この記事では、成体マウスの結腸運動性の神経調節の変化を特定するためのビデオイメージング技術と高解像度の時空間マッピングについて説明します。このアプローチを用いて、単離された組織調製物を用いて胃腸(GI)機能に対する微妙な影響を検出することができ、消化管疾患の理解を深めることができます。
方法論記事
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この記事では、成体マウスの結腸運動性の神経調節の変化を特定するためのビデオイメージング技術と高解像度の時空間マッピングについて説明します。このアプローチを用いて、単離された組織調製物を用いて胃腸(GI)機能に対する微妙な影響を検出することができ、消化管疾患の理解を深めることができます。
腸管神経系(ENS)は、胃腸(GI)運動性の調節に重要な役割を果たしており、独立して、中枢神経系の機能することができます。 ENS機能の変化は、GI症状や病気の主な原因であると自閉症などの精神神経疾患で報告されたGI症状に寄与することができます。よく分離された大腸セグメントは結腸移行モーター複合体(CMMCs)として知られている自発的な、リズミカルな収縮を発生させることが確立されています。マウス大腸のex vivoでの製剤でCMMCsの腸内神経調節を分析するための手順が記載されています。コロンは、動物から切除し、前の器官槽にカニューレを挿入されることに糞便コンテンツを削除するためにフラッシュされます。データは、器官浴の上方に位置し、ビデオカメラを介して取得し、社内ソフトウェアパッケージを介して、高解像度時空間マップに変換されます。この技術では、ベースライン収縮パターンと大腸の内ENS機能の薬理効果を使用しましたegmentsは3-4時間かけて比較することができます。また、CMMCsの伝搬長さと速度は、腸の直径と収縮頻度の変化と同様に記録することができます。この技術は、トランスジェニックマウスモデルにおいて(およびラットとモルモットを含む他の種で)消化管運動パターンを特徴付けるために有用です。このように、CMMCsで薬理学的に誘導された変化は、野生型マウスおよび自閉症のニューロリギン-3 R451Cマウスモデルに記録されています。さらに、この技術は、十二指腸、空腸および回腸を含むマウスにおける異なる発育年齢でGI管の他の領域にも適用することができます。
腸神経系(ENS)は、胃腸管の本質的な神経回路網であり、そのような腸の内容物の消化、栄養素の吸収および分泌および流体の再吸収など様々な機能を調節します。 ENSのニューロンは、腸管筋及び粘膜下神経叢に位置しています。筋層間神経叢は粘膜下神経叢が分泌2,3の制御に主に関与しているのに対し、消化管運動1の調節に重要な役割を果たしています。筋層間神経叢は、胃腸壁の長手方向および円形筋肉層との間に位置しています。腸壁の平滑筋層の収縮活性は、腸3の長さ方向に沿って腸内容物を混合し、推進することにより、消化管の主な機能を容易にします。 CNSから消化管への外因性の神経供給は 、インビボで胃腸機能に寄与しているが、ENSは、独立して、消化管機能を調節することが可能です。このユニークな特徴は、機能性腸内神経回路の調査および ex vivo消化管運動への貢献を可能にします。
結腸移行モーター複合体(CMMCs)糞粒4-9の不在下で単離したマウス結腸において観察された支配的な運動パターンであり、自発的、神経性のイベントです。 CMMCsは、コロン( すなわち、盲腸から直腸まで)10の少なくとも半分の合計の長さである水平距離に沿って伝播リズミカルな収縮として定義されています。糞便ペレットを推進CMMCsと収縮パターンとの関係は明らかにいくつかの薬理学的な違いが11報告されており、確立されてまだあります。それにもかかわらず、CNSの独立して機能するENSの能力とISの神経媒介運動パターンの存在olatedコロンは、基礎となるENS機能不全に起因する運動性の障害を調べるのに理想的なアッセイ系を提供します。胃腸の運動パターンの自発性は、薬理学的刺激に応答して、機能の変更を評価することができます。
