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Artículo de método

Etiquetado e imágenes de placas amiloideas en el tejido cerebral utilizando la curcumina de polifenoles naturales

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DOI:

10.3791/60377

1 de noviembre de 2019

En este artículo

Resumen

La curcumina es un fluoróforo ideal para el etiquetado y la toma de imágenes de placas de proteína beta amiloide en el tejido cerebral debido a su unión preferencial a la proteína beta amiloide, así como sus similitudes estructurales con otros colorantes de unión amiloide tradicionales. Se puede utilizar para etiquetar e imágenes de placas de proteína beta amiloide de manera más eficiente y económica que los métodos tradicionales.

Resumen

La deposición de la proteína beta amiloide (A) en espacios extra e intracelulares es una de las patologías distintivas de la enfermedad de Alzheimer. Por lo tanto, la detección de la presencia de A en el tejido cerebral AD es una herramienta valiosa para el desarrollo de nuevos tratamientos para prevenir la progresión de la AD. Se han utilizado varios colorantes clásicos de unión amiloide, fluorocromo, sondas de imagen y anticuerpos específicos de A- para detectar histoquímicamente A en el tejido cerebral AD. El uso de estos compuestos para la detección de A es costoso y consume mucho tiempo. Sin embargo, debido a su intensa actividad fluorescente, alta afinidad y especificidad para A, así como similitudes estructurales con los colorantes tradicionales de unión amiloide, la curcumina (Cur) es un candidato prometedor para el etiquetado y la toma de imágenes de placas de A en postmortem tejido cerebral. Es un polifenol natural de la hierba Curcuma longa. En el presente estudio, Cur se utilizó para etiquetar histoquímicamente placas A- tanto de un modelo genético de ratón de la enfermedad de Alzheimer 5x familial (5xFAD) como del tejido AD humano en un minuto. La capacidad de etiquetado de Cur se comparó con los colorantes de unión amiloide convencionales, como el tioflavina-S (Thio-S), el rojo del Congo (CR) y el Fluoro-jade C (FJC), así como con los anticuerpos específicos de A- (6E10 y A11). Observamos que Cur es la forma más económica y rápida de etiquetar e imágenes de placas A- en comparación con estos colorantes convencionales y es comparable a los anticuerpos específicos de A. Además, Cur se une a la mayoría de las especies de A, como los oligómeros y las fibrillas. Por lo tanto, Cur podría ser utilizado como el agente de detección de fluorocromo más rentable, simple y rápido para placas A.

Introducción

La enfermedad de Alzheimer es uno de los trastornos neurológicos progresivos más comunes, relacionados con la edad y una de las principales causas de muerte en todo el mundo1,2. El aprendizaje, la memoria y el deterioro de la cognición, junto con los trastornos neuropsiquiátricos, son los síntomas comunes manifestados en ad3. Aunque la etiología de la AD no ha sido completamente aclarada, la evidencia genética, bioquímica y experimental disponible indica que la deposición gradual de A es un biomarcador definitivo para AD4. Esta proteína minimizada se acumula en espacios intracelulares y extracelulares y se cree que está implicada en la pérdida sináptica, aumento de la neuroinflamación y neurodegeneración en las regiones corticales y del hipocampo en el cerebro afectado por el centro de la enfermedad5. Por lo tanto, la detección histoquímica de A en el tejido AD es un primer paso crucial en el desarrollo de fármacos antiamiloides no tóxicos para prevenir la progresión de la AD.

