כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחקירת האופן שבו Mettl3 מווסת את Nrf2 באמצעות שינוי m6A, ובכך מדכא פירופטוזיס מיקרוגליאלי ומגן על נוירוני סרוטונין במודלים של מחלת פרקינסון, עם יישומים במחקר דלקת עצבית אפיטרנסקריפטומית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחקירת האופן שבו Mettl3 מווסת את Nrf2 באמצעות שינוי m6A, ובכך מדכא פירופטוזיס מיקרוגליאלי ומגן על נוירוני סרוטונין במודלים של מחלת פרקינסון, עם יישומים במחקר דלקת עצבית אפיטרנסקריפטומית.
המנגנונים המדויקים העומדים בבסיס הפתוגנזה של מחלת פרקינסון (PD) עדיין לא מובנים במלואם, במיוחד בנוגע לתפקיד של דלקת מיקרוגליאלית והישרדות נוירונים סרוטונין. פרוטוקול זה מתאר מסגרת מקיפה להבהרת האופן שבו מתילטרנספראז דמוי 3 (Mettl3) מווסת את גורם 2 הקשור לגורם הגרעיני אריתרואיד 2 (Nrf2) באמצעות שינוי N6-מתילאדנוזין (m6A), ובכך מחליש את הפירופטוזיס של מיקרוגליה ומשמר נוירונים סרוטונין הן במודלים של PD במבחנה והן ב-vivo . המטרה העיקרית היא לספק לחוקרים מתודולוגיות הניתנות לשחזור לניתוח ויסות אפיטרנסקריפטומי של מסלולים נוירו-דלקתיים, החל מהפעלת מיקרוגליה המושרה על ידי ליפופוליסכריד (LPS) בתאי BV2 כדי לדמות מפלים דלקתיים, ואחריה PCR כמותי של RNA שעבר מתילציה (MeRIP-qPCR) לניתוח m6A. in vivo, אנו מפרטים את הקמתו של מודל עכבר PD המושרה על ידי MPTP, משלים על ידי אספקה סטריאוטקטית של וקטורים של וירוס סרוטיפ 9 (AAV9) הקשורים לאדנו, לאפנון Nrf2 ממוקד בסטריאטום. הערכות התנהגותיות כוללות מיקום גפיים קדמיות, רוטרוד מואץ ובדיקות שדה פתוח לכימות ליקויים מוטוריים, בעוד שבדיקות מולקולריות כוללות כתמים מערביים לסמני פירופטוזיס (למשל, NLRP3, cleaved-caspase-1), בדיקת אימונוסורבנט מקושר לאנזים (ELISA) עבור ציטוקינים, וצביעה של דיהידרואתידיום (DHE) לזיהוי מיני חמצן תגובתיים (ROS) בנוירונים של סרוטונין. טכניקות מיקרוסקופיה מתקדמות, כגון אימונוהיסטוכימיה עבור Iba1 ו-TPH2, מאפשרות הדמיה של דינמיקת מיקרוגליה ושלמות סרוטונרגית. התוצאות מוכיחות כי מחסור ב-Mettl3 מחמיר את הפחתת הוויסות של Nrf2, פעילות יתר דלקתית של NLRP3, מוות של תאים פירופטוטיים, וכתוצאה מכך ניוון נוירונים סרוטונין. שיטה זו לא רק מספקת פיגום ניסיוני חזק לבדיקת הגנה עצבית בתיווך m6A, אלא גם מדגישה דרכים טיפוליות פוטנציאליות להפחתת התקדמות מחלת פרקינסון באמצעות אפנון ממוקד של ציר Mettl3/Nrf2 בהקשרים ניווניים.
