Kategoria: Laboratorium Biologii Oka

18.12.2024

Opracowanie nowej metody dostarczania genów do komórek dwubiegunowych siatkówki

Do tej pory stosowano różne podejścia do przywracania niektórych funkcji wzrokowych u pacjentów dotkniętych chorobą, głównie organoidy siatkówki pochodzenia ludzkiego i terapie genowe. Pierwsza bezpośrednio podawana terapia genowa oparta na wirusie towarzyszącym adenowirusom (AAV), zatwierdzona przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), Luxturna, znacznie poprawiła widzenie pacjentów z dystrofią siatkówki przy słabym oświetleniu. Nadal, jednak, istnieją trudności z przywróceniem widzenia w wysokiej rozdzielczości, które należy przezwyciężyć. Celem tego projektu jest opracowanie nowatorskiego podejścia opartego na weryfikacji koncepcji dostarczania genów terapeutycznych przy użyciu zmodyfikowanego wirusa wścieklizny jako wektora swoistego dla komórek dwubiegunowych. Twierdzimy, że specyficzne ukierunkowanie populacji komórek, które przeżyły w zdegenerowanej siatkówce, zwłaszcza komórek dwubiegunowych (ang. bipolar cells, BC) przez naszego zmodyfikowanego wirusa wścieklizny (RV), pseudotypowanego z LRIT3 (RV-LRIT3), może stanowić nową strategię terapii genowej w chorobach siatkówki. Proponowane podejście w zastosowaniu wektora wirusowego może znacznie zwiększyć liczbę komórek BC, do których, dzięki interakcjom z kanałami TRPM1, dostarczona zostanie całą grupa opsyn bramkowanych światłem w celu przywrócenia wzroku. Główną innowacją tego projektu jest wykorzystanie RV, który może przenieść do 4 genów, dzięki czemu może być używany do dostarczania opsyn o różnych widmach wzbudzenia i zwiększania ogólnej czułości na światło. Zgodnie z naszą hipotezą, za pomocą tej metody będzie możliwe przywrócenie selektywnych odpowiedzi w korze wzrokowej myszy i wzgórku górnym. Do celów testowania efektów proponowanej terapii prowadzimy rejestracje aktywności pojedynczych neuronów i zadania behawioralne polegające na rozróżnianiu bodźców wzrokowych, ocenimy również selektywność sieci wzrokowej w odpowiedzi na złożone i poruszające się bodźce.

Obraz: Strategia oceny wzroku po leczeniu LRIT3-RV. A. siatkówka oka przedstawia komórki zakażone wektorem RV-mCherry niosącym trzy opsyny. Skala: 100 µm. B. schemat równoczesnych zapisów z wzgórka górnego (SC) i kory wzrokowej (V1) z reprezentatywnymi potencjałami wywołanymi (VEP) w odpowiedzi na błysk światła. C. Przykłady aktywności elektrofizjologicznej dwóch komórek, u których następuje ekspresja dwóch przeciwstawnie działających opsyn. Niebieski laser spowodował aktywację komórek z ekspresją rodopsyny. W drugiej komórce, z ekspresją opsyny ArchT, żółte światło doprowadziło do stłumienia aktywności. D, Potenacjały VEP zarejestrowane u pojedynczych zdrowych (czarny), u myszy z mutacją Rd12 leczonych terapią genową (zielony) i u myszy z mutacją Rd12 chorych, nie leczonych (magenta).

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Zespół:

dr hab. Andrzej Foik

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Milena Gumkowska

mgr inż. Lucyna Piórkowska

mgr inż. Karolina Saran

Słowa kluczowe: siatkówka, komórki dwubiegunowe, LRIT3, pseudotypowany wirus wścieklizny, wrodzona stacjonarna ślepota nocna

Publikacje:

