نقدم بروتوكولا كيميائيا حيويا وسلوكيا لتقييم فعالية المركبات القابلة للذوبان في الماء التي تستهدف الميتوكوندريا لعلاج الرنح الشوكي المخيخي من النوع 1 (SCA1) والأمراض التنكسية العصبية المخيخية الأخرى.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
نقدم بروتوكولا كيميائيا حيويا وسلوكيا لتقييم فعالية المركبات القابلة للذوبان في الماء التي تستهدف الميتوكوندريا لعلاج الرنح الشوكي المخيخي من النوع 1 (SCA1) والأمراض التنكسية العصبية المخيخية الأخرى.
ضعف الميتوكوندريا يلعب دورا هاما في عملية الشيخوخة والأمراض العصبية بما في ذلك عدة الرنح النخاعي المخيخي وراثية وغيرها من اضطرابات الحركة تميزت الضمور التدريجي من المخيخ. والهدف من هذا البروتوكول هو تقييم ضعف الميتوكوندريا في مخيخي شوكي نوع ترنح 1 (SCA1) وتقييم فعالية استهداف الدوائية التنفس الأيض عن طريق مركب حمض السكسينيك للذوبان في الماء لإبطاء تطور المرض. هذا النهج هو الذي ينطبق على أمراض المخيخ الأخرى، ويمكن أن تتكيف مع مجموعة من العلاجات للذوبان في الماء.
يستخدم خارج الجسم الحي تحليل التنفس الميتوكوندريا لكشف وتحديد التغيرات المرتبطة المرض في وظيفة الميتوكوندريا. مع الدليل الجيني الوراثي (بيانات غير منشورة) والأدلة البروتين من ضعف الميتوكوندريا في نموذج SCA1 الماوس، نحن تقييم فعالية العلاج مع ذوبان في الماء الأيض الداعم الصورةحمض uccinic عن طريق إذابة هذا المركب مباشرة في مياه الشرب المنزلية القفص. قدرة المخدرات لتمرير حاجز الدم في الدماغ يمكن استخلاصه باستخدام عالية الأداء اللوني السائل (HPLC). فعالية هذه المركبات يمكن أن يكون من الممكن اختبارها باستخدام نماذج سلوكية متعددة بما في ذلك rotarod تسريع والتوازن اختبار شعاع وتحليل البصمة. سلامة Cytoarchitectural من المخيخ يمكن تقييم باستخدام المقايسات المناعي التي تكشف عن نوى الخلايا العصبية والتشعبات الخلية العصبية وسوما. وهذه الأساليب هي أساليب قوية لتحديد الخلل الميتوكوندريا وفعالية العلاج مع مركبات قابلة للذوبان في الماء في أمراض الاعصاب المخيخ.
الميتوكوندريا هي المنتجين الرئيسيين للالأدينوساين ثلاثي (ATP)، وهو أنزيم أساسي للطاقة الخلوية، مع غالبية ATP الميتوكوندريا تنتج من خلال الفسفرة التأكسدية (OXPHOS) باستخدام سلسلة نقل الإلكترون. الدماغ، نظرا لمطالب الأيض عالية واعتمادها على الفسفرة التأكسدية لتوفير الطاقة النشاط العصبي، هو عرضة للضعف الميتوكوندريا. ونتيجة لذلك، يتم تشغيل ضعف الميتوكوندريا أثناء عملية الشيخوخة 1 والمتورطين في التسبب في العديد من الأمراض العصبية 2، 3، 4. وبالتالي، فإنه يترتب على ذلك أن الميتوكوندريا هي الأهداف العلاجية جذابة للالتنكس العصبي.
في هذا البروتوكول، الذي اعتمدناه استخدام مخيخي شوكي نوع ترنح 1 (SCA1) بأنه مرض الاعصاب نموذجي لدراسة الميتوكوندرياضعف لتر وتطوير علاجات تستهدف الميتوكوندريا. ويتسبب SCA1 عن طفرة polyglutamine (polyQ) تكرار التوسع في الجين المنتج ataxin-1 الذي يؤدي التنكس التدريجي للخلايا العصبية العصبية في المخيخ والخلايا العصبية من مناطق أخرى من الدماغ. خط المعدلة وراثيا الماوس المستخدمة هنا (تسمى الماوس SCA1)، الذي يعبر عن ataxin-1 التحوير-polyQ متحولة تحت سيطرة أحد المروجين محددة العصبية خلية، يسمح لتحليل المستهدفة من عنصر العصبية خلية من SCA1 5. الفئران SCA1 تخضع تدريجيا انحطاط الخلايا العصبية وتطوير مشية اانتظامية 6.