Durante las últimas décadas, varios colorantes y anticuerpos han sido utilizados por muchos laboratorios de investigación para etiquetar e imágenes de placas A en el tejido cerebral, pero algunos de estos métodos consumen mucho tiempo y los colorantes o anticuerpos utilizados son caros, lo que requiere varios accesorios Productos químicos. Por lo tanto, el desarrollo de un medio barato de detección de placas A en el cerebro AD sería una nueva herramienta bienvenida. Muchos laboratorios comenzaron a utilizar Cur, un prometedor polifenol natural antiamiloide, para el etiquetado y la imagen A, así como un agente terapéutico para AD6,7,8,9. Su hidrofobicidad y naturaleza lipolólica, similitudes estructurales con colorantes clásicos de unión amiloide, fuerte actividad fluorescente, así como una fuerte afinidad para unirse con A, lo convierten en un fluoróforo ideal para el etiquetado y la toma de imágenes de placas A- en el tejido AD10 . Cur se une a las placas y oligómeros A- y su presencia también se detecta en los espacios intracelulares7,11,12,13. Además, se ha demostrado que cantidades mínimas (1-10 nM) de Cur pueden etiquetar placas a a en 5 x tejido cerebral de la enfermedad de Alzheimer familiar (5xFAD)7. Aunque la concentración de 1 nM no proporciona la intensidad de fluorescencia óptima para el recuento de placas de A, una concentración de 10 nM o superior de Cur sí lo hace. Ran y sus colegas14 informaron que dosis tan bajas como 0,2 nM de Cur difluoroboron-derivatizado pueden detectar depósitos in vivo A, casi así como una sonda infrarroja. Aún no está claro si esta dosis es suficiente para etiquetar las placas a a- en el tejido. La mayoría de los estudios previos han utilizado de 20 a 30 minutos para manchar placas de A con Cur, pero la tinción óptima puede requerir mucho menos tiempo.

El presente estudio fue diseñado para probar el tiempo mínimo requerido por Cur para etiquetar las placas a-a en el tejido cerebral AD y para comparar la sensibilidad para el etiquetado y la toma de imágenes de placas A en el tejido cerebral de los ratones 5xFAD después de manchar con Cur con otros Colorantes de unión A, como Thioflavin-S (Thio-S), rojo congoso (CR) y Fluoro-jade C (FJC). La capacidad de etiquetado A de estos colorantes clásicos de unión amiloide se comparó con la tinción de Cur en secciones cerebrales coronales incrustadas en parafina y criostatos de ratones 5xFAD y de AD humano emparejados con edad y tejido cerebral de control. Los hallazgos sugieren que Cur etiqueta las placas A- de una manera similar a los anticuerpos específicos de A - (6E10) y moderadamente mejor que Thio-S, CR, o FJC. Además, cuando se administraron inyecciones intraperitoneales de ratones Cur a 5xFAD durante 2 a 5 días, cruzó la barrera hematoencefálica y se une con placasA- 7. Curiosamente, las concentraciones nanomolares de Cur se han utilizado para etiquetar e imágenes de placas A en el tejido cerebral 5xFAD7,14. Por otra parte, las placas morfológicamente distintas de A, como las placas de núcleo, néríticas, difusas y quemadas pueden ser etiquetadas por Cur de manera más eficiente que con cualquiera de los otros colorantes de unión amiloide convencionales7. En general, Cur se puede aplicar a las placas de la etiqueta y de la imagen a-A en el tejido cerebral postmortem de los modelos animales AD y/o tejido AD humano de una manera fácil y barata, como una alternativa confiable a los anticuerpos específicos de A.

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Protocolo

Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales (ACUC) de la Universidad Estatal del Valle de Saginaw. El tejido humano se obtuvo de un banco cerebral establecido en el Instituto Banner Sun Health en Arizona15,16.

