New insights into retinal circuits through EM connectomics: what we have learnt and what remains to be learned

The retinal neural circuit is intricately wired for efficient processing of visual signals. This is well-supported by the specialized connections between retinal neurons at both the functional and ultrastructural levels. Through 3D electron microscopic (EM) reconstructions of retinal neurons and circuits we have learnt much about the specificities of connections within the retinal layers including new insights into how retinal neurons establish connections and perform sophisticated visual computations. This mini-review will summarize the retinal circuitry and provide details about the novel insights EM connectomics has brought into our understanding of the retinal circuitry. We will also discuss unresolved questions about the retinal circuitry that can be addressed by EM connectomics in the future

Optische Analyse synaptischer Vesikelproteine während Exo- und Endozytose mit Hilfe pH-abhängiger Fluoreszenzfarbstoffe

An konventionellen Synapsen des zentralen Nevensystems (ZNS) wird die schnelle synaptische Transmission durch die Freisetzung von Neurotransmittern durch die Ca2+-getriggerte Exozytose synaptischer Vesikel (SV) bewirkt. Nach der Exozytose müssen die Proteine auf den SV sortiert und durch kompensatorische Endozytose wieder in die Zellen aufgenommen werden, um das vorhandene Reservoir NT-gefüllter SV wiederaufzufüllen. In meiner Dissertation habe ich sowohl genetisch codierte als auch exogene pH-sensitive Farbstoffe benutzt, um sowohl den Verbleib als auch die Wiederaufnahme von SV Proteinen in Zellen optisch zu analysieren.Exozytose wird durch den Zusammenschluß energiearmer SNARE (N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor) Protein-Komplexe bewirkt. Hierzu formen drei SNARE Proteine einen coiled-coil: Synaptosomal associated protein - 25 (SNAP-25), Syntaxin 1A (Syx1A) und Synaptobrevin 2 (Syb2). Es ist bis jetzt unbekannt wieviele SNARE Komplexe minimal für Priming und Fusion eines SV an ZNS Synapsen benötigt werden. Um diese Frage zu klären wurden einzelne Vesikelfusionen mit Hilfe der genetischen Probe SynaptopHluorin (SpH) optisch in Echtzeit gemessen. SpH ist ein pH-sensitives green fluorescent protein (GFP), genannt pHluorin (pHl), welches mit der luminalen Domäne des SV SNARE Syb2 fusioniert wurde. Die Fluoreszenzantworten bei SV Fusion zeigten eine quantilisierte Verteilung von SpH Molekülen in SV. Durch quantitative Einzelmolekülfluoreszenexperimente konnte gezeigt werden, dass die Größe eines Quants der Fluoreszenz eines einzelnen SpH Moleküls entsprach. Überraschenderweise konnte Überexpression von SpH in der KO-Maus die stimulierte SV Fusion auf wildtyp-Niveau reparieren. Allerdings konnten SV, welche nur eine Kopie von SpH enthielten nun nicht mehr schnell mit der Membran fusionieren. Dieser erste Teil der Studie zeigt, dass zwei Kopien von SpH und daher auch zwei SNARE Komplexe nötig und ausreichend für die Fusion von SV während der schnellen synaptischen Transmission sind.Um eine konstante Rate der synaptischen Transmission aufrecht zu erhalten, werden die Bestandteile der SV durch kompensatorisch Endozytose wieder aufgenommen und benutzt. Obwohl Clathrin-abhängige Endozytose (CME) der hauptsächliche Mechanismus für SV Recycling ist, scheint sie zu langsam zu sein um das schnelle Recycling zu erklären. Daher könnte es sein, dass ein vorsortiertes Reservoir von SV Proteinen auf der präsynaptischen Membran die erste Phase der CME unterstützt. Im zweiten Teil dieser Studie wurde die zeitliche und räumliche Dynamik dieses readily retrievable pools (RRetP) von SV-Proteinen auf der präsynaptischen Membran hippocampaler Neuronen mit einer neuen Fluoreszenzprobe gemessen. Mit Hilfe von CypHer 5E, dies ist ein neuer auf einem Cyaninfarbstoff basierdender pH-sensitiver exogener Marker, der an Antikörper gegen die luminalen Domänen von SV-Proteinen gekoppelt wurde, konnte die bevorzugte Endozytose von SV-Proteinen aus dem RRetP nach der Exozytose gezeigt werden. Die funktionelle Größe und Kapazität dieses Pools war der Größe des readily releasable pools (RRP) sehr ähnlich, was nahelegt, dass der RRetP das SV-Recycling während moderater synaptischer Aktivität aufrechterhalten kann. So können kleine konventionelle Synapsen des ZNS die Depletion synaptischer Vesikel bei niedrigen Stimulationsraten vermeiden, indem sie auf einen assemblierten Pool synaptischer Vesikelkomponenten zurückgreifen können und nicht auf neu-exozytotisierte Proteine angewiesen sind

Data from: S-cone photoreceptors in the primate retina are functionally distinct from L and M cones

Daylight vision starts with signals in three classes of cone photoreceptors sensitive to short (S), middle (M), and long (L) wavelengths. Psychophysical studies show that perceptual sensitivity to rapidly varying inputs differs for signals originating in S cones versus L and M cones; notably, S-cone signals appear perceptually delayed relative to L- and M-cone signals. These differences could originate in the cones themselves or in the post-cone circuitry. To determine if the cones could contribute to these and related perceptual phenomena, we compared the light responses of primate S, M, and L cones. We found that S cones generate slower light responses than L and M cones, show much smaller changes in response kinetics as background-light levels increase, and are noisier than L and M cones. It will be important to incorporate these differences into descriptions of how cone signaling shapes human visual perception

Source data

This folder has four matlab .mat files. This should contain raw data for Figs. 1, 2, 4, 5, 6, 7. It isn't all data for all the figures, but there is example data for those. flash_responses.mat has data from all of Fig 1 and parts of Figs. 2 and 5; sbc_examples.mat has data for figure 6; cellular_noise.mat has data for figure 7; cone_linear_filters.mat has data from figure 4. Readme file is in the folder

Investigation of Latent Fingerprint Detection and Cheiloscopy Development Using Li₂SrSiO₄:Tb³⁺ Phosphor for Forensic-Based Applications

Inorganic phosphors with rare-earth metal doping have recently been created and used in hot topics including phosphor-converted light-emitting diodes (pc-LEDs), counterfeit prevention, cheiloscopy (lip print detection), and fingerprint visualization. Using the Pechini sol–gel process, a silicate-based rare-earth metal-doped Li2SrSiO4:Tb3+ (LSS:Tb) green-emitting phosphor was synthesized, and its characteristics were determined by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and photoluminescence studies. Through the JCPDS file, the prepared phosphor’s structure was confirmed. Photoluminescence studies displayed the characteristic emission peaks of Tb3+ under an excitation wavelength of 254 nm. Implementation of the powder dusting method using LSS:3 mol % Tb phosphor on the latent fingerprint displayed good selectivity and contrast. Along with this, latent fingerprints were also detected on different surfaces to see the practicality of the prepared phosphor. Under UV irradiation, the level 1–3 structural properties of latent fingerprints and the level 1–6 detection of lip prints were distinguished and probed. The obtained results indicated that the synthesized phosphor could be used for fingerprint and lip print detection