 at the dendrites of horizontal cells. These results suggest a glutamatergic dependent plasticity of gap junctional coupling within the dendritic network of horizontal cells. Additional analyses revealed, that the colocalization of ZO-1 with Cx57 exhibits regional variations, which are linked to the dorso-ventral gradient of S-opsin expression. These findings highlight adaptations in synaptic architecture across the retina for optimized visual processing.
Diese Arbeit dokumentiert die räumliche Verteilung und Interaktion von Glutamatrezeptoren (GluAs, AMPA-Typ) und Connexin57 (Cx57)-haltigen elektrischen Synapsen in Horizontalzellen (HC) der Mausretina. Mittels konfokaler Fluoreszenzmikroskopie wurden GluA2-Cluster und Cx57 assoziiert unterhalb der Zapfensynapsen nachgewiesen, was auf eine Interaktion zwischen chemischen und elektrischen Synapsen hindeutet. Ergänzend zeigten Analysen transgener Mausmodelle eine Abhängigkeit der Cx57-Expression von der Präsenz von GluA2/4 in Dendriten von HC. Dies weist auf eine von GluAs abhängige Plastizität der elektrischen Kopplung innerhalb des dendritischen HC-Netzwerks hin. Außerdem zeigten das ZO-1-Protein und Cx57 regionale Unterschiede in ihrem Kolokalisationsmuster. Diese korrelieren mit dem dorso-ventralen Gradienten der S-Opsin-Expression. Zusammenfassend dokumentieren diese Ergebnisse einige Anpassungen der synaptischen Architektur in der Retina für eine optimierte visuelle Verarbeitung.
von Matteo Spinelli ; Alejandra Jesús Acevedo Harnecker ; Christoph T. Block ; Lucia Lindenthal ; Fabian Schuhmann ; Martin Greschner ; Ulrike Janssen-Bienhold ; Karin Dedek ; Christian Puller
Guanylatcyclase-aktivierende Proteine (GCAPs) sind neuronale Calciumsensoren, die Ca2+-abhängig retinale Guanylatcyclasen (GCs) aktivieren. GCAP5 aus der Retina des Zebrafisches (Danio rerio) besitzt einen nicht konservierten Cysteincluster am N-Terminus. C15 und C17 verhindern eine Ca2+-abhängige Konformationsänderung, die für die Ca2+-abhängige Regulation retinaler GCs essenziell ist. Im Gegenzug vermitteln sie eine redox-abhängige Regulation. Außerdem bindet GCAP5 zweiwertiges Eisen mit nanomolarer Affinität (Lim et al. 2017, Biochemistry 56(51): 6652-6661): Zwei GCAP5-Moleküle koordinieren ein zweiwertiges Eisenion mit C15 und C17, indem sie einen [Fe(SCys)4]-Komplex bilden. Diese ungewöhnlichen Eigenschaften von GCAP5 lassen auf eine mögliche Beteiligung an zellschützenden Prozessen unter oxidativen Stresssituationen schließen.
Guanylate cyclase-activating proteins (GCAPs) are neuronal calcium sensors that activate retinal guanylate cyclases (GCs) in a Ca2+-dependent manner. GCAP5 from the retina of the zebrafish (Danio rerio) harbors a non-conserved cysteine cluster at its N-terminal. C15 and C17 prevent a Ca2+-dependent conformational change essential for a Ca2+-dependent regulation of retinal GCs. In exchange, they mediate redox-sensitive regulation. Further, GCAP5 binds ferrous iron with nanomolar affinity (Lim et al. 2017, Biochemistry 56(51): 6652-6661): Two GCAP5 molecules coordinate one ferrous iron with C15 and C17, forming an iron-sulfur cluster in a [Fe(SCys)4] complex. These unusual characteristics of GCAP5 lead to the conclusion that it might be involved in cell protection under oxidative stress conditions.
