Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình định hướng của các tế bào hạch võng mạc được chỉ định bằng gen tham gia vào các mạch hình ảnh
Tóm tắt
Có rất nhiều loại tế bào hạch võng mạc (RGC) chức năng khác nhau, mỗi loại tham gia vào các mạch truyền thông tin mã hóa một khía cạnh cụ thể của cảnh vật. Tính đặc thù chức năng này xuất phát từ hình thái học khác biệt của các RGC và sự hình thành synapse chọn lọc với các loại tế bào võng mạc khác; tuy nhiên, cách thức những đặc tính này được thiết lập trong quá trình phát triển vẫn chưa rõ ràng. Islet2 (Isl2) là một yếu tố phiên mã LIM-homeodomain được biểu hiện trong võng mạc đang phát triển, bao gồm khoảng 40% tất cả các RGC, và trước đây đã được chứng minh có liên quan đến việc xác định kiểu con của các nơron vận động tủy sống. Dựa vào điều này, chúng tôi giả thuyết rằng các RGC Isl2+ đại diện cho một phân nhóm liên quan chia sẻ một chức năng chung. Chúng tôi đã phân loại hình thái và phân tử của các RGC Isl2+ bằng cách sử dụng một dòng chuột chuyển gen thể hiện GFP trong thân tế bào, nhánh và trục của các tế bào Isl2+ (Isl2-GFP). Các RGC Isl2-GFP có hình thái khác biệt và mô hình phân tầng nhánh trong lớp mạng nội nguyên vĩ và chiếu tới các nhân thị giác chọn lọc. Việc điền mục tiêu của các tế bào đơn lẻ tiết lộ rằng phần lớn các RGC Isl2-GFP có nhánh đơn tầng trong lớp S3 của IPL, gợi ý rằng chúng không phải là các tế bào hạch cảm ứng hướng ON-OFF. Phân tích phân tử cho thấy hầu hết các alpha-RGC, được chỉ định bởi sự biểu hiện của SMI-32, cũng là các RGC Isl2-GFP. Các RGC Isl2-GFP chiếu tới hầu hết các nhân nhận giác mạc trong giai đoạn phát triển sớm, nhưng đặc biệt chiêu mộ nhân xung quanh bên trên giới hạn của hạch gen và vùng trên dưới (SC) khi mở mắt. Cuối cùng, chúng tôi chỉ rằng sự phân tách giữa các trục RGC Isl2+ và Isl2- trong SC dẫn đến sự phân tách của các loại RGC chức năng. Tóm lại, những dữ liệu này gợi ý rằng các RGC Isl2+ bao gồm một lớp đặc biệt và hỗ trợ vai trò của Isl2 như một thành phần quan trọng của một mã yếu tố phiên mã xác định các mạch hình ảnh chức năng. Hơn nữa, nghiên cứu này mô tả một dòng chuột đánh dấu gen mới mà sẽ là nguồn tài nguyên quý giá trong các nghiên cứu tương lai về các cơ chế phân tử của việc hình thành mạch thị giác.
Từ khóa
#tế bào hạch võng mạc #yếu tố phiên mã #quá trình phát triển #phân tử học #mạch hình ảnhTài liệu tham khảo
Masland RH: The neuronal organization of the retina. Neuron. 2012, 76: 266-280. 10.1016/j.neuron.2012.10.002.
Bodnarenko SR, Chalupa LM: Stratification of ON and OFF ganglion cell dendrites depends on glutamate-mediated afferent activity in the developing retina. Nature. 1993, 364: 144-146. 10.1038/364144a0.
Xu H-P, Tian N: Glycine receptor-mediated synaptic transmission regulates the maturation of ganglion cell synaptic connectivity. J Comp Neurol. 2008, 509: 53-71. 10.1002/cne.21727.
Anishchenko A, Greschner M, Elstrott J, Sher A, Litke AM, Feller MB, Chichilnisky E: Receptive field mosaics of retinal ganglion cells are established without visual experience. J Neurophysiol. 2010, 103: 1856-1864. 10.1152/jn.00896.2009.
Elstrott J, Anishchenko A, Greschner M, Sher A, Litke A, Chichilnisky E, Feller M: Direction selectivity in the retina is established independent of visual experience and cholinergic retinal waves. Neuron. 2008, 58: 499-506. 10.1016/j.neuron.2008.03.013.
Kerschensteiner D, Morgan JL, Parker ED, Lewis RM, Wong ROL: Neurotransmission selectively regulates synapse formation in parallel circuits in vivo. Nature. 2009, 460: 1016-1020. 10.1038/nature08236.
