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Como se mencionó anteriormente, casi la mitad del hemisferio cerebral está congelado y disponible para estudios moleculares utilizando ADN, ARN, o proteína. Históricamente, se ha demostrado que los estudios con tejidos cerebrales postmortem se ven afectados por afecciones premortem, edad, sexo, pH tisular, integridad del ARNm (RIN), intervalo postmortem (PMI), certeza diagnóstica, uso de comorbidsustancias y tratamiento previo con medicamentos estado23. Según estudios que utilizan tejidos cerebrales, el ADN y la proteína parecen verse afectados en menor medida en comparación con el ARN. Sin embargo, según nuestra experiencia, se ha encontrado que el aislamiento de ARN y el análisis aguas abajo son los más afectados por las condiciones premortem y el intervalo postmortem del tejido cerebral. Por lo tanto, discutimos algunas de las condiciones a seguir para realizar análisis basados en ARN utilizando tejidos emordezcos postmortem.
Para todos nuestros estudios, después de que el cerebro se recoge en la autopsia, se corta en rodajas (1 cm de espesor) y luego se fija en 4% paraformaldehído para estudios morfológicos o se congela rápidamente para el análisis bioquímico. Todos los bloques de tejido se caracterizan por la desmielinización mediante inmunostainización utilizando PLP como se describió anteriormente. En la Figura 1se muestra un esquema de análisis representativo. Las secciones de tejido se examinan para detectar la presencia de lesiones de materia blanca (Figura1A). Las regiones seleccionadas se tiñen para la actividad inmunitaria (Figura1B)y la desmielinización (Figura 1C). El tejido congelado se monta en el criostato (Figura1D)y se cortan secciones congeladas de 30 m. Esto es seguido por la recolección de 3-4 secciones posteriores, la separación de los tejidos adyacentes, y el almacenamiento para el ADN, ARN, o aislamiento de proteínas. Utilizando este protocolo, hemos aislado con éxito ADN24,25,ARN5,6,7,8,9 así como proteínas26. Mientras que se discuten los principales hallazgos de algunos de los estudios que analizan el ARN de los cerebros de la EM, aquí están algunos de los temas relacionados con el análisis de los cerebros de la EM postmortem del ARN.

Figura 1: Colección de muestras para el análisis de ARNm. (A) El tejido de la autopsia se selecciona para el análisis. Se seleccionan áreas de tejido y se extirpada una porción de tejido. Todas las secciones están teñidas con (B) MHC-II (Major histocompatibility complex (MHC) clase II HLA-DR CR3/43) anticuerpo para detectar la actividad inflamatoria y con (C) proteína proteolídica (PLP) para determinar el estado de la mielina utilizando protocolos publicados. Según el estado de la mielina, el bloque se puntúa mediante un bisturí (D). Las secciones (60 m) se cortan (E) y las áreas que se han puntuado previamente se eliminan, se separan en tubos y se etiquetan (F). Las manchas PLP y MHC-II se repiten después de cada 5 secciones para garantizar una correcta recolección de tejido. Se observa materia blanca que aparece normal (NAWM) y las lesiones de materia blanca (WML) se describen en rojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Transección axonal en las lesiones de la SM10. Un enfoque científico inicial de este programa fue la caracterización de los componentes celulares de las lesiones de sormielinizadas de la materia blanca. Entre los antígenos localizados había neurofilamentos no fosforilados (NF). La mayoría de los NF son fosforilados en axones mielinados. Tras la desmielinización, los axones se defosforilan. Detectamos la expresión esperada de NFs no fosforilados en axones desmielinizados. En las lesiones agudas de la EP, muchos de estos axones desmielinizados terminaron como bombillas de retracción axonal (Figura2A),que reflejan los extremos proximales de los axones transectos. Los axons transecicétos superan los 11.000 mm3 en las lesiones agudas en comparación con las regiones normales adyacentes10. Estas observaciones ayudaron a catalizar un cambio de paradigma en la investigación de la EP que movió el campo hacia la caracterización de la neurodegeneración como la principal causa de discapacidad neurológica permanente en individuos con EM.

