Transmission electron microscopy (TEM) analysis for the investigation of phototropic changes of photoreceptor outer segments

Transient Retinal Phototropism (TRP) is a phenomenon that occurs mainly at the level of photoreceptors Outer Segment (OS). TRP describes the photoreceptor behavior when stimulated with light: OS subjected to light beam shrinks while photoreceptors located at the borders of the light stimulus bend towards the direction of radiation. Although the mechanism underlying this behavior is not totally understood, early studies have reported disc-shape change of rod photoreceptor, but there is no direct evidence regarding the mechanism of discs’ arrangement. This is the reason why this project is focused on the observation of these structures using a Transmission Electron Microscopy (TEM). The proposed project aimed to continue along the path already followed by previous experiments. The goal was to clarify the biophysical mechanism underlying rod OS dynamics, to investigate the conformational changes of the OS and to provide a quantitative explanation of this process. The objective of this project was the investigation and analysis of differences in the rod OS from two groups of samples: Light Adapted and Dark Adapted leopard frog's retinas using a high-resolution (0.2 nm) TEM to allow an accurate observation of the rods OS discs to clearly identify where changes happen. The further goal was to discover where the shrinkage happened, if it was due to a modification of the discs' membrane or otherwise if it was due to a reduce distance of the space between adjacent discs. Furthermore, of primarily importance was not only the differentiation between intradisc and interdiscs modifications but also the detection of where precisely along the photoreceptors’ OS these modifications were greatly remarked.

Il Transient Retinal Phototropism (TRP) è un fenomeno che si verifica principalmente a livello del segmento esterno (OS) dei fotorecettori. Il TRP descrive il comportamento dei fotorecettori stimolati con della luce: il segmento esterno soggetto al fascio di luce si riduce in lunghezza, mentre i fotorecettori che si trovano ai confini dello stimolo luminoso si piegano verso la direzione del fascio. Anche se il meccanismo sottostante a questo comportamento non è pienamente compreso, studi precedenti hanno scoperto un cambiamento di forma del dischi all’interno dei bastoncelli, ma non vi sono prove dirette riguardo al meccanismo della disposizione di quest’ultimi. Questo è il motivo per cui questo progetto è incentrato sull'osservazione di queste strutture usando il transmission electron microscopy (TEM). Il progetto proposto mira a proseguire la strada già tracciata da esperimenti precedenti. L'obiettivo era quello di chiarire il meccanismo biofisico sottostante le dinamiche del segmento esterno, per studiare i cambiamenti conformazionali delle strutture membranose all’interno del OS e fornire una spiegazione quantitativa a questo processo. L'obiettivo di questo progetto è stato quello di indagare e analizzare le differenze all’interno del segmento esterno di due gruppi di campioni: retine di rana di leopardo adattata alla luce e adattata al buio usando un TEM ad alta risoluzione (0,2 nm) per consentire un'osservazione accurata dei dischi all’interno del segmento esterno dei bastoncelli e per identificare chiaramente dove essi si verificano. L'altro obiettivo era quello di trovare in che posizione precisa si verifica quest’accorciamento, e inoltre se fosse dovuto ad una modifica dello spessore trasversale dei dischi o invece dovuta ad una riduzione della distanza tra i dischi adiacenti.