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.11

16.12.2024

Hybrydowa rodopsyna jako nowe narzędzie optogenetyczne

Zaburzenia widzenia dotyczą milionów ludzi na całym świecie, a liczba osób chorych rośnie ze względu na starzejące się społeczeństwo i powszechne występowanie chorób przewlekłych. Przewiduje się, że do 2050 roku 61 milionów ludzi będzie niewidomych, a 474 miliony będą miały umiarkowany lub poważny problem z widzeniem. Osłabienie lub utrata wzroku wpływa na życie osób nim dotkniętych, utrudniając codzienne czynności, prowadząc do utraty niezależności i zwiększając ryzyko chorób psychicznych. Dlatego tak ważne jest poszukiwanie skutecznych terapii, które spowolnią postęp choroby i przywrócą widzenie. Ostatnio najskuteczniejszymi sposobami przywracania widzenia okazały się wirusowe terapie genowe dostarczające prawidłowe kopie wadliwych genów lub narzędzia optogenetyczne. Jest to związane głównie z uprzywilejowanym statusem immunologicznym i łatwą dostępnością oka do dostarczania terapii genowej. Pierwsza terapia genowa oparta na AAV (ang. adeno associated virus, wirus towarzyszący adenowirusom), która poprawia wzrok u pacjentów z dystrofią siatkówki, została zatwierdzona przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) w 2017 roku. Istnieje również wiele terapii genowych opartych na AAV skoncentrowanych na dostarczaniu różnych wariantów światłoczułych opsyn, poddanych badaniom klinicznym. Ponieważ wspomniane badania kliniczne koncentrują się na opsynach, które pełnią swoją funkcję przy wysokich natężeniach światła, wciąż istnieje potrzeba zaprojektowania narzędzia optogenetycznego, które byłoby z powodzeniem aktywowane przy stosunkowo niskiej stymulacji świetlnej. W zdrowej siatkówce sygnały odbierane z aktywowanych światłem fotoreceptorów przetwarzane są następnie przez komórki dwubiegunowe, które wysyłają informaję dalej do kmórek amakrynowych i zwojowych. Jednak, w zdegenerowanej siatkówce nieodwracalne zmiany i mutacje powodują utratę pręcików i czopków wykrywających światło. Pomimo utraty fotoreceptorów i zmian strukturalnych, pozostałe komórki w dużej mierze zachowują swoje funkcje.

W tym projekcie zamierzamy opracować nowe opsyny o zwiększonej funkcjonalności, aby przywrócić naturalne mechanizmy przetwarzania informacji wzrokowej w zdegenerowanej siatkówce. Proponujemy, że chimeryczne warianty RecRho mogą stanowić nową strategię terapii genowej w chorobach siatkówki. Stawiamy hipotezę, że chimeryczne warianty RecRho wprowadzone do ocalałych populacji komórek w obrębie zdegenerowanej siatkówki mogą być aktywowane przez umiarkowane poziomy światła, dzięki czemu przekształcą transdukowane komórki w bezpośrednie detektory światła i przywrócą wysoki poziom widzenia. Wierzymy, że nasze chimeryczne białka oprócz przekształcania transdukowanych komórek w bezpośrednie detektory światła, będą dodatkowo pozytywnie wpływać na strukturę i plastyczność synaptyczną w całej siatkówce. Do celów testowania efektów proponowanej terapii prowadzimy rejestracje aktywności pojedynczych neuronów i zadania behawioralne polegające na rozróżnianiu bodźców wzrokowych, ocenimy selektywność sieci wzrokowej w odpowiedzi na złożone i poruszające się bodźce. Proponowane przez nas podejście z wykorzystaniem syntetycznego białka o wielu funkcjach, opartego na szlaku transdukcji mGluR1, nie było do tej pory stosowane.

Obraz: Po lewej: przekrój siatkówki z komórkami niespecyficznie zainfekowanymi wirusem AAV-CAG-mNeon. (ONL – zewnętrzna warstwa jądrowa, INL – wewnętrzna warstwa jądrowa, RGC – warstwa komórek zwojowych siatkówki). AAV-CAG-mNeon (zielony), przeciwciało przeciwko rodopsynie (czerwony), DAPI (marker jądra, niebieski). Po prawej: Przykład eksperymentu Patch-Clamp przeprowadzonego na komórkach HEK293t, do których wprowadzona została sekwencja kodująca kanałorodopsynę-2. Komórkę stymulowano niebieskim światłem (473 nm) i rejestrowano indukowane światłem potencjały wywołane.

Tekst: dr Jagoda Płaczkiewicz

Zespół:

