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Determination of Photoreceptor Cell Spectral Sensitivity in an Insect Model from <em>In Vivo </em>Intracellular Recordings

Intracellular recording is a powerful technique used to determine how a single cell may respond to a given stimulus. In vision research, intracellular ...

University of California, Irvine

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Blood vessel formation in the vertebrate eye is a precisely regulated process. In the human retina, both an excess and a deficiency of blood vessels may lead to a loss of vision. To gain insight into the molecular basis of vessel formation in the vertebrate retina and to develop pharmacological means of manipulating this process in a living organism, we further characterized the embryonic zebrafish eye vasculature, and performed a small molecule screen for compounds that affect blood vessel morphogenesis. The screening of approximately 2000 compounds revealed four small molecules that at specific concentrations affect retinal vessel morphology but do not produce obvious changes in trunk vessels, or in the neuronal architecture of the retina. Of these, two induce a pronounced widening of vessel diameter without a substantial loss of vessel number, one compound produces a loss of retinal blood vessels accompanied by a mild increase of their diameter, and finally one other generates a severe loss of retinal vessels. This work demonstrates the utility of zebrafish as a screening tool for small molecules that affect eye vasculature and presents several compounds of potential therapeutic importance.

Small molecule screen for compounds that affect vascular development in the zebrafish retina.

Formaci&#xF3;n de vasos sangu&#xED;neos en el ojo de los vertebrados es un proceso de regulaci&#xF3;n precisa. En la retina humana, tanto un exceso y una deficiencia de los vasos sangu&#xED;neos puede conducir a una p&#xE9;rdida de visi&#xF3;n. Para conocer las bases moleculares de la formaci&#xF3;n de vasos en la retina de los vertebrados y el desarrollo de medios farmacol&#xF3;gicos de la manipulaci&#xF3;n de este proceso en un organismo vivo, se caracteriza, adem&#xE1;s, el sistema vascular del ojo de pez cebra embrionario, y realiz&#xF3; una pantalla de peque&#xF1;as mol&#xE9;culas de los compuestos que afectan a la morfog&#xE9;nesis de los vasos sangu&#xED;neos . El cribado de aproximadamente 2000 compuestos revel&#xF3; cuatro mol&#xE9;culas peque&#xF1;as que en concentraciones espec&#xED;ficas afectar morfolog&#xED;a buque retina, pero no producen cambios evidentes en los vasos del tronco, o en la arquitectura neuronal de la retina. De &#xE9;stos, dos inducir un ensanchamiento pronunciado de di&#xE1;metro del vaso sin una p&#xE9;rdida sustancial del n&#xFA;mero de vasos, un compuesto produce una p&#xE9;rdida de vasos sangu&#xED;neos de la retina acompa&#xF1;ado por un aumento moderado de su di&#xE1;metro, y finalmente otro genera una p&#xE9;rdida severa de vasos de la retina. Este trabajo demuestra la utilidad del pez cebra como una herramienta de detecci&#xF3;n de mol&#xE9;culas peque&#xF1;as que afectan a la vasculatura del ojo y presenta varios compuestos de importancia terap&#xE9;utica potencial.

Pantalla de peque&#xF1;as mol&#xE9;culas de compuestos que afectan el desarrollo vascular en la retina de pez cebra

Formation de vaisseaux sanguins dans l&#x26;#39;&#x153;il des vert&#xE9;br&#xE9;s est un processus r&#xE9;gl&#xE9; avec pr&#xE9;cision. Dans la r&#xE9;tine humaine, &#xE0; la fois un exc&#xE8;s et un d&#xE9;ficit des vaisseaux sanguins peut conduire &#xE0; une perte de vision. Pour mieux comprendre la base mol&#xE9;culaire de la formation de vaisseaux dans la r&#xE9;tine des vert&#xE9;br&#xE9;s et de d&#xE9;velopper des moyens pharmacologiques de la manipulation de ce processus dans un organisme vivant, nous avons encore caract&#xE9;ris&#xE9; le syst&#xE8;me vasculaire embryonnaire du poisson z&#xE8;bre oeil, et a effectu&#xE9; un &#xE9;cran petite mol&#xE9;cule pour les compos&#xE9;s qui affectent la morphogen&#xE8;se des vaisseaux sanguins . Le d&#xE9;pistage d&#x26;#39;environ 2000 compos&#xE9;s a r&#xE9;v&#xE9;l&#xE9; quatre petites mol&#xE9;cules qui, &#xE0; des concentrations sp&#xE9;cifiques affectent la morphologie des vaisseaux r&#xE9;tiniens, mais ne produisent pas de changements &#xE9;vidents dans les vaisseaux du tronc, ou dans l&#x26;#39;architecture neuronale de la r&#xE9;tine. Parmi ceux-ci, deux induisent un &#xE9;largissement marqu&#xE9; de diam&#xE8;tre du vaisseau, sans une perte consid&#xE9;rable du nombre navire, un compos&#xE9; produit une perte de vaisseaux sanguins de la r&#xE9;tine, accompagn&#xE9;s par une l&#xE9;g&#xE8;re augmentation de leur diam&#xE8;tre, et enfin une autre g&#xE9;n&#xE8;re une perte s&#xE9;v&#xE8;re des vaisseaux r&#xE9;tiniens. Ce travail d&#xE9;montre l&#x26;#39;utilit&#xE9; de poisson z&#xE8;bre comme un outil de d&#xE9;pistage pour les petites mol&#xE9;cules qui affectent le syst&#xE8;me vasculaire des yeux et pr&#xE9;sente plusieurs compos&#xE9;s d&#x26;#39;importance th&#xE9;rapeutique potentielle.