1. Perfusión de los animales

  1. Prepare los búferes fijador y de perfusión.
    1. Preparar un tampón de fosfato sódico de 0,1 M añadiendo 80 g de cloruro sódico (NaCl), 2 g de cloruro de potasio (KCl), 21,7 g de fosfato de hidrógeno disódico (Na2HPO4x 7H2O), 2,59 g de fosfato de dihidrógeno potásico (KH2PO4 ), y agua destilada doble para hacer un total de 1 L.
    2. Preparar un 4% de paraformaldehida (PFA).
      1. Añadir 40 g de paraformaldehyde a 1 L de PBS (0,1 M, pH 7,4).
      2. Calentar la solución de PFA a 60 o65 oC y mezclar con un agitador magnético.
        NOTA: La temperatura no debe exceder los 65 oC.
      3. Agregue unas gotas de NaOH (1 N) con un cuentagotas para disolver el PFA por completo.
      4. Filtrar la solución pfA con papel de filtro medio a fino y almacenar a 4 oC.
        NOTA: La solución es buena durante un mes.
  2. Realizar anestesia animal y perfusión.
    NOTA: Los ratones de control de 1136799Vas/J (5-FAD) de edad b6SJL-Tg APP SwFlLon, PSEN1*M146L*L286V, 1136799Vas/J (5-FAD) (n 6 por grupo) fueron comprados a los vendedores y criados en la casa de animales de la Universidad Estatal del Valle de Saginaw. El genotipado fue confirmado por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) como se describió anteriormente7. El tejido cerebral de AD humano incluye el tejido cerebral postmortem AD y el tejido de control emparejado por la edad.
    1. Anestetizar al animal con un agente anestésico adecuado, como pentobarbital sódico (390 mg/kg de peso corporal), o una mezcla de ketamina/xilazina (hasta 80 mg/kg de ketamina de peso corporal y 10 mg/kg de xilazina de peso corporal) por inyección intraperitoneal (27 G aguja y 1 mL). Compruebe el nivel de anestesia pellizcando un dedo del dedo del día. Si el animal no responde, entonces está listo para la cirugía de perfusión.
    2. Coloque el animal anestesiado en la posición supina en la bandeja de cirugía de perfusión y utilizando pequeñas tijeras de iris hacer una incisión en el extremo posterior del ventrículo izquierdo.
    3. Inserte una aguja de perfusión de 22 G en el ventrículo izquierdo y haga una pequeña incisión en la aurícula derecha para eliminar el líquido de perfusión del cuerpo. Utilice un sistema de perfusión alimentado por gravedad para permitir que el fluido de perfusión helada (0,1 M PBS, pH 7,4) fluya durante 5 x 6 min (velocidad de flujo 20 a 25 ml/min).
      NOTA: Un hígado claro es el indicador de perfusión óptima.
    4. Cambie la válvula tampón a una solución de paraformaldehído de 4% helada para su fijación y permita que fluya durante 8 x 10 minutos.
      NOTA: El temblor seguido de las extremidades endurecidas o rígidas son indicadores de una buena fijación.
    5. Retire el cerebro del cráneo usando tijeras. Usando una espátula, recoger el cerebro y colocarlo en un vial de 4% PFA (al menos 10 veces el volumen del volumen cerebral) y almacenar a 4 oC hasta su uso posterior.