Figura 2: Transección axonal durante la desmielinización inflamatoria. La transección axonal ocurre durante ladesmielinización inflamatoria (A , puntas de flecha) e induce la formación de ovoides axonales terminales (A , flechas). Cuando se cuantifican (B), los axónicos transectos son abundantes en las lesiones de la EP y parecen correlacionarse con la actividad inflamatoria de la lesión. Panel A reproducido de Trapp et al.10 con permiso. Rojo: proteína proteólídica, verde: Neurofilamento anti no fosforilado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Remielinización en cerebroscrónicos de LAMS 3 . La remielinización puede ser robusta durante las primeras etapas de la MUS. Sin embargo, muchas lesiones crónicas de la EM no se remielinan. Investigamos si la presencia de células progenitoras de oligodendrocitos (OPO) o la generación de nuevos oligodendrocitos limita la remielinización de lesiones de materia blanca desmielinizadas crónicas. Mientras que la densidad de la OPC a menudo disminuyó, estaban presentes en todas las lesiones desmielinizadas crónicamente3. Los oligodendrocitos recién generados también estuvieron presentes en muchas lesiones crónicas de la EM. Procesos de oligodendrocitos asociados con, pero no mielinato axones desmielinizados (Figura 3). Estos estudios indican que los OPO y su capacidad para producir nuevos oligodendrocitos no están limitando la remielinización de lesiones crónicas de materia blanca. Hemos planteado la hipótesis de que los axones crónicos desmielinizados, que a menudo parecían distróficos, no eran receptivos a la remielinización por los oligodendrocitos recién producidos.

Figura 3: Procesos de pre-mielinización de oligodendrocitos asociados con axones. Se muestran micrografías confocales de lesiones de LA MS manchadas con anticuerpos PLP (rojo en los paneles A, B)y anticuerpos de neurofilamento (verdes en los paneles A, B). Un oligodendrocitos premielinizantes (rojo en el panel A) en la zona subventricular (SVZ) extendió los procesos a la región de los axones desmielinizados (verdes en el panel A) en una lesión crónica de EM. Muchos de estos procesos (flechas en el Panel A) se enespiralron alrededor de los axons, como se muestra en un aumento más alto (Panel B). Las barras de escala representan 20 m (A) y 5 m (B). Reproducido de Chang et al.3 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Disfunción mitocondrial en MS6. Realizamos una búsqueda imparcial de los cambios genéticos neuronales en la corteza motora rápidamente congelada obtenida de pacientes con EM crónica (Figura4A). Una búsqueda imparcial de este conjunto de datos identificó reducciones significativas en 23 ARNM mitocondriales codificados nuclearmente en MS (Figura4B). Los estudios de acreditación utilizando inmunocitoquímica e hibridación in situ indicaron que estos genes estaban altamente enriquecidos en neuronas de proyección cortical (Figura4C)y que las mitocondrias aisladas de los axones de proyección muestran glucólisis reducida ( Figura 4D). Este documento catalizó un enfoque en la disfunción mitocondrial y redujo la producción de ATP como un importante contribuyente a la degeneración axonal en la EM.