Ecran de petites mol&#xE9;cules pour des compos&#xE9;s qui affectent le d&#xE9;veloppement vasculaire dans la r&#xE9;tine poisson z&#xE8;bre

Blutgef&auml;&szlig;-Bildung in den Augen der Wirbeltiere ist ein genau geregelten Prozess. In der menschlichen Netzhaut k&ouml;nnen ein &Uuml;berma&szlig; und Mangel an Blutgef&auml;&szlig;e zu einem Verlust der Sehkraft f&uuml;hren. Einblick in die molekulare Grundlage der Schiff-Formation in der vertebrate Retina und pharmakologischen Mittel zur Manipulation dieser Proze&szlig; im lebenden Organismus zu entwickeln, wir weiter charakterisiert die embryonalen Zebrafisch-Auge-Gef&auml;&szlig;system und f&uuml;hrten einen kleines Molek&uuml;l-Bildschirm f&uuml;r Verbindungen, die Blutgef&auml;&szlig;e Morphogenese beeinflussen. Das Screening von rund 2000 Verbindungen ergeben vier kleine Molek&uuml;le, die in bestimmten Konzentrationen beeinflussen retinale Schiff Morphologie, aber produzieren nicht offensichtliche &Auml;nderungen im Stamm-Schiffe oder in der neuronalen Architektur der Netzhaut. Von diesen zwei induzieren eine ausgepr&auml;gte Erweiterung der Beh&auml;lterdurchmesser ohne einen erheblichen Verlust des Schiffes Nummer eine Verbindung erzeugt einen Verlust von retinalen Blutgef&auml;sse, begleitet von einem milden Anstieg von deren Durchmesser und schlie&szlig;lich eine andere generiert einen schweren Verlust der retinalen Gef&auml;&szlig;e. Diese Arbeit zeigt den Nutzen der Zebrafisch als ein Screening-Tool f&uuml;r kleine Molek&uuml;le, die Auge Gef&auml;&szlig;system betreffen und stellt mehrere Verbindungen von potenziellen therapeutischen Bedeutung.

Kleines Molek&uuml;l Bildschirm f&uuml;r Verbindungen, die vaskul&auml;re Entwicklung der Zebrafisch-Retina beeinflussen.

Formazione dei vasi sanguigni negli occhi vertebrati &egrave; un processo regolato precisamente. Nella retina umana, un deficit dei vasi sanguigni e un eccesso pu&ograve; portare a una perdita della visione. Guadagno spaccato la base molecolare della nave formazione della retina vertebrati e sviluppare mezzi farmacologici di manipolare questo processo in un organismo vivente, abbiamo ulteriormente caratterizzato la vascolarizzazione occhio Danio rerio embrionale ed eseguita una schermata piccola molecola per composti che influiscono sulla morfogenesi dei vasi sanguigni. Lo screening di composti circa 2000 ha rivelato quattro piccole molecole che a concentrazioni specifiche influenzano la morfologia dei vasi della retina, ma non producono cambiamenti evidenti nei vasi del tronco, o nell&#39;architettura neuronale della retina. Di questi, due indurre un pronunciato allargamento del diametro del vaso senza una perdita sostanziale del numero di navi, uno composto produce una perdita di vasi sanguigni della retina accompagnato da un lieve aumento del loro diametro, e infine un altro genera una grave perdita dei vasi della retina. Questo lavoro dimostra l&#39;utilit&agrave; di zebrafish come uno strumento di screening per piccole molecole che colpiscono il sistema vascolare occhio e presenta diversi composti di importanza potenziale terapeutico.

Schermata piccola molecola per i composti che influenzano lo sviluppo vascolare della retina di zebrafish.

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While the ecological factors that drive phenotypic radiations are often well understood, less is known about the generative mechanisms that cause the emergence and subsequent diversification of novel features. Heliconius butterflies display an extraordinary diversity of wing patterns due in part to mimicry and sexual selection. Identifying the genetic drivers of this crucible of evolution is now within reach, as it was recently shown that cis-regulatory variation of the optix transcription factor explains red pattern differences in the adaptive radiations of the Heliconius melpomene and Heliconius erato species groups.

Kyle J. McCulloch

Department of Ecology and Evolutionary Biology

University of California, Irvine

Determination of Photoreceptor Cell Spectral Sensitivity in an Insect Model from In Vivo Intracellular Recordings

Kyle J. McCulloch

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University of California, Irvine

Determination of Photoreceptor Cell Spectral Sensitivity in an Insect Model from In Vivo Intracellular Recordings

Department of Ecology and Evolutionary Biology