2. Procesamiento de tejidos

  1. Corte las secciones de criostato.
    1. Transferir el cerebro a soluciones de sacarosa calificadas (10%, 20% y 30%) y almacenar a 4oC durante 24 h cada uno, hasta su uso.
    2. Usando un criostato a -22 oC, corte secciones de 40 m de espesor. Recoger de 10 a 20 secciones por pozo en un plato de 6 pocillos lleno de PBS y azida sódica (0,02%).
  2. La parafina incorpora las secciones para el ratón y el tejido cerebral humano.
    1. Para las secciones de parafina, deshidratar el tejido cerebral perfundido y 24 h post-fijo con alcoholes clasificados (50%, 70%, 90%) durante 2 h cada uno, seguido sin 100% de alcohol 2x para 1 h cada uno), y luego con xileno 2x para 1 h cada uno) a temperatura ambiente.
    2. Penetra rinillos-parafina (1:1) 2x durante 1 h a 56oC en un matraz cónico de vidrio cubierto con papel de aluminio.
    3. Sumerja el tejido en parafina derretida (56 oC) durante 4 x 6 h.
    4. Cortar secciones de 5 m de espesor utilizando un microtomo rotatorio a temperatura ambiente y colocarlos en un baño de agua tisular a 45 oC.
  3. Histoquímicamente etiquetar las placas A - en las secciones de criostato con Cur.
    1. Enjuague las secciones del paso 2.1.2 con PBS (pH 7.4) 3x durante 5 min cada una.
    2. Sumerja las secciones en etanol al 70% durante 2 min a temperatura ambiente.
    3. Disolver el stock de Cur (1 mM) en metanol y diluir con 70% de etanol para obtener una concentración de trabajo final de 10 m.
    4. Sumerja las secciones con la solución Cur de trabajo durante 1 x 5 minutos a temperatura ambiente en una coctelera a 150 rpm.
    5. Deseche la solución de Cur y lave con 70% de etanol 3x durante 2 min cada uno.
    6. Coloque las secciones en portaobjetos de vidrio recubiertos de poli-L-lisina y monte con un cubreobjetos utilizando medios de montaje orgánicos, como xileno plastificante de distyrene (DPX).
    7. Vista bajo un microscopio de fluorescencia utilizando filtros de excitación/emisión de 480/550 nm.
  4. Histoquímicamente etiquetar las placas A - en el ratón incrustado en parafina y secciones del cerebro humano con Cur.
    1. Deparaffinizar las secciones de tejido del paso 2.2.4 con xileno 2x durante 5 min cada una a temperatura ambiente.
    2. Rehidratar con soluciones de alcohol graduadas (100%, 80%, 70%, 50% para 1 min cada una) y con agua destilada 2x durante 5 min cada una a temperatura ambiente.
    3. Secciones de manchas con Cur (10 m) durante 10 minutos a temperatura ambiente en la oscuridad, agitando a 150 rpm. Lavar con 70%, 90% y 100% de alcohol durante 2 min cada uno.
    4. Claro con xileno 2x durante 5 min cada uno y tapa con DPX.
    5. Visualice bajo un microscopio de fluorescencia como se menciona en el paso 2.3.7.
  5. Colocalizar Cur con el anticuerpo A- en placas y oligómeros De A.
    1. Lave las secciones de criostato del paso 2.1.2 con PBS 3x en una placa de 12 pocillos.
    2. Bloquear las secciones con 10% de suero normal de cabra (NGS) disuelto en PBS con 0.5% Triton-X-100 a temperatura ambiente durante 1 h.
    3. Deseche la solución de bloqueo. Incubar las secciones con anticuerpos específicos de A ( 6E10 o A11, diluido 1:200) disueltos en solución de bloqueo fresca que contenga 10% NGS y 0,5% Tritón-X100 durante la noche a 4oC en una coctelera a 150 rpm.
    4. Deseche la solución de anticuerpos y lave las secciones con PBS 3x durante 10 min cada una.
    5. Incubar con la etiqueta de anticuerpo secundario con fluoróforo rojo (por ejemplo, Alexa 594) durante 1 h a temperatura ambiente en la oscuridad.
    6. Lavar con PBS 3x durante 10 min cada uno.
    7. Lavar con 70% de alcohol 1x.
    8. Incubar las secciones con Cur (10 m) durante 5 min a temperatura ambiente.
    9. Lavar con 70% de alcohol 3 veces durante 1 min cada uno.
    10. Deshidratar con 90% y 100% de alcohol durante 1 min cada uno, limpiar con xileno 2x durante 5 min cada uno, y montar en diapositivas usando DPX.
    11. Visualice utilizando un microscopio de fluorescencia con filtros de excitación/emisión apropiados para las señales rojas y verdes.
    12. Para la colocalización intracelular a, manchar las secciones con a-anticuerpos (6E10), reainar con Cur a temperatura ambiente en la oscuridad con temblor a 150 rpm, y contramancha con Hoechst-33342 (1 mg/ml) y/o DAPI (1ug/ml) durante 10 minutos a temperatura ambiente en la oscuridad con temblores a 150 rpm. Lavar con PBS 3x.
    13. Tome imágenes con los filtros rojo, verde y azul con un objetivo de 100x (ampliación total 1.000x).
  6. Etiquete las placas A con Tio-S, CR y FJC.
    NOTA: Los protocolos detallados para el etiquetado Thio-S y CR se notificaron previamente7.
    1. Para la tinción de FJC, lave las secciones flotantes obtenidas del paso 2.1.2 con PBS 3x durante 5 min cada una.
    2. Coloque las secciones en una placa de 12 pocillos y manchar las manchas con FJC (0,001%) durante 10 minutos en la oscuridad a temperatura ambiente.
    3. Deseche la solución de FJC y lave con PBS 3x durante 5 min cada uno.
    4. Incubar con cloruro de amonio (NH4Cl, 50 mM disuelto en PBS) durante 10 min a temperatura ambiente.
    5. Deseche la solución NH4Cl y lave con PBS 3x durante 5 min cada uno.
    6. Siguiendo los pasos de la sección 2.4, deshidratar con soluciones de alcohol graduadas, limpiar, montar y ver bajo un microscopio de fluorescencia utilizando filtros de excitación/emisión de 450/520 nm.

