ABSTRACT The development of the visual system is an intricate and multi-step process involving the precise connection of retinal ganglion cell (RGC) axon terminals with their corresponding neurons in the visual nuclei of the brain. Upon reaching primary image-forming nuclei (IFN), such as the superior colliculus and the lateral geniculate nucleus, RGC axons undergo extensive arborization that refines over the first few postnatal weeks. The molecular mechanisms driving this activity-dependent remodeling process, which is influenced by spontaneous activity in the developing retina, are still not well understood. In this study, by manipulating the activity of RGCs in mice and analyzing their transcriptomic profiles before eye opening, we have identified gene programs involved in activity-dependent refinement. Furthermore, while RGC axons also target non-image forming nuclei (NIFN), the impact of spontaneous retinal activity on the development of these accessory nuclei, has not yet been elucidated. The analysis of visual terminals from mice with altered retinal activity revealed that spontaneous retinal waves occurring prior to visual experience also play a role in shaping the connectivity of the non-image forming circuit. Overall, these findings contribute to a deeper understanding of the mechanisms governing activity-dependent axon refinement during the establishment of the visual circuit.

Abstract Background and Purpose The mechanistic target of rapamycin (mTOR) signaling pathway is a key regulator of cell growth and metabolism. Its deregulation is implicated in several diseases. The macrolide rapamycin (RAP), a specific inhibitor of mTOR, has immunosuppressive, anti-inflammatory and antiproliferative properties. Recently, we identified tacrolimus, another macrolide immunosuppressant, as a novel activator of TRPM8 ion channels, involved in cold temperature sensing, thermoregulation, tearing and cold pain. We hypothesized that RAP may also have agonist activity on TRPM8. Experimental approach Using calcium imaging and electrophysiology in transfected HEK293 cells and wildtype or Trpm8 KO mouse DRG neurons, we characterized RAP effects on TRPM8. We also examined the effects of RAP on tearing in mice. Key Results Micromolar concentrations of RAP activate rat and mouse TRPM8 directly and potentiate cold-evoked responses. These effects were also observed in human TRPM8. In cultured mouse DRG neurons, RAP evoked an increase in intracellular calcium almost exclusively in cold-sensitive neurons. Responses were drastically blunted in Trpm8 KO mice or by TRPM8 antagonists. Cutaneous cold thermoreceptor endings were also activated by RAP. Topical application of RAP to the eye surface evokes tearing in mice by a TRPM8-dependent mechanism. Conclusion and implications These results identify TRPM8 cationic channels in sensory neurons as novel molecular targets of the immunosuppressant RAP. These findings may help explain some of its therapeutic effects after topical application to the skin and the eye surface. Moreover, RAP could be used as an experimental tool in the clinic to explore cold thermoreceptors. Bullet point summary WHAT IS ALREADY KNOWN TRPM8 is a polymodal channel involved in cold detection, thermoregulation, tearing and cold pain Tacrolimus, a macrolide immunosupressor, is an agonist of cold-activated TRPM8 channels WHAT THIS STUDY ADDS The macrolide rapamycin also activates directly TRPM8 channels in mouse sensory neurons and human TRPM8 Rapamycin stimulates tearing in mice in a TRPM8-dependent manner CLINICAL SIGNIFICANCE Rapamycin, an FDA-approved drug, shows agonist activity on TRPM8 channels Beneficial effects of rapamycin and other macrolides on inflammatory ocular disorders may involve TRPM8 activation