Figura 4: Datos de microarray y técnicas de validación aguas abajo realizadas en la corteza motora de La Sra. (A) Agrupación jerárquica de transcripciones significativamente alteradas de muestras de corteza motora de control (C1-C6) y SPMS (MS1-MS6), apoyando por separado patrones de expresión génica relacionadas con enfermedades. Entre la disminución de las transcripciones en la corteza motora de la SM, veintiséis pertenecían a la cadena de transporte de electrones (B). El ARNm del complejo mitocondrial I (NDUFA6) se redujo en las neuronas (n a 55-130) en la corteza motora de la SM(CII)en comparación con el control (CI), mientras que las densidades del ARNm PLP fueron similares entre el control (CIII) y la corteza cerebral de la EM (CIV). La actividad de los complejos de transporte de electrones I y III se redujo en fracciones mitocondriales enriquecidas a partir de la corteza motora de los pacientes con SM (n.o 3) (D). 6 con permiso. Las barras de error representan SEM; La barra de escala en CI-IV es de 25 m. * p < 0.05 Prueba t-test de los estudiantes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Patogénesis de la disfunción cognitiva en la SM8. Cuarenta y 60% de los pacientes con EM tienen deterioro cognitivo y reducción de la función ejecutiva. Identificamos el hipocampo, que es un sitio funcional de memoria/aprendizaje, como un sitio común para la desmielinización en la MI. A continuación comparamos la expresión génica neuronal en hipocampo mielinizado y desmielinizado y encontramos reducciones significativas en las ARN neuronales que codifican proteínas implicadas en la memoria/aprendizaje. Ampliamos estos datos demostrando que los microARN selectos se incrementan en el hipocampo desmielinizado y que estos microARN pueden disminuir la expresión de receptores de glutamato. Hemos reproducido y ampliado estas observaciones en modelos de roedores. A continuación comparamos la expresión génica neuronal en el hipocampo mielinizado y desmielinizado y encontramos reducciones significativas en las proteínas de codificación de ARNm neuronal implicadas en la memoria/aprendizaje.

Figura 5: Recopilación de tejidos, análisis histológico y estudios de expresión génica en el hipocampo de EM. Las rebanadas cerebrales que contienen hipocampo se seleccionan durante la autopsia (A) y se elimina el hipocampo y la región contigua (caja roja) para su análisis posterior. La inmunopreservación para PLP mostró la preservación de la mielina en todos los controles (B) y el 40% de la MAYOR hippocampi (C). Se detectó una desmielinización extensiva enel 60 % de la Mayor Hippocampi (D ). En comparación con el control del hipocampo (E, G, I), no se detectó una pérdida neuronal significativa en las regiones CA1, CA3 o CA4 de hipocampo desmielinizado (F, H, J) como se muestra en la inmunohistoquímica HuR. La inmunofluorescencia de doble etiqueta para mielina (proteína básica de mielina (MBP), verde) y axones (SMI32, rojo) mostró pérdida de mielina (L) con conservación relativa de axones (N) en el hipocampo desmielinizado de MS en comparación con el hipocampo de control ( MBP, K; SMI32, M). La agrupación dual de los niveles de expresión de ARNm organizó muestras en grupos discretos basados en el estado de mielina (mielinado y desmielinizado) y la ubicación (hippocampus vs corteza motora) (O). Los altos niveles de ARNm se indican con los niveles de expresión bajos de los niveles de expresión de color rojo y azul. 8 con permiso. B-D: 2 mm, E-J: 100 m, K-N: 50 m. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Correlaciones patológicas de cambios de RMN12. Si bien la RMN es un indicador valioso del diagnóstico de la EM y la respuesta al tratamiento, y también es un predictor de la progresión de la enfermedad de EM, los correlatos patológicos de los cambios en la RMN no se entienden bien. Nuestros estudios de resonancia magnética postmortem se han centrado en dos RIS de RMN. LOS ROI cerebrales de materia blanca que solo eran hiperintensos t2 (solo T2) y ROIs que tenían una combinación de hipointensidad T1, hiperintensidad T2 y relación de transferencia de magnetización reducida (MTR) (T2T1MTR). Aproximadamente el 45% de los ROI de materia blanca cerebral T2 fueron mielinizados, lo que confirma su naturaleza no específica. Por el contrario, el 83% de los ROC T2T1MTR fueron desmielinizados crónicamente y aparecieron como agujeros negros. Los valores T1 y MTR son semicuantitativos y sus valores variaron ampliamente en los ROI T2T1MTR. Si la pérdida de mielina es el único contribuyente a estos cambios de RMN, los valores deben ser constantes. Axones desmielinizados hinchados correlacionados con valores T1 y MTR.