Hodge RD, Kahoud RJ, Hevner RF: Transcriptional control of glutamatergic differentiation during adult neurogenesis. Cell Mol Life Sci. 2012, 69: 2125-2134. 10.1007/s00018-011-0916-y.
Leone DP, Srinivasan K, Chen B, Alcamo E, Mcconnell SK: The determination of projection neuron identity in the developing cerebral cortex. Curr Opin Neurobiol. 2008, 18: 28-35. 10.1016/j.conb.2008.05.006.
Shirasaki R, Pfaff SL: Transcriptional codes and the control of neuronal identity. Annu Rev Neurosci. 2002, 25: 251-281. 10.1146/annurev.neuro.25.112701.142916.
Brown NL, Patel S, Brzezinski J, Glaser T: Math5 is required for retinal ganglion cell and optic nerve formation. Development. 2001, 128: 2497-2508.
Badea TC, Cahill H, Ecker J, Hattar S, Nathans J: Distinct roles of transcription factors brn3a and brn3b in controlling the development, morphology, and function of retinal ganglion cells. Neuron. 2009, 61: 852-864. 10.1016/j.neuron.2009.01.020.
Wang L, Sarnaik R, Rangarajan K, Liu X, Cang J: Visual receptive field properties of neurons in the superficial superior colliculus of the mouse. J Neurosci. 2010, 30: 16573-16584. 10.1523/JNEUROSCI.3305-10.2010.
Piscopo DM, El-Danaf RN, Huberman AD, Niell CM: Diverse visual features encoded in mouse lateral geniculate nucleus. J Neurosci. 2013, 33: 4642-4656. 10.1523/JNEUROSCI.5187-12.2013.
Cang J, Feldheim DA: Developmental mechanisms of topographic map formation and alignment. Annu Rev Neurosci. 2013, 36: 51-77. 10.1146/annurev-neuro-062012-170341.
Thaler JP, Koo SJ, Kania A, Lettieri K, Andrews S, Cox C, Jessell TM, Pfaff SL: A postmitotic role for Isl-class LIM homeodomain proteins in the assignment of visceral spinal motor neuron identity. Neuron. 2004, 41: 337-350. 10.1016/S0896-6273(04)00011-X.
Pak W, Hindges R, Lim Y-S, Pfaff SL, O'Leary DDM: Magnitude of binocular vision controlled by islet-2 repression of a genetic program that specifies laterality of retinal axon pathfinding. Cell. 2004, 119: 567-578. 10.1016/j.cell.2004.10.026.
Gong S, Zheng C, Doughty ML, Losos K, Didkovsky N, Schambra UB, Nowak NJ, Joyner A, Leblanc G, Hatten ME, Heintz N: A gene expression atlas of the central nervous system based on bacterial artificial chromosomes. Nature. 2003, 425: 917-925. 10.1038/nature02033.
Haverkamp S, Ghosh KK, Hirano AA, Wässle H: Immunocytochemical description of five bipolar cell types of the mouse retina. J Comp Neurol. 2002, 455: 463-476.
Kim DS, Ross SE, Trimarchi JM, Aach J, Greenberg ME, Cepko CL: Identification of molecular markers of bipolar cells in the murine retina. J Comp Neurol. 2008, 507: 1795-1810. 10.1002/cne.21639.
Haverkamp S, Haeseleer F, Hendrickson A: A comparison of immunocytochemical markers to identify bipolar cell types in human and monkey retina. Vis Neurosci. 2003, 20: 589-600. 10.1017/S0952523803206015.
Feng L, Xie Z-H, Ding Q, Xie X, Libby RT, Gan L: MATH5 controls the acquisition of multiple retinal cell fates. Mol Brain. 2010, 3: 36-10.1186/1756-6606-3-36.
Quina LA, Pak W, Lanier J, Banwait P, Gratwick K, Liu Y, Velasquez T, O'Leary DDM, Goulding M, Turner EE: Brn3a-expressing retinal ganglion cells project specifically to thalamocortical and collicular visual pathways. J Neurosci. 2005, 25: 11595-11604. 10.1523/JNEUROSCI.2837-05.2005.
Brown A, Yates PA, Burrola P, Ortuño D, Vaidya A, Jessell TM, Pfaff SL, O'Leary DD, Lemke G: Topographic mapping from the retina to the midbrain is controlled by relative but not absolute levels of EphA receptor signaling. Cell. 2000, 102: 77-88. 10.1016/S0092-8674(00)00012-X.