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr hab. Andrzej Foik

Słowa kluczowe: siatkówka, rodopsyna, GPCRs, AAV, terapia genowa

16.12.2024

Rola części podstawnej kresomózgowia w przetwarzaniu informacji wzrokowej

Istnieje olbrzymia potrzeba, aby zrozumieć jak mózg przetwarza bodziec wzrokowy oraz jak poszczególne ośrodki w mózgu ze sobą współpracują. Bez interakcji pomiędzy mózgowymi strukturami przetwarzającymi informacje, nie bylibyśmy w stanie skupić uwagi lub rozwiązać zadań opartych na widzeniu. Jednym z ośrodków w mózgu odgrywających znaczącą rolę podczas czynności kognitywnych jest część podstawna kresomózgowia (ang. Basal Forebrain; BF). Struktura ta składa się z kilku jąder mózgowych i odpowiada za dostarczanie neurotransmitera acetylocholiny do kory nowej. Ta cecha czyni ją jednym z głównych modulatorów aktywności mózgu. W niniejszym projekcie badamy, jak cholinergiczna modulacja pochodząca z części podstawnej kresomózgowia wpływa na przetwarzanie informacji wzrokowej. Stawiamy hipotezę, że modulacja BF wpłynie bezpośrednio na preferencje bodźców na poziomie pojedynczych neuronów kory wzrokowej. Spodziewamy się, że efekt będzie bardziej globalny poprzez modulację oscylacyjnej aktywności w układzie wzrokowym, która związana jest z przetwarzaniem informacji wzrokowej. Badaniap olegają na selektywnym wprowadzaniu opsyn do komórek GABAergicznych lub cholinergicznych w części podstawnej kresomózgowia. Opsyny, takie jak na przykład kanałorodopsyny (Channelrhodopsin, Chrimson) pozwalają na sterowanie aktywnością neuronalną światłem. Zadanie to wykonamy używając dwóch wirusów, AAV oraz wirusa wścieklizny. Wektor AAV umożliwi produkcję receptora TVA specyficznie pod promotorem GAD1 (dekarboksylazy kwasu glutaminowego) lub pod promotorem ChAT (acetylotransferazy choliny). Z kolei zmodyfikowany wirus wścieklizny będzie w stanie zainfekować tylko te komórki, które będą mieć na swojej powierzchni receptor TVA. Jest to możliwe dzięki modyfikacji wirusa wścieklizny. Dzięki wprowadzeniu opsyn do wybranych populacji neuronów, jesteśmy w stanie wpływać na ich aktywność, pobudzać je lub hamować i sprawdzić ich wpływ na przetwarzanie informacji w układzie wzrokowym oraz na zdolności poznawcze szczura, takie jak zadania zależne od bodźca wzrokowego.

Obraz: Schemat przedstawiający doświadczenie polegające na wstrzyknięciu wirusa do V1 i dostarczenia opsyn specyficznie do komórek GABAergicznych lub cholinergicznych podstawnego przodomózgowia (ang. basal forbrain, BF). Znakowane komórki w jądrach wzgórza (LGN lub LP) będą dowodem na to, że retrogradny transport genu przy użyciu wirusa wścieklizny działa prawidłowo.

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Zespół:

dr hab. Andrzej Foik

dr Katarzyna Kordecka

mgr inż. Anna Galińska

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Bartłomiej Bałamut

Słowa kluczowe: część podstawna kresomózgowia, pierwszorzędowa kora wzrokowa, acetylocholina, GABA, wzrok, przetwarzanie informacji wzrokowej

Referencje:

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.1117/1.NPh.11.4.045003

R. Hołubowicz, S. W. Du, J. Felgner, R. Smidak, E. H Choi, G. Palczewska, C. Rodrigues Menezes, Z. Dong, F. Gao, O. Medani, A. L. Yan, M. W. Hołubowicz, P. Z. Chen, M. Bassetto, E. Risaliti, D. Salom , J. N. Workman, P. D. Kiser, A. T. Foik, D. C. Lyon, G. A. Newby, D. R. Liu, P. L Felgner, K. Palczewski “Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations” Nat Biomed Eng. (2024) https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2

16.12.2024

Opracowanie metody przywracania funkcji wzrokowych przy użyciu zmodyfikowanego wirusa wścieklizny