اختلال وظيفي معقد الميتوكوندريا والتي تستهدف الميتوكوندريا العلاج فعالية يمكن تقييمها مع بطارية من المقايسات الجزيئية والسلوكية. يتم قياس الخلل معقدة الميتوكوندريا خارج الجسم الحي بواسطة فحوصات التنفس التي تكشف عن استهلاك الأوكسجين تغير في أنسجة دماغ في حالةوجود ركائز سلسلة نقل الإلكترون ومثبطات 7. سبق استخدامها فحوصات التنفس مع الأنسجة permeabilized، العزلات الميتوكوندريا، والنسيج كله 7 و 8 و 9. أنها تسمح للتقييم المباشر وظيفة الميتوكوندريا على عكس طرق جمع البيانات المورفولوجية مثل المجهر الإلكتروني النافذ أو تلطيخ المناعي. استخدام النسيج كله بدلا من الميتوكوندريا معزولة يمنع اختيار منحازة الميتوكوندريا الصحية التي قد تحدث أثناء عملية عزل 7. عندما تكييفها وفقا لبروتوكول كما هو موضح، وفحص التنفس هو طريقة قيمة للكشف عن ضعف الميتوكوندريا في الحالات المرضية العصبية للدماغ.
المنشطات غير محددة من عملية التمثيل الغذائي يمكن أن تستخدم للاستدلال ضعف الميتوكوندريا في نماذج الفئران المعدلة وراثيا من الامراض العصبيةه والمساعدة في تطوير علاجات جديدة. كلها قد أظهرت كيرسيتين، أنزيم Q10 والكرياتين لتحسين علم الأمراض العصبية التنكسية في المرضى وفي النماذج الحيوانية من مرض الاعصاب 10، 11، 12، 13، 14، 15، 16. هنا نقدم منشط الأيض الرواية، وحمض السكسينيك، لتحفيز عملية التمثيل الغذائي وتعزيز وظيفة الميتوكوندريا في الأمراض العصبية التنكسية. للتأكد من أن المنشط هو عبور حاجز الدم في الدماغ، كان يعمل HPLC للكشف عن تسليمها إلى الأنسجة العصبية في الفئران التي عولجت 17.
لتقييم الآثار العلاجية من المياه المستهدفة عملية الأيض المركبات القابلة للذوبان مثل حمض السكسينيك، وبطارية من النماذج السلوكية والدراسات immunopathological يمكن استخدامها. دووتستخدم البريد إلى عجز في التنسيق الحركي وجدت في أمراض المخيخ الاعصاب، البصمة المدرج الفحص، شعاع الفحص وتسريع الدورية فحص قضيب للكشف عن إنقاذ علم الأمراض السلوكية 6 و 18 و 19. وتستكمل هذه الإجراءات مع تقييم immunopathological من التهندس الخلوي للدماغ من خلال تقييم سمك طبقة الجزيئية (كما هو موضح العصبية خلية شجيري طول الشجرة) والعصبية تعداد خلايا سوما ضمن فصيص محددة من الأنسجة المخيخ 6 و 20 و 21. هنا نقدم عدة طرق عصبية مرضية والسلوكية للكشف وعلاج ضعف الميتوكوندريا مع المركبات القابلة للذوبان المياه المستهدفة عملية الأيض.
نحن نستخدم خارج الجسم الحي تحليل التنفس الميتوكوندريا لتحليل ضعف الميتوكوندريا في تران SCA1الماوس sgenic. وعلاوة على ذلك، وتبين لنا أن أعراض المرض وعلم الأمراض وتحسن من الميتوكوندريا حمض معززة السكسينيك للذوبان في الماء، مما يزيد من تورط ضعف الميتوكوندريا في تطور المرض SCA1.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتبع هذا البروتوكول المبادئ التوجيهية IACUC في كلية سكيدمور للعمل مع الفئران.