An der Photorezeptor-Bandsynapse werden die Lichtinformationen der Photorezeptoren auf Horizontalzellen und Bipolarzellen übertragen. In dieser Arbeit sollte anhand von Horizontalzell-ablatierten und konditionalen N-Cadherin-Knock-Out-Mäusen untersucht werden, welche Rolle Horizontalzellen und N-Cadherin in der Entwicklung dieser Synapse spielen. Eine immunhistochemische und elektronenmikroskopische Analyse der Horizontalzell-ablatierten Retinen zeigte, dass in den Photorezeptorterminalien invaginierende ON-Bipolarzelldendriten fehlten und der Proteinband-Aufbau und die postsynaptische Rekrutierung von mGluR6 und GPR179 gestört war. Diese Befunde demonstrieren, dass die Horizontalzellen für die Bildung der Synapsen zwischen Photorezeptoren und ON-Bipolarzellen essenziell sind. Cdh2fl/fl:Cx57+/Cre-Mäuse waren nicht überlebensfähig, weshalb sie sich nicht zur Untersuchung der Entwicklung der Photorezeptor-Bandsynapsen in Abwesenheit der N-Cadherin-Expression in Horizontalzellen eigneten.
At the photoreceptor ribbon synapse, photoreceptors transfer light information to horizontal cells and bipolar cells. This thesis aimed to investigate the role of horizontal cells and N-cadherin in the formation of this synapse with the help of horizontal cell-ablated and conditional N-cadherin knock-out mice. Immunohistochemical and electron microscopic analysis of horizontal cell-ablated retinae revealed that photoreceptor terminals were lacking invaginating ON bipolar cell dendrites. Moreover, ribbon assembly and postsynaptic recruitment of mGluR6 and GPR179 was impaired. These findings demonstrate that horizontal cells are essential for the formation of synapses between photoreceptors and ON bipolar cells. Cdh2fl/fl:Cx57+/Cre mice were not viable and thus not suitable to investigate the formation of the photoreceptor ribbon synapse in the absence of N-cadherin expression in horizontal cells.
An der Photorezeptor-Bandsynapse werden die Lichtinformationen der Photorezeptoren auf Horizontalzellen und Bipolarzellen übertragen. In dieser Arbeit sollte anhand von Horizontalzell-ablatierten und konditionalen N-Cadherin-Knock-Out-Mäusen untersucht werden, welche Rolle Horizontalzellen und N-Cadherin in der Entwicklung dieser Synapse spielen. Eine immunhistochemische und elektronenmikroskopische Analyse der Horizontalzell-ablatierten Retinen zeigte, dass in den Photorezeptorterminalien invaginierende ON-Bipolarzelldendriten fehlten und der Proteinband-Aufbau und die postsynaptische Rekrutierung von mGluR6 und GPR179 gestört war. Diese Befunde demonstrieren, dass die Horizontalzellen für die Bildung der Synapsen zwischen Photorezeptoren und ON-Bipolarzellen essenziell sind. Cdh2fl/fl:Cx57+/Cre-Mäuse waren nicht überlebensfähig, weshalb sie sich nicht zur Untersuchung der Entwicklung der Photorezeptor-Bandsynapsen in Abwesenheit der N-Cadherin-Expression in Horizontalzellen eigneten.
At the photoreceptor ribbon synapse, photoreceptors transfer light information to horizontal cells and bipolar cells. This thesis aimed to investigate the role of horizontal cells and N-cadherin in the formation of this synapse with the help of horizontal cell-ablated and conditional N-cadherin knock-out mice. Immunohistochemical and electron microscopic analysis of horizontal cell-ablated retinae revealed that photoreceptor terminals were lacking invaginating ON bipolar cell dendrites. Moreover, ribbon assembly and postsynaptic recruitment of mGluR6 and GPR179 was impaired. These findings demonstrate that horizontal cells are essential for the formation of synapses between photoreceptors and ON bipolar cells. Cdh2fl/fl:Cx57+/Cre mice were not viable and thus not suitable to investigate the formation of the photoreceptor ribbon synapse in the absence of N-cadherin expression in horizontal cells.