Oczy są naszym oknem na świat, dosłownie. Zaglądając w oczy pacjenta możemy otrzymać wiele informacji na temat jego stanu zdrowia. U ludzi siatkówka, znajdująca się na tylnej ścianie oczu, jest główną strukturą odpowiadającą za percepcję otaczającego nas świata. Siatkówka narażona jest na wiele niebezpieczeństw pochodzących zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak również od urazów zewnętrznych. Duża część chorób siatkówki jest, jednak, wynikiem dziedziczonych mutacji genetycznych. Najbardziej powszechnymi chorobami siatkówki prowadzącymi do permanentnej ślepoty są choroby degeneracyjne. Do chorób tych należy barwnikowe zwyrodnienie siatkówki (ang. Retinitis pigmentosa) oraz degeneracja plamki żółtej związanej z wiekiem (ang. age-related macular degeneration). W obu przypadkach pacjenci tracą komórki odpowiadające za detekcję światła w oczach – fotoreceptory. Szacuje się, że na świecie żyje około 200 milionów ludzi borykających się z problemami układu wzrokowego. Każdy zgodzi się, że problemy ze wzrokiem znacząco pogarszają jakość życia. Obecnie prowadzone są prace nad wieloma strategiami mającymi na celu zapobieganie umierania fotoreceptorów bądź przywracania wzroku przy wykorzystaniu transplantów siatkówki, komórek macierzystych lub terapii genowej. Dostarczenie do siatkówki białek reagujących na światło tzw. opsyn, za pomocą wirusów wydaje się być najprostszą metodą przywracania wzroku. Niestety, jak do tej pory, żadna z tych metod nie zadziałała w wystarczająco wydajny sposób, a w związku z tym, nie jest na tyle rozwinięta, aby z powodzeniem zastosować ją w leczeniu chorób u ludzi. W naszym projekcie pracujemy nad opracowaniem zupełnie nowej terapii wirusowej, która umożliwi dostarczenie opsyn do wielu komórek siatkówki, a jednocześnie przywróci możliwość selektywnej detekcji bodźców wizualnych. Aby osiągnąć zamierzony cel wykorzystujemy innowacyjną metodę infekcji neuronów siatkówki, opartą na wirusie wścieklizny. Wirus ten ma bardzo unikatowe właściwości. Jest w stanie wstecznie infekować neurony, a dzięki temu podążać w przeciwnym kierunku do orientacji połączeń komórek, tj. akson – dendryt. Ta unikatowa cecha umożliwia dostarczenie opsyn do poszczególnych warstw siatkówki, a tym samym pozwala przywrócić jej funkcjonalność i naśladować naturalny sposób przetwarzania informacji. Uważamy, że taka strategia pozwoli na przywrócenie selektywnych odpowiedzi na bodźce wizualne w korze wzrokowej. Selektywność odpowiedzi pojedynczych neuronów na bodźce wzrokowe badamy jako odpowiedź neuronów na błyski światła oraz ruchome czarno-białe prążki o różnych parametrach tj. orientacja, wielkość, częstotliwość przestrzenna oraz czasowa i kontrast.

Dzięki rejestracjom elektrofizjologicznym oraz testom behawioralnym badamy do jakiego stopnia niewidome zwierzęta odzyskały wzrok. Celem naszych badań jest stworzenie nowej i efektywnej terapii wirusowej.

Obraz: Strategia dostarczania opsyn do specyficznych populacji komórek nerwowych siatkówki za pomocą pseudotypowanego wirusa wścieklizny u myszy zdrowych i dotkniętych mutacją genu P23H, która prowadzi do degeneracji fotoreceptorów (czopków) i utraty wzroku.

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Team:

dr hab. Andrzej Foik

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr Katarzyna Kordecka

mgr inż. Bartłomiej Bałamut

mgr inż. Anna Galińska

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Milena Gumkowska

mgr inż. Lucyna Piórkowska

mgr inż. Karolina Saran

Słowa kluczowe: wirus wścieklizny, neurony hamujace, siatkówka, komórki dwubiegunowe, przywracanie wzroku, terapia genowa, terapia wirusowa

Referencje:

F. Gao, E. Tom, C. Rydz, W. Cho, A. V. Kolesnikov, Y. Sha, A. Papadam, S. Jafari, A. Joseph, A. Ahanchi, N. Balalaei Someh Saraei, D. Lyon, A. Foik, Q. Nie, F. Grassmann, V. J. Kefalov, D. Skowronska-Krawczyk “Polyunsaturated Fatty Acid – mediated Cellular Rejuvenation for Reversing Age-related Vision Decline” bioRxiv., 2024.07.01.601592. (2024) https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.01.601592v1

H. Leinonen, J. Zhang, L. M. Occelli, U. Seemab, E. H. Choi, L. Felipe L P Marinho, J. Querubin, A. V. Kolesnikov, A. Galinska, K. Kordecka, T. Hoang, D. Lewandowski, T. T. Lee, E. E. Einstein, D. E. Einstein, Z. Dong, P. D. Kiser, S. Blackshaw, V. J. Kefalov, M. Tabaka, A. Foik, S. M. Petersen-Jones, K. Palczewski “A combination treatment based on drug repurposing demonstrates mutation-agnostic efficacy in pre-clinical retinopathy models” Nat Commun., 15(1):5943. (2024) https://www.nature.com/articles/s41467-024-50033-5