מחלת פרקינסון (PD) מדורגת כהפרעה הנוירודגנרטיבית השנייה בשכיחותה בקרב קשישים, המשפיעה על כ-2-3% מבני 65 ומעלה, מה שמהווה נטל משמעותי הן על המשפחה והןעל החברה. למרות שהמנגנונים המדויקים מאחורי מחלת פרקינסון עדיין מובנים חלקית, עדויות מצטברות מצביעות על קשר בין התפתחות מחלת פרקינסון לבין אתגרים בהולכה עצבית, יחד עם דלקת עצבית המונעת על ידי תאי מיקרוגליה, שהיא תכונה נפוצה הנראית במוח מזדקן ובמחלות ניווניות שונות, כולל מחלת פרקינסון 2,3,4,5 . מיקרוגליה משמשת כתאי החיסון המולדים במערכת העצבים המרכזית (CNS) והיא חיונית לשמירה על הומאוסטזיס במוח6. עם זאת, הפעלת יתר מתמשכת של מיקרוגליה זו עלולה לעורר תגובות נוירו-דלקתיות כרוניות, ובסופו של דבר לתרום להתקדמות המחלה הנוירודגנרטיבית.
תהליכים דלקתיים מרכזיים והיקפיים משפיעים באופן משמעותי על הפתולוגיה של מחלת פרקינסון 7,8. הפעלת תאי מיקרוגליה מעוררת תגובות דלקתיות המשפיעות על הישרדות העצבים9, כאשר ראיות מתפתחות מדגישות את תחולתו על ידי יוביקוויטין ליגאזות10. בין מסלולים דלקתיים שונים, הפעלת NOD-, LRR וחלבון 3 המכיל תחום פירין (NLRP3) משמשת כתורם עיקרי לוויסות דלקתי של מיקרוגליה11. ההפעלה מובילה לביטוי NLRP3 ולהרכבה לאחר מכן של קומפלקס הדלקת המורכב מחלבון מתאם תחום ההפעלה והגיוס של קספאז (CARD) ופרו-קספאז-1, ומגיע לשיאו במחשוף חלבון ושחרור ציטוקינים12. הפעלה מוגברת של NLRP3 נצפתה בחולי פרקינסון ובמודלים שונים של המחלה בבעלי חיים, וכתוצאה מכך מוות עצבי. יש לציין כי עיכוב NLRP3 הוכיח השפעות מגנות מפני פתולוגיה של מחלת פרקינסון במודלים של עכברים, מה שמדגיש את התפקיד המכריע של הדלקת NLRP3 בהופעת מחלת פרקינסון13,14.
איתות סרוטונין (5-HT) הוא מנגנון משמעותי של ויסות עצבי, המשפיע על התנהגויות ותפקודים פיזיולוגיים רבים באמצעות אינטראקציות עם לפחות 14 תת-סוגים של קולטנים פוסט-סינפטיים15,16, כולל תפקידים בפתולוגיה של מערכת העצבים המרכזית כמפורט בסקירות מקיפות17. ההשפעה הנוירומודולטורית הנרחבת של מערכת 5-HT נשלטת על ידי כ-26,000 נוירונים במוח המכרסמים18. בעוד שספרות משמעותית קושרת את מחלת פרקינסון בעיקר לאובדן נוירונים דופמינרגיים, הקשר בין נוירונים 5-HT למחלת פרקינסון נבדק פחות ביסודיות.
שינוי N6-methyladenosine (m6A), שינוי ה-mRNA הנפוץ ביותר בתאים אוקריוטיים, הוא המפתח לוויסות שחבור, יציבות וייצוא mRNA, ובכך להשפיע על פעילויות תאיות שונות19. רמות m6A מווסתות על ידי מתילטרנספראזות ודמתילאזות. שינויים מוגברים ב-m6A במוח נקשרו להתפתחות נוירולוגית, כאשר חוסר הוויסות שלו קשור קשר הדוק למצבים ניווניים20,21, כולל ביטוי METTL3 שונה במודלים של אלצהיימר22. לדוגמה, הצטברות של מתילטרנספראז דמוי 3 (METTL3) בחלק הבלתי מסיס של רקמות מוח לאחר המוות של חולי אלצהיימר נמצאה בקורלציה חיובית עם רמות חלבון טאו בלתי מסיס23. יתר על כן, ירידה משמעותית ברמות m6A בסטריאטום יכולה להוביל לירידה משמעותית ברמות המוליכים העצביים של הדופמין24. יש לציין כי שנים עשר פולימורפיזמים חד-נוקלאוטידים הקשורים ל-m6A הראו קשרים משמעותיים עם רגישות למחלת פרקינסון25. פרוטוקול זה קובע מתודולוגיות מקיפות לחקירת האופן שבו שינויים ב-m6A בתיווך METTL3 מווסתים את הפירופטוזיס של מיקרוגליה דרך ציר Nrf2/NLRP3, ובסופו של דבר משפיעים על הישרדות נוירוני סרוטונין במודלים של מחלת פרקינסון. מודל MPTP in vivo החריף ומודל LPS במבחנה נבחרו בשל האינדוקציה החזקה שלהם של תגובות נוירו-דלקתיות, אם כי פרדיגמות כרוניות יכולות להשלים מחקרים עתידיים כפי שנדון להלן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים נערכו באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של בית החולים העממי Feicheng (מספר אישור IACUC-2024-118) ובוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות ולעקרונות אתיים שנקבעו למחקר בחיות מעבדה. פרוטוקולי המחקר הבטיחו טיפול וטיפול אנושי בכל בעלי החיים, עם דגש מיוחד על מזעור סבל ומצוקה, תוך הקפדה על סטנדרטים מוסדיים והנחיות ARRIVE לשיטות מחקר אחראיות בבעלי חיים.
