Cell and molecular biology of photoreceptor development  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73000
Type K
Principal investigator Szél, Ágoston
Title in Hungarian A fotoreceptor-fejlődés sejt- és molekuláris biológiája
Title in English Cell and molecular biology of photoreceptor development
Keywords in Hungarian fotoreceptor, fejlődésbiológia, molekuláris biológia, elektronmikroszkópia
Keywords in English photoreceptor, developmental biology, molecular biology, electron microscopy
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Ortelius classification: Cytochemistry
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Anatomy, Histology and Embryology (Semmelweis University)
Participants Berta, Ágnes
L. Kiss, Anna
Lukáts, Ákos
Magyar, Attila
Szabó, Arnold
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-04-30
Funding (in million HUF) 19.955
FTE (full time equivalent) 9.26
state closed project
Summary in Hungarian
A fotoreceptor-fejlődés sejt- és molekuláris biológiája

A szembe érkező fényingereket a retina fotoreceptor sejtjei, a csapok és a pálcikák alakítják ingerületté. Ezek kültagjaiban találhatóak az ún. fotopigmentek, amelyek a jelátviteli folyamatot beindítják. Az alacsony ingerküszöbű, rodoposzin tartalmú pálcikák a szürkületi fényre is érzékenyek, sőt fel is erősítik azt, míg a csapok a nappali látásért felelősek.
Az elmúlt évek számos közleménye arra utal, hogy a fototranszdukció résztvevői egy közös speciális membránterületen, ún. lipid rafton lelyezkednek el A lipid raftoknak egy speciális alcsoportját képezik a caveolák, melyek egy jellegzetes intramembrán proteinnel, caveolinnal rendelkeznek Az elmúlt években vizsgálatokat végeztünk azzal kapcsolatban, hogy a retina tartalmaz-e caveolinokat. Elsőként írtuk le az emberi retina, később az örvösnyakú maki retinájának caveolin eloszlását. Újabban az érdeklődés középpontjába került, hogy a caveolin-1-nek fontos szerepe van a fejlődés során. Ennek hatására kezdtünk el vizsgálatokat végezni a fejlődő retinákon. Előzetes eredményeink szerint mind a caveolin-1, mind a cavelon-2 expresszálódik a fejlődés során, sőt az expressziójukban változások figyelhetőek meg. Vizsgálataink során a hagyományos morfológiai technikákat (fénymikroszkóp, elektron mikroszkóp, konfokális mikroszkóp) szeretnénk ötvözni a legújabb biokémiai módszerekkel (Western blot, immunprecipitáció, pcr, Fret analízis). Ezek segítségével kívánjuk végigkövetni a fototranszdukciós fehérjék expresszióját a fejlődés során és választ találni arra a kérdésre, hogy mi a caveolinok pontos szerepe a retinában ill. a fotoreceptor sejtekben.
A téma sokszínűsége és újszerűsége miatt meggyőződésünk, hogy eddigi előzetes eredményeink csak bevezető lépései egy igen nagy horderejű témának, amely nem csak az alapkuatatásban kaphat helyet, hanem később klinikai kuatatások alapjául szolgálhat
Summary
Cell- and molecular biology of photoreceptor development