1. المعاملة مع المركبات للذوبان في الماء
2. تحليل البصمة
3. تحليل الشعاع
4. تسريع Rotarod
5. مخيخي استخراج والتثبيت
6. الباثولوجيا المناعية الفحص
7. تحديد مقدار الجزيئية طبقة سمك والعصبية أرقام الخليوي
8. تحليل HPLC من مخيخي السكسينك حمض تركيزات ما بعد العلاج
9. السابق تحليل فيفو من مخيخي الميتوكوندريا وظائف عن طريق وحدة تحكم كهربائي الأوكسجين
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
من خلال استهداف الدوائية الميتوكوندريا المخيخ مع حمض السكسينيك ونحن قادرون على منع ضعف الميتوكوندريا في نموذج الفأر من SCA1 مرض الاعصاب المخيخ. تم حل المانحة الإلكترون الكنسي نازعة سكسينات، حمض السكسينيك، في مياه الشرب المنزلية قفص من الفئران SCA1 لمدة شهر واحد، مع بداية تقييم السلوكية خلال الأسبوع الثاني من العلاج والتقييم عصبية مرضية بعد العلاج (الشكل 1A). علاج حمض السكسينيك 22 يحسن أداء ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إذا تم استخدام هذه الأساليب كما هو موضح، فهي قادرة على اكتشاف وتخفيف التأكسدي بوساطة الفسفرة ضعف الميتوكوندريا في نماذج الفئران مرض الاعصاب المخيخ. فحوصات الكيمياء الحيوية والسلوكية المشتركة هي طرق متعددة الأوجه لتحديد مدى مساهمة الميتوكوندريا إلى المخيخ علم الأمراض العصبية التنكسية. عن طريق علاج الفئران مع حمض السكسينيك لتحفيز عملية التمثيل الغذائي وتعزيز وظيفة الميتوكوندريا، ونحن قادرون على إظهار الانقاذ من العجز السلوكية للدماغ والتنكس الدماغي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
نود أن نشكر الدكتور هاري أور في جامعة مينيسوتا على هديته السخية للفئران المعدلة وراثيا. نود أيضا أن نشكر خريجة كلية سكيدمور التالية أسماؤهم على عملهم في إجراء التجارب السابقة: مونيكا فيليجاس ، بورتر هول ، ميتشل سبرينج ، نيكولاس توكر ، جيني تشانغ ، كلوي لارسون وشيان سلوكوم. علاوة على ذلك ، نود أن نشكر كلية سكيدمور على تمويل تطوير هذه الأساليب.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| ثنائي فوسفات الأدينوزين | سيجما ألدريتش | A2754 | ADP |
| أسكوربات | سيجما ألدريتش | A7631 | |
| ألبومين مصل الأبقار | سيجما ألدريتش | A2153 | BSA |
| 4 '، 6-Diamidino-2-phenylindole | Sigma Aldrich | D9542 | DAPI |
| Digitonin | Sigma Aldrich | D141 | |
| Dithiothreitol | سيجما ألدريتش | D0632 | DTT |
| دونكي سيجم | ألدريتش | D9663 | |
| غلوتامات | سيجما ألدريتش | 1446600 | |
| مالات | سيجما ألدريتش | 6994 | |
| مانيتول | سيجما ألدريتش | M4125 | |
| بارافورمالديهايد | سيجما ألدريتش | P6148 | |
| لاكتوبيونات البوتاسيوم | السكريات الحيوية | 69313-67-3 | |
| روتينون | سيجما ألدريتش | R8875 | |
| سابونين | سيجما ألدريتش | 47036 | |
| حمض السكسينيك | سيجما ألدريتش | S3674 | |
| N و N و N و Prime ؛ N & < / م > - تتراميثيل-<إم > ص < / م > فينيلين ديامين | سيجما ألدريتش | T7394 | TMPD |
| تريتون X-100 | سيجما ألدريتش | T9284 | |
| اليوريا | سيجما ألدريتش | U0631 | |
| Vectashield تصاعد متوسط | مختبرات ناقلات | H-1000 | |
| <قوية >الأجسام المضادة< / قوي> | |||
| 11NQ الجسم المضاد (مضاد للأتاكسين -1) | سيرفاديو ، et al.< / i> 1995 ، PMID: 7647801 | ||
| Alexa Fluor 488 الأجسام المضادة الثانوية المضادة للفأر | Life Technologies | A-11015 | |
| Alexa Fluor 594 الأجسام المضادة الثانوية المضادة للأرانب | Life | Technologies A-11012 | |
| الجسم المضاد كالبيندين (الماعز) سانتا | كروز | C-20 | |
| Animals< / قوي> | |||
| السيطرة على الفئران المعدلة وراثيا | هاري أور ، دكتوراه. | A02 | Burright ، et al.< / i> 1997 ، PMID: 9217978 |
| فئران SCA1 | هاري أور ، دكتوراه. | B05 | Burright ، et al.< / i> 1997 ، PMID: 9217978 |
| الفئران من النوع البري | مختبر جاكسون | 001800 | |
| Equipment< / strong> | |||
| ESM-100L microtome | ERMA | Sledge microtome | |
| Fluoview FV1200 مجهر متحد البؤر | أوليمبوس | ||
| شرائح الجلسرين الجيلاتين | FD نيورو تكنولوجيز | PO101 | |
| حقنة هاميلتون | سيجما ألدريتش | VCAT 80465 | |
| OXYT1 وحدة التحكم في القطب الكهربائي Oxytherm | Hansatech Instruments | ||
| P.T.F.E. ورقة | Cole-Parmer | UX-08277-15 | |
| Rotallion Rotarod | PPP & G | الاتصال بالمؤلف المقابل للحصول على معلومات | |
| في نهاية المطاف 3000 HPLC | Dionex | ||
| Software | |||
| ImageJ | المعهد الوطني للصحة | http://imagej.nih.gov/ij/< / a> | |
| البرنامج المساعد عداد الخلية (ل ImageJ) | المعهد الوطني للصحة | http://rsb.info.nih.gov/ij/plugins/cell-counter.html< / a> | |
| 3P & G Rota-Rod v3.3.3 (برنامج rotarod) PPP | & G | اتصل بالمؤلف المقابل للحصول على معلومات | |
| Phidget21.dll (مطلوب لبرنامج rotarod) | DLL-Files.com | https://www.dll-files.com/phidget21.dll.html |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.