Abstract Among neurons, retinal ganglion cells (RGCs) are uniquely sensitive to mitochondrial dysfunction. The RGC is highly polarized, with a somatodendritic compartment in the inner retina and an axonal compartment projecting to targets in the brain. The drastically dissimilar functions of these compartments implies that mitochondria face different bioenergetic and other physiological demands. We hypothesized that compartmental differences in mitochondrial biology would be reflected by disparities in mitochondrial protein composition. Here, we describe a protocol to isolate intact mitochondria separately from mouse RGC somatodendritic and axonal compartments by immunoprecipitating labeled mitochondria from RGC MitoTag mice. Using mass spectrometry, 471 and 357 proteins were identified in RGC somatodendritic and axonal mitochondrial immunoprecipitates, respectively. We identified 10 mitochondrial proteins exclusively in the somatodendritic compartment and 19 enriched ≥2-fold there, while 3 proteins were exclusively identified and 18 enriched in the axonal compartment. Our observation of compartment-specific enrichment of mitochondrial proteins was validated through immunofluorescence analysis of the localization and relative abundance of superoxide dismutase ( SOD2 ), sideroflexin-3 ( SFXN3 ) and trifunctional enzyme subunit alpha ( HADHA ) in retina and optic nerve specimens. The identified compartmental differences in RGC mitochondrial composition may provide promising leads for uncovering physiologically relevant pathways amenable to therapeutic intervention for optic neuropathies.

ABSTRACT Armadillo repeat‐containing X‐linked protein‐1 (Armcx1) is a poorly characterized transmembrane protein that regulates mitochondrial transport in neurons. Its overexpression has been shown to induce neurite outgrowth in embryonic neurons and to promote retinal ganglion cell (RGC) survival and axonal regrowth in a mouse optic nerve crush model. In order to evaluate the functions of endogenous Armcx1 in vivo , we have created a conditional Armcx1 knockout mouse line in which the entire coding region of the Armcx1 gene is flanked by loxP sites. This Armcx1 fl line was crossed with mouse strains in which Cre recombinase expression is driven by the promoters for β‐actin and Six3 , in order to achieve deletion of Armcx1 globally and in retinal neurons, respectively. Having confirmed deletion of the gene, we proceeded to characterize the abundance and morphology of RGCs in Armcx1 knockout mice aged to 15 months. Under normal physiological conditions, no evidence of aberrant retinal or optic nerve development or RGC degeneration was observed in these mice. The Armcx1 fl mouse should be valuable for future studies investigating mitochondrial morphology and transport in the absence of Armcx1 and in determining the susceptibility of Armcx1‐deficient neurons to degeneration in the setting of additional heritable or environmental stressors.

ABSTRACT Purpose To test whether continuous hypoxia is neuroprotective to retinal ganglion cells (RGCs) in a mouse model of mitochondrial optic neuropathy. Methods RGC degeneration was assessed in genetically modified mice in which the floxed gene for the complex I subunit NDUFS4 is deleted from RGCs using Vlgut2 -driven Cre recombinase. Beginning at postnatal day 25 (P25), Vglut2-Cre;ndufs4 loxP/loxP mice and control littermates were housed under hypoxia (11% oxygen) or were kept under normoxia (21% oxygen). Survival of RGC somas and axons was assessed at P60 and P90 via histological analysis of retinal flat mounts and optic nerve cross sections, respectively. Retinal tissue was also assessed for neuroinflammation using Western blot and confocal microscopy. Results Consistent with our previous characterization of this model, at least one-third of RGCs had degenerated by P60 in Vglut2-Cre;ndufs4 loxP/loxP mice remaining under normoxia. However, continuous hypoxia resulted in complete rescue of RGC somas and axons at this time point, with normal axonal myelination observed on electron microscopy. Though only partial, hypoxia-mediated rescue of complex I-deficient RGC somas and axons remained significant at P90. Hypoxia prevented reactive gliosis at P60, while the retinal accumulation of Iba1-positive mononuclear inflammatory cells was not substantially reduced. Conclusions Continuous hypoxia achieved dramatic rescue of early RGC degeneration in mice with severe mitochondrial dysfunction. Although complete rescue was not durable to P90, our observations suggest that investigating the mechanisms underlying hypoxia-mediated neuroprotection of RGCs may identify useful therapeutic strategies for optic neuropathies resulting from less profound mitochondrial impairment, such as Leber Hereditary Optic Neuropathy.