The process of visual perception begins in the retinal photoreceptor cells: the rods and the cones. The rods, containing rhodopsin, have lower threshold sensitivity; they amplify light signals more than cones, and are therefore responsible for twilight (scotopic) vision. Recent studies suggest that the phototransduction members and also some of their modulators are arranged in special membrane domains, called lipid rafts. Detergent-resistant membranes (DRMs) have been isolated as in vitro models of lipid rafts, from photoreceptor outer segments. Photoreceptor DRM are also enriched in caveolin-1, a protein consituent of specialized lipid raft domains called caveolae. Only a few reports have been published about the presence and distribution of caveolin in the retina so far. We were the first to report the distribution of caveolin isoforms in the retina of human, then in the ruffed lemur. However the expression of caveolin-1 and caveolin-2 in rods is no longer a matter of dispute, their exact function is still unanswered.
Lately it has been demonstrated, that caveolin-1 plays an important role in neural development, which influenced us to start observations about the caveolin distribution in developing retinas. We found that both caveolin-1 and caveolin-2 are expressed in the developing retinas and additionally their expression level seem to change during the development. To understand the expression, rearrangement and modulation of phototransduction members we would like to combine the classical morphological methods (light microscopy, confocal microscopy, electon microscopy) with the modern biochemical ones (Western blot, immunoprcipitation, pcr, Fret analysis). We are sure, that our preliminary results are only a the first few steps in a broad topic, in which efficient work is expected. Our prospective results can not only broaden facts in basic reseach, but also can be basis for clinical studies.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az opszinváltás szabályozása fajonként eltérő, tiroxin és TRβ2 nélkülözhetetlen a zöld csapfejlődéshez. A receptormegoszlás időbeli és térbeli mintázatával igazoltuk a tiroxint mediáló TRβ2 szerepét. Tenyésztő módszerünkkel a fotoreceptor-differenciálódás szérummentes környezetben is végbemegy, a világon először definitív médiumban vizsgálható. Más faktorok (A- és E-vitamin, BDNF) is hatnak a pigment-expresszióra. Szelektív neurotrophin antagonisták az opszin és a TrkB receptor kapcsoltságára utalnak. Az erythropoietin retinális expressziója HIF1-α szabályozás alatt áll és időben változik a fejlődés korai szakaszában. Szemnyitás után a retinában lecsökken a transzdukciós molekulák szintje, kivéve a fotoreceptorokat. A sejttestben szintetizálódnak, közös lipid rafton kerülnek a kültagba és játszanak szerepet a fejlődésben. Az STK38L gén homozigóta mutációja befolyásolja a fotoreceptor-fejlődést. Sejthalál és proliferáció egyaránt jelen van. Hibrid sejtek jelennek meg pálcika-, kisebb mértékben S-opszin termeléssel. A differenciált, mutáns sejtek a degenerációs gén hatására megőrzik osztódóképességüket. A melatonin éjszaka termelődik, éjjeli világítás a hormontermelés gátlásával patológiás folyamatokat (emlő és colorectalis carcinoma) okozhat. A pineális szerv emlősben elvesztette fotoreceptor működését és szimpatikus rostokon a retinából kap információt. Mivel a pineális melatoninképzést rövidhullámú fény gátolja, éjjeli műszakban hosszúhullámú megvilágítást kell használni.
Results in English
Regulation of opsin-switch varies across species. Thyroxin and TRß2 receptor is essential for green cone development. Spatial and temporal receptor distribution proved the role of TRß2 mediating thyroxin. Photoreceptor differentiation is completed in our culture method in serum-free medium, allowing its examination in a definitive paradigm. Other factors such as Vitamins A and E, BDNF) also influence visual pigment expression. Selective neurotrophin antagonists reveal the close connection of opsin and Trkß. Retinal expression of erythropoietin is under the regulation of HIF1- α, and changes during development. Transduction molecule levels decrease after eye opening, except for photoreceptors. They are synthesized in the cell body, located and transported in the outer segment on common lipid rafts and play a developmental role. Homozygotic mutation of STK38L influences photoreceptor development. Cell death and proliferation are equally present. Hybrid photoreceptors appear that express rod and, to a lesser extent, S-opsin. The degenerated, hybrid mutants retain their capacity to divide. Melatonin is produced at night. Nocturnal light exposition inhibiting hormone production may generate pathological processes (e.g.: carcinomas). The pineal organ in mammals has lost its photoreceptor function and receives information from the retina via sympathetic fibers. Since short wave light inhibits melatonin production, long-wave illumination is recommended during night-shift.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73000
Decision
Yes





 