Dhande OS, Hua EW, Guh E, Yeh J, Bhatt S, Zhang Y, Ruthazer ES, Feller MB, Crair MC: Development of single retinofugal axon arbors in normal and {beta}2 knock-out mice. J Neurosci. 2011, 31: 3384-3399. 10.1523/JNEUROSCI.4899-10.2011.
Ecker JL, Dumitrescu ON, Wong KY, Alam NM, Chen S-K, Legates T, Renna JM, Prusky GT, Berson DM, Hattar S: Melanopsin-expressing retinal ganglion-cell photoreceptors: cellular diversity and role in pattern vision. Neuron. 2010, 67: 49-60. 10.1016/j.neuron.2010.05.023.
Estevez ME, Fogerson PM, Ilardi MC, Borghuis BG, Chan E, Weng S, Auferkorte ON, Demb JB, Berson DM: Form and function of the M4 cell, an intrinsically photosensitive retinal ganglion cell type contributing to geniculocortical vision. J Neurosci. 2012, 32: 13608-13620. 10.1523/JNEUROSCI.1422-12.2012.
Sun W, Li N, He S: Large-scale morphological survey of mouse retinal ganglion cells. J Comp Neurol. 2002, 451: 115-126. 10.1002/cne.10323.
Kim I-J, Zhang Y, Meister M, Sanes JR: Laminar restriction of retinal ganglion cell dendrites and axons: subtype-specific developmental patterns revealed with transgenic markers. J Neurosci. 2010, 30: 1452-1462. 10.1523/JNEUROSCI.4779-09.2010.
Hong YK, Kim I-J, Sanes JR: Stereotyped axonal arbors of retinal ganglion cell subsets in the mouse superior colliculus. J Comp Neurol. 2011, 519: 1691-1711. 10.1002/cne.22595.
Huberman AD, Manu M, Koch SM, Susman MW, Lutz AB, Ullian EM, Baccus SA, Barres BA: Architecture and activity-mediated refinement of axonal projections from a mosaic of genetically identified retinal ganglion cells. Neuron. 2008, 59: 425-438. 10.1016/j.neuron.2008.07.018.
Huberman AD, Wei W, Elstrott J, Stafford BK, Feller MB, Barres BA: Genetic identification of an On-Off direction-selective retinal ganglion cell subtype reveals a layer-specific subcortical map of posterior motion. Neuron. 2009, 62: 327-334. 10.1016/j.neuron.2009.04.014.
Reber M, Burrola P, Lemke G: A relative signaling model for the formation of a topographic neural map. Nature. 2004, 431: 847-853. 10.1038/nature02957.
Triplett JW, Owens MT, Yamada J, Lemke G, Cang J, Stryker MP, Feldheim DA: Retinal input instructs alignment of visual topographic maps. Cell. 2009, 139: 175-185. 10.1016/j.cell.2009.08.028.
Grimbert F, Cang J: New model of retinocollicular mapping predicts the mechanisms of axonal competition and explains the role of reverse molecular signaling during development. J Neurosci. 2012, 32: 9755-9768. 10.1523/JNEUROSCI.6180-11.2012.
Zhang YY, Kim I-JI, Sanes JRJ, Meister MM: The most numerous ganglion cell type of the mouse retina is a selective feature detector. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012, 109: E2391-E2398. 10.1073/pnas.1211547109.
Harrington ME: The ventral lateral geniculate nucleus and the intergeniculate leaflet: interrelated structures in the visual and circadian systems. Neurosci Biobehav Rev. 1997, 21: 705-727. 10.1016/S0149-7634(96)00019-X.
Triplett JW, Pfeiffenberger C, Yamada J, Stafford BK, Sweeney NT, Litke AM, Sher A, Koulakov AA, Feldheim DA: Competition is a driving force in topographic mapping. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011, 108: 19060-19065. 10.1073/pnas.1102834108.
Hubel DH, Wiesel TN: Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex. J Physiol Lond. 1962, 160: 106-154.
Huberman AD, Niell CM: What can mice tell us about how vision works?. Trends Neurosci. 2011, 34: 464-473. 10.1016/j.tins.2011.07.002.
Li Y, Lu H, Cheng P-L, Ge S, Xu H, Shi S-H, Dan Y: Clonally related visual cortical neurons show similar stimulus feature selectivity. Nature. 2012, 486: 118-121.