| Summary: | Proliferative retinopathies (PRs), such as proliferative diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, are leading causes of blindness in children and working age adults. PRs are characterized by initial microvascular degeneration, followed by a compensatory albeit pathological hyper-vascularization mounted by the hypoxic retina attempting to reinstate metabolic equilibrium. Paradoxically, this secondary revascularization fails to grow into the most ischemic regions of the retina. Instead, the new vessels are misdirected towards the vitreous, suggesting that vaso-repulsive forces operate in the avascular hypoxic retina. Here we demonstrate that the neuronal guidance cue Semaphorin3A (Sema3A) secreted by severely hypoxic neurons participates in hindering revascularization of ischemic zones within the retina by deviating vessels away from these avascular areas. Using a rodent model of oxygen induced retinopathy, we provide evidence that Sema3A produced by ischemic retinal ganglion neurons contributes to microvascular decay and later forms a chemical barrier that impedes normal revascularization by repelling neo-vessel towards the vitreous. Conversely, silencing Sema3A expression enhances normal vascular regeneration within the ischemic retina, thereby preserving retinal neuronal function, and consequently diminishing aberrant neovascularization. Protease-activated receptor 2 (PAR2) partakes in retinal angiogenesis and was found to inhibit the production of Sema3A in ischemic retinal ganglion cells (RGCs). In light of the newly recognized contribution of RGCs in regulating retinal angiogenesis, we studied the expression and function of PAR2 in these neurons. Interestingly, we detected PAR2 at the cell nucleus of RGCs. To date, many G-protein coupled receptors (GPCRs), like PAR2, have been reported at the cell nucleus where they evoke in situ gene induction. However, the sub-cellular origin of nuclear GPCRs, the mechanisms governing this localization and their nuclear function, as well as the in vivo physiologic manifestation of nuclear GPCRs are not known. We show that PAR2 translocates from the plasma membrane to the nucleus, requiring specific receptor domains (C-terminus and nuclear localization signals) as well as the recruitment of Importin-β1 and Sorting nexin 11 (SNX11), which interact with microtubules. In turn, nuclear PAR2 recruits transcription factor Sp1 to trigger angiogenic genes and ensued neovascularization. This is the first demonstration of the in vivo physiologic manifestation governed by the nuclear localization of a GPCR. The sub-cellular localization and function of a receptor should therefore be considered in order to achieve more selective therapeutic goals. Approaches that foster normal retinal revascularization and in turn counter pathological neovascularization could prevent or delay the onset of blindness in patients afflicted with ischemic proliferative retinopathies. === Les rétinopathies prolifératives (RPs), telles que la rétinopathie diabétique ou du prématuré, sont les principales causes de cécité chez l'enfant et les adultes en âge de travailler. Les RPs sont caractérisées par une phase initiale de dégénérescence microvasculaire, suivie d'une surcompensation pathologique donnant lieu à une hyper-vascularisation initiée par la rétine hypoxique tentant de rétablir l'équilibre métabolique. Paradoxalement, cette revascularisation secondaire ne parvient pas à pénétrer les régions les plus ischémiques de la rétine. Au contraire, ces nouveaux vaisseaux croissent de façon inappropriée vers le corps vitré, ce qui suggère la présence de forces répulsives libérées dans la rétine avasculaire hypoxique. Cette thèse démontre que le signal de guidage neuronal Semaphorin3A (Sema3A) sécrété par les neurones hypoxiques participe à entraver la revascularisation des zones ischémiques de la rétine en repoussant les vaisseaux vers le corps vitré. En utilisant le modèle murin de rétinopahtie induite par l'oxygène, nous démontrons que Sema3A sécrété par les neurones ganglionnaires de la rétine ischémique contribue à la dégénérescence microvasculaire et forme une barrière chimique qui empêche la revascularisation normale de la rétine. À l'inverse, lorsque l'on inhibe l'expression de Sema3A, la revascularisation de la rétine ischémique est accélérée, préservant ainsi la fonction neuronale rétinienne et diminuant la néovascularisation pathologique.Le récepteur activé par les protéases 2 (PAR2) contribue au développement de nouveaux vaisseaux sanguins rétiniens et diminue l'expression de Sema3A. À la lumière de la contribution des cellules ganglionnaires de la rétine dans la régulation de l'angiogenèse rétinienne, nous avons par la suite étudié l'expression et la fonction de PAR2 dans ces neurones. Nous détectons la présence de PAR2 aux noyaux des neurones rétiniens. Plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) ont été identifiés au noyau de la cellule, où ils induisent localement différents gènes. Toutefois, l'origine subcellulaire des GPCRs nucléaires, les mécanismes qui gouvernent cette localisation et leur fonction au noyau, de même que leur contribution physiologique demeurent inconnus. Notre travail démontre que PAR2 migre de la membrane plasmatique jusqu'au noyau par l'entremise des microtubules et nécessitant certains domaines spécifiques (région C-terminale et signaux de localisation nucléaire), de même que le recrutement d'importin-β1 et Sorting nexin 11 (SNX11). Ensuite, PAR2 nucléaire recrute le facteur de transcription Sp1 pour déclencher l'expression de gènes pro-angiogéniques et une néovascularization rétinienne. Il s'agit de la première description des manifestations physiologiques in vivo régis par la localisation nucléaire d'un GPCR. La distribution subcellulaire et son influence sur la fonction d'un récepteur doivent être pris en considération afin d'identifier des cibles thérapeutiques plus spécifiques. Des approches thérapeutiques favorisant la revascularization normale des régions ischémiques, et par le fait même freinant la néovascularization pathologique, pourrait prévenir ou retarder l'apparition de la cécité chez les patients souffrant d'une rétinopathie proliférative.
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