List of publications

  
Berta ÁI, Müllner N, Lukáts Á, Szabó A, Halász G, Szél Á: Localization of caveolin-1 and c-src in mature and differentiating photoreceptors: raft proteins co-distribute with rhodopsin during development, J Mol Histol, 42:523-533, 2011
B. Vigh, M.J. Manzano, A. Magyar, A. Szel: Filtered, short wave-free light may reduce health risks caused by low pineal melatonin secretion during night illumination, Asia Oceania Conference on Photobiology, Varanasi, India, 2008
Béla Vigh, Maria João Manzano e Silva, Vincze Csilla, Magyar Attila, Szabó László, Szél Ágoston: Short-wavelength sensitive nonvisual photoreceptors, their role in the pathological effects of night illumination, 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, Hungary, 2009
M.J. Manzano e Silva, B. Vigh, A. Magyar, Á. Szél: Pineal autonomic nerves of monkey terminating on vessels their supposed role in melatonin secretion, Magyar Anatómus Társaság XV. Kongresszusa, Budapest, 2009
Maria João Manzano e Silva, Béla Vigh, Attila Magyar, Ágoston Szél: How to reduce health risks caused by low pineal melatonin secretion during night illumination, 19th International Symposium on Shiftwork and Working time San Servolo Island Venezia, Italy,, 2009
Arango-Gonzalez B, Szabó A, Pinzon-Duarte G, Lukáts Á, Guenther E, Kohler K: In vivo and in vitro development of S- and M-cones in rat retina, Asia Oceania Conference on Photobiology, Varanasi, India, 2010
Doma V, Halász G, Szabó A, Berta ÁI, Végvári G, Röhlich P, Szél Á, Lukáts Á: M/L-cone development in in vivo organotypic retinal cultures, Magyar Idegtudományi Társaság (MITT) XII. Konferenciája, Budapest, 2009. január 22-24., 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Deák G, Lukáts Á, Berta ÁI, Szél Á: Erythropoietin expresson during the postnatal development of the rat retina, Magyar Idegtudományi Társaság (MITT) XII. Konferenciája, Budapest, 2009. január 22-24., 2009
Halász G, Doma V, Lukáts Á, Szabó A, Magyar A, Szél Á: In vitro organotipikus retina modell az M-csapok fejlődésének vizsgálatára hörcsögben, Ph.D. Tudományos Napok, Semmelweis Egyetem, Budapest, 2009. március 30-31, 2009
Doma V, Halász G, Szabó A, Berta ÁI, Végvári G, Magyar A, Röhlich P, Szél Á, Lukáts Á: Az M/L-csapok fejlődésére ható faktorok vizsgálata in vitro organotipikus retinakultúrákban, XV. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Nyíregyháza, 2009. április 17-19, 2009
Halász G, Doma V, Lukáts Á, Szabó A, Magyar A, Szél Á: In vitro organotipikus retina modell az M csapok fejlődésének vizsgálatára hörcsögben, XV. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Nyíregyháza, 2009. április 17-19, 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Berta ÁI, Lukáts Á, Szél Á: Erythropoietin expresszió fejlődő patkány retinában, XV. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Nyíregyháza, 2009. április 17-19, 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Deák G, Lukáts Á, Berta ÁI, Szél Á: The expression of erythropoietin and its regulation during the postnatal development of the rat retina, European Retina Meeting, Oldenburg, Germany, 2009. October 8-11, 2009
Doma V, Halász G, Szabó A, Berta ÁI, Végvári G, Magyar A, Röhlich P, Szél Á, Lukáts Á: A pajzsmirigyhormon és az E-vitamin hatása az M/L-csapok fejlődésére ható in vitro organotipikus retinakultúrákban, A Magyar Anatómus Társaság XV. Kongresszusa, Budapest, 2009. június 11-13, 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Deák G, Lukáts Á, Szél Á: Erythropoietin expresson in the developing rat retina, 2nd Symposium of Hungarian Association for Research in Vision and Ophthalmology (HARVO), 2009. June 26, 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Deák G, Lukáts Á, Berta ÁI, Szél Á: The expression of erythropoietin and its regulation during the postnatal development of the rat retina, 9th International Congress of The Polish Neuroscience Society, 2009. Warsaw, Poland, 2009. September 9-12, 2009