1. תרבית תאים ומודל הפעלת מיקרוגליה
2. פיתוח מודלים של בעלי חיים ותכנון ניסויים
3. טכניקות ואימות בביולוגיה מולקולרית
4. ניתוח ואימות חלבונים
5. הערכה התנהגותית וניתוח תפקודי
6. מיקרוסקופיה והדמיה מתקדמת
7. ניתוח סטטיסטי ואימות נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול מדגים בהצלחה כי ביטוי Mettl3 יורד בתאי מיקרוגליאה שטופלו ב-LPS (איור 1), כפי שמעידים ירידה ברמת ה-mRNA ורמת החלבון בהשוואה לקבוצות הביקורת (איור 1B,C). ניתוח ELISA מאשר הפעלה דלקתית מוצלחת בתיווך LPS באמצעות רמות גבוהות של IL-6 ו-TNF-α בתרבית סופרנטנטים (איור 1A).
ניתוח MeRIP-qPCR מגלה כי ביטוי יתר של Mettl3 משפר מתילציה של Nrf2 mRNA m6A, מה שבאופן פרדוקסלי מגבי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ישנם מספר שלבים קריטיים הדורשים תשומת לב קפדנית כדי להבטיח תוצאות הניתנות לשחזור. תזמון הפעלת ה-LPS הוא קריטי - התגובות הדלקתיות מגיעות לשיא 24 שעות לאחר הטיפול, ואנו ממליצים בחום להכין תמיסת LPS חדשה לכל ניסוי, מכיוון שתמיסות מאוחסנות עלולות לאבד ביואקטיביות19,20. עבור ניתוח MeRIP-qPCR, איכות הנוגדנים היא בעלת חשיבות עליונה. מצאנו כי אימות נוגדנים באמצעות בקרות חיוביות ושליליות ידועות לפני דגימות ניסוי מונע בעיות רבות בפתרון בעי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין אינטרסים פיננסיים מתחרים או ניגודי אינטרסים הקשורים לעבודה זו. לאף מחבר אין כל קשר פיננסי עם חברות שמוצריהן מוזכרים במאמר זה.