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Resultados

Etiquetas de curcumina placas A- en un minuto. Cuando teñimos el tejido 5xFAD con Cur, encontramos que las placas de la etiqueta Cur A en 1 min. Aunque el aumento del tiempo de incubación con Cur aumentó ligeramente la intensidad de fluorescencia de las placas de A, el número de placas observadas de A, no fue significativamente diferente entre 1 min y 5 min de tiempo de tinción(Figura 1).

Cur puede ...

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Discusión

Nuestra hipótesis era que Cur podría ser utilizado como la forma más rápida, más fácil y menos costosa de etiquetar e imágenes de placas A en el tejido cerebral postmortem AD en comparación con otros colorantes clásicos de unión amiloide, así como anticuerpos específicos de A. Los objetivos de este estudio fueron determinar el tiempo mínimo necesario para etiquetar e imágenes de placas A- por Cur en el tejido cerebral postmortem AD y determinar si Cur puede ser utilizado como una alternativa al anticuerpo A- para etiquet...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

El apoyo a este estudio vino del Instituto de Neurociencias de Campo en ascensión de Santa María.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
4′,6-diamidino-2-fenilindol (DAPI)IHC world, Woodstock, MD
Un modelo animal de la enfermedad de AlzheimerLaboratorio de Jackson, Bar Harbor, ME
Alcohol absolutoVWR,Radnor, PA
Alexa 594Santacruz Biotech, Dallas, TX
Anticuerpo 6E10Biolegend, San Diego, CA
Anticuerpo A11Millipore, Burlington, MA
Microscopio óptico compuestoOlympus, Shinjuku, JapónOlympus BX51
Congo rojoSigma, St. Louis, MO
CryostatGMI, Ramsey, MNLeicaCM1800
CurcuminSigma, St. Louis, MO
Hidrógeno disódico fosfatoSigma, St. Louis, MO
Plastificante de disestireno xilenoBDH, Dawsonville, GA
Papeles de filtroFisher scientific, Pittsburgh, PA
Hoechst-33342Sigma, St. Louis, MO
Microscopio fluorescente invertidoLeica, Buffalo Grove, ILLeica DMI 6000B
Fluorescente invertido microscopioOlympus, Shinjuku, JapónOlympus 1x70
Suero de cabra normalSigma, St. Louis, MO
ParafinaSigma, St. Louis, MO
ParaformaldehídoSigma, St. Louis, MO
Portaobjetos de vidrio cargado recubierto de estratagema y lisinaGlobe Scientific Inc, Mahwah, NJ
Cloruro depotasioSigma, St. Louis, MO
Dihidrógeno fosfato de potasioSigma, St. Louis, MO
Azida de sodioSigma, St. Louis, MO
Cloruro de sodioSigma, St. Louis, MO
Hidróxido de sodioEMD Millipore, Burlington, MA
Pentobarbital de sodioVortex Pharmaceuticals limited, Dearborn, MI
Tioflavina-SSigma, St. Louis, MO
Triton-X-100Sigma, St. Louis, MO
XilenoVWR,Radnor, PA

Referencias

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