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Research Article
Rikke H. Rasmussen1, Inger Jansen-Olesen1, David M. Kristensen1,2,3, Sarah L. Christensen1
1Danish Headache Center, Department of Neurology,Rigshospitalet, University of Copenhagen, 2EHESP, Irset (Institut de Recherche en Santé, Environnement et Travail),Univ Rennes, Inserm, 3Department of Biology, Section of Cell Biology and Physiology,University of Copenhagen
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Il presente protocollo descrive il modello di rilascio ex vivo del peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) e la strategia per quantificare l'effetto degli agenti farmacologici sulla quantità di CGRP rilasciata dal sistema trigeminovascolare nei roditori.
Il peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) è stato scoperto per la prima volta nel 1980 come variante di giunzione dal gene della calcitonina. Fin dalla sua scoperta, il suo ruolo nella fisiopatologia dell'emicrania è stato ben stabilito, prima dalle sue potenti proprietà vasodilatatorie e successivamente dalla sua presenza e funzione come neurotrasmettitore nel sistema trigeminovascolare sensoriale. La capacità di provocare l'emicrania di CGRP ha dato supporto all'industria farmaceutica per sviluppare anticorpi monoclonali e antagonisti che inibiscono l'effetto di CGRP. Un nuovo paradigma di trattamento si è dimostrato efficace nel trattamento profilattico dell'emicrania. Uno degli strumenti utili per comprendere ulteriormente i meccanismi dell'emicrania è il modello ex vivo di rilascio di CGRP dal sistema trigeminovascolare. È un metodo relativamente semplice che può essere utilizzato con vari strumenti farmacologici per ottenere know-how per sviluppare ulteriormente nuovi trattamenti efficaci per l'emicrania. Il presente protocollo descrive un modello di rilascio di CGRP e la tecnica per quantificare l'effetto degli agenti farmacologici sulla quantità di CGRP rilasciata dal sistema trigeminovascolare nei roditori. Viene fornita una procedura che descrive l'approccio sperimentale dall'eutanasia alla misurazione dei livelli proteici. L'isolamento essenziale del ganglio trigemino e del nucleo caudale trigemino sia dai topi che dai ratti e la preparazione della dura madre del ratto sono descritti in dettaglio. Inoltre, vengono presentati risultati rappresentativi di entrambe le specie (ratti e topi). La tecnica è uno strumento chiave per studiare i meccanismi molecolari coinvolti nella fisiopatologia dell'emicrania utilizzando vari composti farmacologici e animali geneticamente modificati.
L'emicrania è un disturbo neurologico che, secondo l'OMS, si stima colpisca più di 1 miliardo di persone ed è una delle principali cause di disabilità in tutto il mondo1. Pertanto, l'emicrania ha un impatto significativo sia sui pazienti che sulla società. Nonostante il recente successo clinico dei farmaci antagonisti CGRP, una grande percentuale di pazienti ha bisogno di migliori opzioni di trattamento 2,3,4,5. È necessario chiarire la fisiopatologia dell'emicrania che porta a nuovi trattamenti efficaci. La segnalazione all'interno del sistema trigeminovascolare costituito dalle meningi, dai gangli del trigemino (TG) e dal nucleo caudale del trigemino (TNC) è centrale per la fisiopatologia dell'emicrania 6,7.
Il peptide 37 aminoacido neuropeptide calcitonina genico correlato (CGRP) è stato scoperto per la prima volta nei primi anni 1980 quando Amara e collaboratori hanno dimostrato che la trascrizione primaria dell'RNA del gene della calcitonina potrebbe essere elaborata per dare la codifica dell'mRNA per CGRP oltre alla calcitonina 8,9. La ricerca successiva ha suggerito un collegamento con la fisiopatologia dell'emicrania10. CGRP è un neurotrasmettitore con potenti proprietà vasodilatatorie 11,12,13,14,15,16,1 7, ed è ampiamente distribuito nel sistema nervoso centrale e periferico 13,14,18,19,20,21,22 . Il coinvolgimento di CGRP nell'emicrania è stato sottolineato con la scoperta di un aumento dei livelli di CGRP nella circolazione extracerebrale durante gli attacchi di emicrania negli esseri umani23 e che l'infusione di CGRP provoca dolore simile all'emicrania nei pazienti24. Due anni dopo, il primo studio proof-of-concept sull'efficacia dell'antagonista CGRP olcegepant nel trattamento dell'emicrania è stato pubblicato25.