R. Hołubowicz, S. W. Du, J. Felgner, R. Smidak, E. H Choi, G. Palczewska, C. Rodrigues Menezes, Z. Dong, F. Gao , O. Medani, A. L. Yan, M. W. Hołubowicz, P. Z. Chen, M. Bassetto, E. Risaliti, D. Salom , J. N. Workman, P. D. Kiser, A. T. Foik, D. C. Lyon, G. A. Newby, D. R. Liu, P. L Felgner, K. Palczewski “Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations” Nat Biomed Eng. (2024) https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.1117/1.NPh.11.4.045003

Z. J. Engfer, D. Lewandowski, Z. Dong, G. Palczewska, J. Zhang, K. Kordecka, J. Płaczkiewicz, D. Panas, A. T. Foik, M. Tabaka, and Krzysztof Palczewski „Distinct mouse models of Stargardt disease display differences in pharmacological targeting of ceramides and inflammatory responses” Proc Natl Acad Sci U S A, 120(50):e2314698120., (2023) https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314698120

E. H. Choi, S. Suh, A. T. Foik, H. Leinonen, G. A. Newby, X. D. Gao, S, Banskota, T. Hoang , S. W. Du, Z. Dong, A. Raguram, S. Kohli, S. Blackshaw, D. C. Lyon, D. R. Liu, K. Palczewski “In vivo base editing rescues cone photoreceptors in a mouse model of early-onset inherited retinal degeneration” Nat Commun. 13(1):1830, (2022), https://doi.org/10.1038/s41467-022-29490-3

H. Leinonen, D. C Lyon, K. Palczewski, A. T. Foik “Visual System Hyperexcitability and Compromised V1 Receptive Field Properties in Early-Stage Retinitis Pigmentosa in Mice” eNeuro.9(3):ENEURO.0107-22.2022., (2022). https://www.eneuro.org/content/9/3/ENEURO.0107-22.2022

J.C. Frankowski, A. T. Foik, A. Tierno, J. R. Machhor, D. C. Lyon, R. F. Hunt “Traumatic brain injury to primary visual cortex produces long-lasting circuit dysfunction” Commun Biol (1):1297, (2021). https://www.nature.com/articles/s42003-021-02808-5

19.10.2020

Edycja zasad adeninowych

i

Nabłonek barwnikowy siatkówki (ang. Retinal pigment epithelium; RPE) znajduje się w tylnej części oka, bezpośrednio za siatkówką i odpowiada za dostarczanie do fotoreceptorów cząsteczek chemicznych wykorzystywanych w procesie widzenia. Jednym z białek produkowanych w komórkach RPE i niezbędnym dla widzenia jest enzym RPE65. Mutacja genu RPE65 leży u podstaw wrodzonej choroby genetycznej oczu objawiającej się ślepotą. W naszych badaniach wykorzystywaliśmy edytory adeniny (adenine base editors, ABEs) w systemie Cas9 – sg RNA (ang. single-guide RNA), aby otworzyć de novo ścieżkę mutacji punktowych w celu ich naprawy. Geny kodujące ABEs i system Cas9 dostarczyliśmy do komórek nabłonka barwnikowego siatkówki za pomocą wektorów lentiwirusowych w iniekcji podsiatkówkowej. W wyniku zastosowanej metody terapeutycznej chorobotwórcze mutacje zostały naprawione z wydajnością do 29% z bardzo ograniczonym występowaniem mutacji typu indel (insercja -delecja) lub off-target. Uzyskana wydajność naprawcza edytorów adeniny była wystarczająca, aby u myszy poddanych terapii przywrócona została zarówno ekspresja białka RPE65 i jego aktywność niezbędna dla cyklu widzenia. Zaobserwowaliśmy również odzyskane  niemal na poziomie normalnym funkcje siatkówki i funkcje wzrokowe. Obiecujące wyniki naszych badań są przesłanką do dalszych testów terapii wrodzonych chorób siatkówki z wykorzystaniem edytorów adeniny oraz badań nad korygowaniem chorobotwórczych mutacji za pomocą niekanonicznych sekwencji PAM (ang. non-canonical protospacer-adjacent motifs).