המחברים מודים לצוות הטכני בבית החולים העממי פיי-צ'נג ובבית החולים יאנטאי-שאן על סיועם בהליכים ניסיוניים וטיפול בבעלי חיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| וקטורים ויראליים של AAV9 | מתקן ליבת וקטור | מנהג | המכיל מבני Nrf2 |
| רוטארוד מאיץ | אוגו בזילה | 47600 | לבדיקות התנהגות |
| נוגדן אנטי-GAPDH | טכנולוגיית איתות סלולרי | 5174 | נוגדן ראשוני, 1:5000 |
| נוגדן נגד GSDMD | אבקאם | ab219800 | נוגדן ראשוני, 1:1000 |
| נוגדן אנטי-Iba1 | וואקו | 019-19741 | נוגדן ראשוני, 1:500 |
| נוגדן אנטי-NLRP3 | AdipoGen | AG-20B-0014 | נוגדן ראשוני, 1:1000 |
| נוגדן אנטי-Nrf2 | אבקאם | ab62352 | נוגדן ראשוני, 1:1000 |
| נוגדן אנטי-SLC6A4 | Novus Biologicals | NBP1-85726 | נוגדן ראשוני, 1:500 |
| נוגדן אנטי-TPH2 | מיליפור | MAB847 | נוגדן ראשוני, 1:500 |
| ערכת בדיקת חלבון BCA | פירס | 23225 | לכימות חלבונים |
| תאי מיקרוגליה של BV2 | ביולוגיה של שנגן | SG-BV2 | קו תאים מיקרוגליאלי בעכבר |
| עכברים C57BL/6J | מעבדת נהר ויטל | 213 | תינוק בן 8 שבועות, 19-26 גרם |
| ערכת שבירת תאים | טכנולוגיית איתות סלולרי | 9038 | הפרדה גרעינית-ציטופלזמית |
| DMEM מלא עם רמות סוכר גבוהות | גיבקו | 11965092 | מדיום תרבית תאים |
| כרומוגן DAB | מעבדות וקטור | SK-4100 | לאימונוהיסטוכימיה |
| מקדחה דנטלית | כלי המדע המדויק | 18000-17 | לקידוח בור בור |
| DHE (דיהידרואתידיום) | גשושיות מולקולריות | D11347 | זיהוי ROS |
| ELISA Kit (IL-1β) | R& D Systems | MLB00C | עכבר IL-1 ובטא; זיהוי |
| אליסה קיט (IL-18) | R& D Systems | 7625 | זיהוי עכבר IL-18 |
| אליסה קיט (IL-6) | R& D Systems | M6000B | זיהוי IL-6 בעכבר |
| אליסה קיט (TNF-α) | R& D Systems | MTA00B | עכבר TNF-α זיהוי |
| סרום בקר עוברי | גיבקו | 16000044 | תוסף תרבית תאים |
| נוגדן משני מצומד ל-HRP | Jackson ImmunoResearch | 111-035-003 | אנטי-ארנב, 1:10000 |
| איזופלוראן | RWD מדעי החיים | R510-22 | חומר הרדמה |
| ערכת הבדיקה של LAL | לונזה | 50-647U | אימות פעילות LPS |
| תגובת טרנספקציה ליפופקטמין | Invitrogen | 11668019 | לטרנספקציה של תאים |
| LPS (ליפופוליסכריד) | סיגמא-אלדריץ' | L2630 | מ-E. coli, מלאי של 1 מ"ג/מ"ל |
| נוגדן m6A | מערכות סינפטיות | 202003 | ל-MeRIP, 1:200 |
| משאבת מיקרו-מזרק | מנגנון הרווארד | 70-3007 | להזרקת סטריאוטקטיקה |
| MPTP | סיגמא-אלדריץ' | M0896 | נוירוטוקסין, 30 מ"ג/ק"ג |
| מנגנון שדה פתוח | כל מבוך | מנהג | 50 ס"מ וחרד; 50 ס"מ וחרד; 50 ס"מ |
| פאראפורמלדהיד | סיגמא-אלדריץ' | P6148 | 4% ב-PBS |
| וקטור pcDNA3.1 | Invitrogen | V79020 | וקטור ביטוי |
| פניצילין-סטרפטומיצין | גיבקו | 15140122 | תמיסת אנטיביוטיקה |
| ערכת Premix Ex Taq II | טקארה | RR820A | עבור qPCR |
| ערכת PrimeScript RT | טקארה | RR037A | תעתיק הפוך |
| ממברנת PVDF | מיליפור | IPVH00010 | עבור ווסטרן בלוט |
| בופר RIPA | טכנולוגיית איתות סלולרי | 9806 | הפקת חלבון |
| siRNA (Mettl3) | ריבוביו | מנהג | אימות רצף יעד |
| מסגרת סטריאוטקטית | RWD מדעי החיים | 68001 | לצורך ניתוחי מוח |
| ריאגנט טריזול | Invitrogen | 15596026 | חילוץ RNA |
| כחול טרייפן | סיגמא-אלדריץ' | T8154 | צביעת חיוניות תאים |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.