Szabó A, Végvári D, Magyar A, Deák G, Lukáts Á, Berta ÁI, Szél Á: The expression of erythropoietin and its regulation during the postnatal development of the rat retina, European Retina Meeting, Oldenburg, Germany, 2009. October 8-11, 2009
Doma V, Halász G, Szabó A, Berta ÁI, Magyar A, Végvári G, Röhlich P, Szél Á, Lukáts Á: Similarities and differences in the development of M/L-cones in organotypic retinal cultures of Syrian golden hamster and Norwegian rat, European Retina Meeting, Oldenburg, Germany, 2009. October 8-11, 2009
Lukáts Á, Szabó A, Doma V, Halász G, Berta ÁI, Röhlich P, Szél Á: Morphological approaches in colour vision studies, IBRO International Workshop 2010. Pécs, Hungary, 2010. January 21-23, 2009
Arango-Gonzalez B, Szabó A, Pinzon-Duarte G, Lukáts Á, Guenther E, Kohler K.: In vivo and in vitro development of S- and M-cones in rat retina., Invest Ophth Vis Sci. 51:5320-5327. Epub 2010 May 12., 2010
Halász G, Szabó A, Doma V, Berta AI, Szel A, Lukats A: In vitro differentiation of M/L-cones in four species of rodents., Invest Ophthalmol Vis Sci, Submitted, 2011
Szabó A, Énzsöly A, Lukáts Á, Halász G, Szél Á.: Developmental Expression of Thyroid Receptor Beta 2 in the Retina of Rat and Syrian Golden Hamster., IX. Magyar Genetikai Kongresszus és XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Siófok, 2011. március 25-27., 2011
Lukáts Á, Doma V, Halász G, Szabó A, Szél Á.: Comparison of M/L-Cone Development in Organotypic Retinal Cultures of Four Different Rodent Species, IX. Magyar Genetikai Kongresszus és XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Siófok, 2011. március 25-27., 2011
M. J. Manzano s Silva, C. S David, B. Vigh, A. Szel: Pathological effects of night illumination suppressing melatonin secretion. The role of the pineal organ and its autonomic nerves, 26 th Conference of the International society for Chronobiology, Vigo, Spain, July 5-9, 2010., 2010
Manzano e Silva MJ, Royana Singh, Chandana Haldar, Vígh B, Szél Á: Peripheral autonomic nerves of human pineal organ terminate on vessels, their supposed role in the periodic secretion of pineal melatonin, Acta Pathol, Microbiol, Immunol Scand, 2012
Manzano e Silva MJ, Vígh B, Dávid Cs, Szél Á: Light at night penetrating the skull and reaching the pineal organ in newborn and adult possibliy results in pathologic effects by suppressing melatonin secretion, 20th Internat Symposium on Shiftwork and Working Time. Stockholm, Sweden, 2011
Szabó A, Lukáts Á, Szabó K, Énzsöly A, Szél Á: Immunocytochemical and functional analysis of TrkB expression in the develeoping cones of the rat retina, ARVO Annual Meeting, Fort Lauderdale, FL, USA, 2012
Szabó K, Szabó A, Énzsöly A, Röhlich P, Szél Á, Lukáts Á: Misplaced photoreceptors in the retina of developing rodents, ARVO Annual Meeting, Fort Lauderdale, FL, USA, 2012
Lukáts Á, Szabó A, Doma V, Halász G, Magyar A, Végvári Gy, Szél Á: Thyroid hormone dependent differentiation of M/L-cones in organotypic cultures of the rat and Syrian hamster retina, ARVO Annual Meeting, Fort Lauderdale, FL, USA, 2012
Szabó K, Szabó A, Énzsöly A, Szél Á, Lukáts Á: Misplaced photoreceptors during postnataldevelopment in the rat retina, PhD Tudományos Napok, Semmelweis Egyetem, Budapest, 2012
Énzsöly A, Szabó A, Szabó K, Lukáts Á, Németh J: Changes in photopigment expression and photoreceptor morphology in early diabetes, PhD Tudományos Napok, Semmelweis Egyetem, Budapest, 2012
Berta ÁI, Boesze-Battaglia K, Genini S, Goldstein O, O'Brien PJ, Szél Á, Acland GM, Beltran WA, Aguirre GD: Photoreceptor cell death, proliferation and formation of hyíbrid rod/s-cone photoreceptors in the degenerating STK38L mutant retina, PLoS ONE PONE-D-11-11427R1, 2011




 

Events of the project

  
2011-06-02 22:28:54
Résztvevők változása



Back »