La CGRP è abbondante nel sistema trigeminovascolare come dimostrato nel TG21,26, nelle fibre nervose sensoriali che innervano la dura madre27,28,29 e nella TNC30. Nel sistema trigeminovascolare, CGRP si trova nei neuroni di piccole e medie dimensioni del TG, nelle fibre C non mielinizzate, ed è espresso in quasi il 50% della popolazione neuronale del TG. Il recettore CGRP è espresso principalmente nei neuroni più grandi e si trova nelle fibre Aδ mieliniche31,32. CGRP viene rilasciato dai neuroni dopo stimolazione chimica o elettrica33,34. Gli studi sui percorsi che portano al rilascio di CGRP e la posizione di questa attivazione sono cruciali per comprendere la fisiopatologia dell'emicrania. Nel corso degli ultimi 5 decenni, gli studi preclinici hanno contribuito ad acquisire ampie conoscenze sulla segnalazione correlata all'emicrania e hanno contribuito allo sviluppo di nuovi trattamenti35. Molti metodi che considerano il coinvolgimento vascolare e neurogeno sono stati modificati e applicati nella ricerca sull'emicrania. Si possono citare modelli in vivo e in vitro di risposte arteriose a composti biologici o trattamenti farmacologici17,36,37 e stimolazione nervosa elettrica 38,39. Inoltre, i neuroni attivati nella TNC possono essere rilevati dall'espressione di c-Fos 40,41,42 e dalle registrazioni elettrofisiologiche in quest'area 43,44. Entrambi i metodi misurano i segnali nocicettivi trasmessi al cervello dalla testa, ad esempio la dura madre. L'uso di un solo modello preclinico non presenta il quadro completo della fisiopatologia dell'emicrania. Pertanto, è importante combinare diversi modelli che coprano il maggior numero possibile di aspetti della fisiopatologia dell'emicrania. Il continuo sviluppo di nuovi modelli coprirà vari aspetti dei meccanismi dell'emicrania e nel tempo verrà scoperto il mistero della fisiopatologia dell'emicrania.
Qui, viene presentato un protocollo dettagliato del metodo di rilascio CGRP, eseguito ex vivo in TG e TNC isolati da topi dopo stimolazione chimica. Il rilascio di CGRP può anche essere studiato nella dura madre dai ratti. Pertanto, nel protocollo sperimentale per i ratti, la dura madre è descritta insieme a TG e TNC. La base per il metodo di rilascio CGRP è stata descritta per la prima volta nel 1999, quando Ebersberger e collaboratori hanno condotto ricerche pionieristiche e hanno scoperto che CGRP è stato rilasciato dalla dura madre dopo stimolazione chimica ed elettrica delle afferenze durali nei ratti45. Successivamente, questo approccio è stato esteso al rilascio CGRP dal TG46 e dal TNC47. Successivamente, il metodo è stato modificato per essere applicato a TG e TNC nei topi. Finora, il rilascio di CGRP dalla dura madre è stato impegnativo nei topi.
Tutte le procedure sperimentali e di cura degli animali sono state eseguite in conformità alla guida della Comunità Europea per la cura e l'uso degli animali (2010/63/UE). Topi maschi C57BL/6JBomTac, di 10 settimane, e ratti maschi Sprague Dawley, di 10 settimane, sono stati utilizzati per dimostrare questo protocollo.
1. Preparazione del liquido interstiziale sintetico
2. Eutanasia
3. Dissezione
4. Lavaggio
5. Test antidroga
6. Analisi delle concentrazioni di CGRP
Questa tecnica è uno strumento per studiare i meccanismi molecolari correlati al CGRP coinvolti nell'emicrania. Ha il vantaggio di valutare il rilascio di CGRP da diversi livelli del sistema trigeminovascolare e può essere applicato sia su topi e ratti wild-type che transgenici in combinazione con vari composti farmacologici. Qui vengono presentati esperimenti concentrazione-risposta e blocco da ratti e risultati concentrazione-risposta da topi wild-type e transgenici.