Autorzy:

dr Andrzej Foik, e-mail: afoik@ichf.edu.pl & dr Anna Posłuszny, e-mail: aposluszny@ichf.edu.pl

Publikacja:

Restoration of visual function in adult mice with an inherited retinal disease via adenine base editing

Susie Suh, Elliot H. Choi, Henri Leinonen, Andrzej T. Foik, Gregory A. Newby, Wei-Hsi Yeh, Zhiqian Dong, Philip D. Kiser, David C. Lyon, David R. Liu & Krzysztof Palczewski

Abstract

Cytosine base editors and adenine base editors (ABEs) can correct point mutations predictably and independent of Cas9-induced double-stranded DNA breaks (which causes substantial indel formation) and homology-directed repair (which typically leads to low editing efficiency). Here, we show, in adult mice, that a subretinal injection of a lentivirus expressing an ABE and a single-guide RNA targeting a de novo nonsense mutation in the Rpe65 gene corrects the pathogenic mutation with up to 29% efficiency and with minimal formation of indel and off-target mutations, despite the absence of the canonical NGG sequence as a protospacer-adjacent motif. The ABE-treated mice displayed restored RPE65 expression and retinoid isomerase activity, and near-normal levels of retinal and visual functions. Our findings motivate the further testing of ABEs for the treatment of inherited retinal diseases and for the correction of pathological mutations with non-canonical protospacer-adjacent motifs.

Link to publication

https://doi.org/10.1038/s41551-020-00632-6

07.08.2020

Plastyczność potencjałów wywołanych bodźcem wzrokowym

i

Jedną z metod wywołujących zmiany plastyczne w układzie wzrokowym jest jego powtarzalna stymulacja odpowiednimi bodźcami wzrokowymi. Wielokrotne prezentowanie danego typu bodźca wzrokowego może indukować zmiany w sieci neuronalnej i prowadzić do wzmocnienia odpowiedzi. Taki efekt został zaobserwowany i opisany na poziomie pierwszorzedowej kory wzrokowej (ang. primary visual cortex: V1). Celem przeprowadzonych przez nas badań było sprawdzenie wpływu powtarzalnego treningu wzrokowego, również na poziomie podkorowym,  w szczególności we wzgórku czworaczym górnym (ang. superior colliculus; SC), strukturą wchodzącą w skład pozakolankowatej drogi wzrokowej. W badaniu wykazano, iż trzygodzinny, bierny trening wzrokowy, oparty na wielokrotnie powtarzanych, prostych bodźcach wzrokowych  wywołuje wzmocnienie odpowiedzi wzrokowych zarówno na poziomie korowym, jak i we wzgórku czworaczym górnym u szczura. Kolejna część pracy dotyczyła wyjaśnienia powstałego wzmocnienia w SC, do którego informacja wzrokowa dostarczana jest zarówno z siatkówki jak i z warstwy 5 V1. Trening wzrokowy przeprowadzony z farmokologicznym wyciszeniem aktywności korowej nie wykazał wyciszenia odpowiedzi wzrokowych w SC, co świadczy o wystąpieniu plastyczności na tym poziomie przetwarzania wzrokowego niezależnie od V1.

Uzyskane wyniki mają nie tylko znaczenie poznawcze, ale także aplikacyjne, ponieważ  wskazały wzgórek czworaczy górny, jako możliwy cel treningów poprawiających efektywność procesu widzenia np. przy uszkodzeniach pierwszorzędowej kory wzrokowej.

Autorka:

dr Katarzyna Kordecka, e-mail: kkordecka@ichf.edu.pl

Publikacja:

Cortical Inactivation Does Not Block Response Enhancement in the Superior Colliculus

Katarzyna Kordecka, Andrzej T. Foik, Agnieszka Wierzbicka and Wioletta J. Waleszczyk

Abstract

Repetitive visual stimulation is successfully used in a study on the visual evoked potential (VEP) plasticity in the visual system in mammals. Practicing visual tasks or repeated exposure to sensory stimuli can induce neuronal network changes in the cortical circuits and improve the perception of these stimuli. However, little is known about the effect of visual training at the subcortical level. In the present study, we extend the knowledge showing positive results of this training in the rat’s Superior colliculus (SC). In electrophysiological experiments, we showed that a single training session lasting several hours induces a response enhancement both in the primary visual cortex (V1) and in the SC. Further, we tested if collicular responses will be enhanced without V1 input. For this reason, we inactivated the V1 by applying xylocaine solution onto the cortical surface during visual training. Our results revealed that SC’s response enhancement was present even without V1 inputs and showed no difference in amplitude comparing to VEPs enhancement while the V1 was active. These data suggest that the visual system plasticity and facilitation can develop independently but simultaneously in different parts of the visual system.

Link to publication

https://doi.org/10.3389/fnsys.2020.00059