Figura 6: Las relaciones de transferencia de magnetización (MTR) y las relaciones de contraste T1 se correlacionan linealmente con el porcentaje de axónicos Na+/K+ ATPase positivos en lesiones crónicas de LAM. Las lesiones desmielinizadas crónicamente manchadas para Na+/K+ ATPase (verde) variaron de casi 100% (A) a cero (B) en neurofilamento (rojo). Muchos axons sin Na+/K+ ATPase habían aumentado los diámetros (B). Comparación del porcentaje de axones Positivos Na+/K+ ATPase en lesiones de EM crónicamente desmielinizadas correlacionadas con MTR postmortem cuantitativo (p < 0.0001, C) y relaciones de contraste T1 (p < 0.0006, D). Cada punto de datos es de una sola lesión y cada combinación única color-símbolo denota uno de los cerebros estudiados. Barras de escalas de 5 m. Reproducidas de Young et al.12 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Neurodegeneración independiente de la desmielinización11. Históricamente, se ha pensado que la neurodegeneración en la MUS es el resultado de la desmielinización. Sin embargo, los estudios por imágenes cerebrales han planteado la posibilidad de que la neurodegeneración y la desmielinización puedan ser eventos independientes. Recientemente identificamos una subpoblación de pacientes con EP que tienen desmielinización de la médula espinal y la corteza cerebral, pero no de la materia blanca cerebral. Acuñamos este subtipo de MS como MS mielocortical (MCMS). Los casos de MCMS proporcionaron una plataforma para investigar la relación entre la desmielinización de la materia blanca cerebral y la pérdida neuronal cortical. En comparación con el control de cortices, la pérdida neuronal cortical fue significativamente mayor en los cortices MCMS que en los cortices típicos de la SM. El tejido cerebral de control se obtuvo del Departamento de Patología de la Clínica Cleveland. Este estudio proporciona la primera evidencia patológica de neurodegeneración en ausencia de desmielinización.

Figura 7: Pérdida neuronal en ausencia de desmielinización cerebral de la materia blanca. Una sección hemisférica coronal teñida de cresilo violeta de un individuo clasificado como que tiene una EM típica (A). Las densidades neuronales se compararon en las capas corticales III, V y VI en cada una de las cinco áreas etiquetadas. Las neuronas con un área superior a 60 m2 (amarillo) se muestran en una imagen representativa de la corteza temporal superior (B ). Etiquetado para PLP y distribución de lesiones desmielinizadas (la desmielinización de materia blanca se resalta en azul; la desmielinización subpial se resalta en rosa) en secciones hemisféricas de individuos con SM típica (C) y MS mielocortical (D ) se muestran. Se encontró una correlación significativa entre la reducción de la densidad neuronal cortical y el aumento del volumen de lesiones de materia blanca cerebral en la SM típica, pero no en la SM mielocortical (E); líneas discontinuas indican un intervalo de confianza (CI) del 95%. IFG - gyrus frontal inferior. STG - giso temporal superior. INi inferior insula. Insula superior. CG - gyrus cingulado. Reproducido de Trapp et al.11 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Duración de la secuencia | Descripción de la secuencia | Uso de secuencia |
| 0:09 | Localizador | Localización de secuencias posteriores |
| 9:14 | Magnetización 3D preparado eco de gradiente rápido (MPRAGE) | Estimación volumétrica por imágenes estructurales de las estructuras cerebrales |
| 5:14 | Recuperación de inversión atenuada por fluido 3D (FLAIR) | Identificación de lesiones Segmentación de lesiones Evaluación de lesiones volumétricas |
| 2:35 | 2D T2 ponderado | Identificación de lesiones Segmentación de lesiones Evaluación de lesiones volumétricas |
| 5:12 | Eco 3D recuperado por gradiente con pre-pulso de transferencia de magnetización , (MT-ON) | Medida supuesta del contenido de mielina en el tejido normal que aparece y la lesión |
| 5:12 | Eco 3D recuperado por gradiente sin prepulso de transferencia de magnetización , (MT-OFF) | |
| 0:27 | Asignación de campos de Diffusion Tensor Imaging (DTI) | Medición de la difusión del agua en el tejido cerebral que se cree que refleja la integridad del tejido cerebral. |
| 10:27 | Diffusion Tensor Imaging (DTI) multi-shell |
| 1:18 | Diffusion Tensor Imaging (DTI) multi-shell |
| 39:48:00 | SUBTOTAL: CORE | |
Tabla 1: Protocolo de imágenes postmortem.