Il metodo di rilascio di CGRP è stato utilizzato per studiare l'effetto dell'inibitore del canale KATP glibenclamide sul rilascio di CGRP da TG e dura madre in ratti allodinici trigeminali spontanei (STA) femmine. In primo luogo, la concentrazione ottimale di capsaicina è stata trovata utilizzando un disegno di studio concentrazione-risposta. L'esposizione alla capsaicina ha indotto un significativo rilascio di CGRP dalla dura madre e dal TG rispetto al veicolo (Figura 5). Nella dura madre, il rilascio massimo di CGRP è stato trovato a 1 μM di capsaicina, e in TG, il rilascio massimo di CGRP è stato trovato a 10 μM di capsaicina (Figura 5A-B). Sulla base degli esperimenti concentrazione-risposta, sono stati utilizzati 1 μM di capsaicina e 3 μM di glibenclamide per esperimenti di blocco. La glibenclamide non ha mostrato alcun effetto sul rilascio basale di CGRP da dura madre (P = 0,441) e TG (P = 0,881) quando analizzata con ANOVA51 unidirezionale. La glibenclamide ha ridotto significativamente il rilascio di CGRP indotto da capsaicina nella dura madre del 40% (P = 0,031) e il TG del 39% (P = 0,003) rispetto alla capsaicina nel veicolo quando analizzato con un ANOVA unidirezionale (Figura 5C-D)51.
Nei topi, il protocollo è stato utilizzato per esaminare il coinvolgimento del canale ionico del potenziale recettore transitorio anchirina 1 (TRPA1) in un modello murino GTN di emicrania, in cui l'ipersensibilità indotta da GTN era completamente dipendente dai canali TRPA1. È stato riscontrato che l'agonista TRPA1 supercinnamaldeide (SCA) rilascia CGRP in modo dose-dipendente dal TG con 1 μM, 10 μM e 100 μM di SCA, risultando in 9% (P = 0,23), 51% (P = 0,011) e 69% (P = 0,0097) aumento del rilascio di CGRP rispetto al veicolo, rispettivamente quando analizzato con ANOVA a due vie. Questo rilascio era assente in TG da topi nulli Trpa1 in cui l'esposizione a 1 μM, 10 μM e 100 μM di SCA ha determinato una variazione percentuale dell'11% (P > 0,99), -13% (P > 0,99) e del 9% (P = 0,97) nel rilascio di CGRP rispetto al veicolo, rispettivamente quando analizzata con ANOVA bidirezionale. La successiva stimolazione con 10 μM di capsaicina (controllo positivo) mostra che tutti i campioni di tessuto potrebbero rilasciare CGRP (Figura 6)50.

Figura 1: Dissezione passo-passo del tessuto dai ratti. I dettagli (A-T) sono forniti nella sezione protocollo (passaggio 3.1). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Dissezione passo-passo del tessuto dai topi. I dettagli (A-T) sono forniti nella sezione protocollo (passaggio 3.2). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Lavaggio e incubazione del tessuto dei roditori. (A-B) Tessuto appena isolato in contenitori di plastica con SIF. I contenitori sono rivestiti in tulle per consentire un facile cambio di SIF. (C) Tessuto di ratto - Due metà del cranio con dura madre che coprono i rivestimenti interni del cranio poste su una piastra di coltura a 6 pozzetti. Il nucleo caudale del trigemino destro e sinistro in coperchi di tubi di microcentrifuga separati (fila superiore di coperchi). I due gangli del trigemino nei singoli coperchi dei tubi della microcentrifuga (fila inferiore di coperchi). (D) Tessuto di topo - La parte del tronco cerebrale contenente il nucleo caudale del trigemino in un coperchio separato del tubo di microcentrifuga (in alto). Due gangli del trigemino di topo sono in un coperchio del tubo della microcentrifuga (in basso). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Progetti di studio per il rilascio di CGRP. Tre diversi protocolli per l'esecuzione di esperimenti di rilascio CGRP. I farmaci devono essere diluiti nel liquido interstiziale sintetico (SIF). (A) Stimolazione singola. (B) Stimolazione concentrazione-risposta. (C) Inibizione di una stimolazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 5: La glibenclamide inibisce il rilascio di CGRP indotto dalla capsaicina dalla dura madre e dal ganglio trigemino del ratto. I livelli di CGRP dal ganglio trigemino e dalla dura madre isolati da ratti allodinici trigeminali spontanei (STA) femmina (215-318 g) originariamente provenienti dalla Thomas Jefferson University52 sono stati misurati con kit CGRP EIA umani commerciali. (A-B) Rilascio di CGRP da (A) dura madre e (B) ganglio trigemino dopo aumento delle concentrazioni di capsaicina (10 nM, 100 nM, 1 μM e 10 μM) (n = 4). I dati sono presentati come singoli punti e sono stati analizzati con ANOVA bidirezionale. p < 0,0001 (C-D) Livelli di CGRP rilasciati da (C) dura madre e (D) ganglio trigemino dopo 10 minuti di esposizione al veicolo, 3 μM glibenclamide (glib), 1 μM capsaicina e 1 μM capsaicina + 3 μM glib (n = 6-11). I dati sono presentati come singoli punti e valori medi e sono stati analizzati con ANOVA unidirezionale. *rispetto al veicolo. #capsaicina rispetto a capsaicina + glib. #P < 0,05, ** e ##P < 0,01, ****P < 0,0001. Le analisi sono state seguite con il test di confronto multiplo di Bonferroni. Per tutti i test è stato utilizzato un livello significativo di α = 0,05. Questa cifra è stata modificata da Christensen et al. 51. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 6: L'esposizione alla SCA provoca il rilascio di CGRP dipendente da TRPA1 dal ganglio trigemino del topo. I livelli di CGRP rilasciati dal ganglio trigemino isolato da WT e Trpa1 null (Trpa1tm1/Dpc)53 topi maschi (8-10 settimane) sono stati misurati con kit CGRP EIA di ratto dopo esposizione a supercinnamaldeide (SCA) a 1 μM, 10 μM e 100 μM e capsaicina a 10 μM come controllo positivo (n = 6). I dati di ciascun mouse sono presentati come singoli punti e le barre indicano i valori medi. Statistiche: Il confronto tra SCA e veicolo ad ogni concentrazione e tra controllo basale e positivo è stato eseguito con un ANOVA ripetuto a due vie. Un livello significativo di α = 0,05. *P < 0,05, **P < 0,01. Questa cifra è stata modificata da Christensen et al. 50. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Il presente protocollo descrive il modello di rilascio ex vivo del peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) e la strategia per quantificare l'effetto degli agenti farmacologici sulla quantità di CGRP rilasciata dal sistema trigeminovascolare nei roditori.
Questo lavoro è stato finanziato dalla Candys Foundation.
| Piastra di coltura a 6 pozzetti | NUNC | 140675 | |
| Cloruro di calcio diidrato | Merck | 1.02382.1000 | Per tampone SIF |
| Tappi per contenitori in plastica | ThermoFisher Scientific | 536617 | |
| Capsaicina | Merck | M2028 | |
| Kit CGRP | AH Diagnostics | A05482.96 | |
| CO2 | Strandmø llen | 4.6 | Per la gassificazione con carbogeno del |
| rifinitore osseo delicato | SIFStrumenti di scienza | fine 16109-14 | |
| Glibenclamide | Tocris | 911 | |
| Glucosio | Merck | G7021 | Per tampone SIF |
| Ghigliottina per ratti | Scandidact | NS-802 | |
| Solfato di magnesio eptaidrato | Merck | M5921 | Per tampone SIF |
| Microcenrifugi tubi + coperchi/tappi VWR | 700-5239 | ||
| Mini Seghetto | BAHCO | 208 | |
| O2 | Strandmø llen | 4.5 | Per la gassificazione con carbogeni di SIF |
| Pentobarbital | Glostrup farmacia | NA | Formula magistrale |
| Contenitori in plastica | ThermoFisher Scientific | 536455 | |
| Fotometro a piastre - Infinite M200 | Tecan | NA | Infinite M200 è fuori produzione. Un Infinite 200 PRO è disponibile su Tecan. Software: SW Magellan v.6.3 |
| Cloruro di potassio | Merck | P9333 | Per tampone SIF |
| Forbice | Allgaier Instruments | 307-156-170 | |
| Forbice piccola | Allgaier Instruments | 04-520-115 | |
| Bicarbonato di sodio | Merck | S6014 | Per tampone SIF |
| Cloruro di | sodioMerck | S9888 | Per tampone SIF |
| Diidrogeno fosfato di sodio monoidrato | Merck | 1.06346.1000 | Per tampone SIF |
| Gluconato di sodio | Merck | S2054 | Per tampone SIF |
| Spatola | Bochem Lab Supply | 3018 | |
| Forbice a molla | Fine Science Tools | 15024-10 | |
| Saccarosio | Merck | 84097 | Per Tampone SIF |
| Supercinnamaldeide | Merck | S3322 | |
| Tulle (tessuti) | NA | NA | Acquistato nel negozio di tessuti locale |