ビデオ画像と時空間のマッピングを使用すると、最初の定量的モルモット12に小腸の蠕動運動を調べるために開発されました。ここでは、 エクスビボ技術は、高解像度を構築するためにビデオ画像及びこれらの記録の分析を用いて、マウス結腸運動パターンの研究を可能にすることが記載されている(〜100ミクロン、33ミリ秒)大腸に沿った位置の関数として、結腸の直径のマップ時間の(時空間マップ)。社内のエッジ検出ソフトウェアの使用(Analyse2、リクエストに応じて利用可能)を、リアルタイムで収縮し、全長結腸セグメントからのデータは、各実験のための時空間マップを生成するために処理されます。このステップでは、動画(AVI)ファイルはスンマですrizedとAnalyse2を使用して時空間マップに変換します。時空間マップ( 図2)は、時間をかけて収縮性を表しており、伝搬速度、大きさ、長さ及び持続時間を含む複数のパラメータの測定を可能にします。腸の直径はまた、組織セグメントの全体的な収縮の尺度として実験期間を通じて記録されています。この方法は、改変された腸内神経の接続性を示している可能性が収縮複合体の開始点の違いを識別するために適用することができます。
モルモットにおいてペレット推進力を評価するために設計された同様の映像イメージングプロトコルは、しかしここでは、(ペレットの不存在下で、すなわち )自発結腸運動の定量化のためのビデオ画像アプローチの適用を概説13に報告されています。我々はまた、ビデオ画像のアプローチのための切開および胃腸組織の調製を補助するための詳細な情報を提供します。このプロトコルは、遺伝的マウスモデルを含む、疾患の動物モデルにおいて胃腸機能の腸内神経制御を分析するためのアクセス可能な、簡単に複製されたツールを使って研究者に提供します。
ビデオイメージング技術は、様々な薬理学的因子に応答して、結腸運動の解析を可能にします。薬物は、腸内腔または結腸の準備の外部器官浴を介して投与することができます。マウス胃腸管の異なる領域は、結腸における小腸区分およびCMMCsような特定の運動パターンを示します。
この技術は、小腸機能の歪みの違いを識別するために使用されています。 5-HT 3および5-HT 4アンタゴニストの差動感度は、2つの系統6で発現TPH2遺伝子の多型性のためのBalb / cおよびC57 / BL6マウスの空腸で観察されました。運動性の5-HT阻害の効果は、詐欺のままtroversial、相反するデータが結腸の蠕動とCMMCs 14,15上の内因性5-HTの重要性について報告されています。運動前および出生後発達7中の変化、および疾患10の動物モデルにおいて胃腸運動の遺伝子変異の効果は、ビデオ画像を利用して調べることができます。ここでは、シナプス接着タンパク質のニューロリギン-3 16をコードする Nlgn3遺伝子におけるミスセンス変異を表現する自閉症のNL3 R451Cマウスモデルにおける結腸運動の研究のための方法の使用を例示します。この変異は、最初に強くGI機能障害18-22に関連している自閉症スペクトラム障害(ASD)17、と診断された患者で同定されました。私たちは、NL3 R451Cシナプス変異がビデオイメージング技術を用いて、ENSにおける神経出力に影響を与えるかどうかを調べました。私たちは、ベースライン時およびセロトニン5Hに応じてCMMCsを特徴付けるデータを提示T 3/4受容体アンタゴニストトロピセトロン 自閉症のNL3 R451Cマウスモデルインチ
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動物の取り扱いおよび動物の頸部脱臼、すべての実験の前にあったが、厳密にメルボルン大学のための動物実験委員会によって承認されたプロトコルに従って行う(倫理ID:1212494.7)
1.組織収集および解剖
結腸組織とビデオイメージングのための実験のセットアップの調製
3.イメージキャプチャおよび実験プロトコール
時空間マップの4.データ処理および作成
時空間マップの5.分析
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ASD患者の最大90%が、下痢や便秘を含む一連の胃腸疾患を経験しています18,24,25。しかし、これらの胃腸問題の根本的な原因は不明です。ASD患者で同定された多くの変異は、シナプス伝達や機能の変化および障害に関与するシナプス蛋白に関連しています。そのような変異の一つである、細胞接着分子neuroligin-3をコードする遺伝子の変異(NL3 R451C)が、ASDを持つ2人の兄弟で同定されました17。この変異により、Neuroligin蛋白の451番目のアルギニン残基がシステインに置換されます。この変異を発現するNL3R451Cマウスでは、体性感覚皮質におけるGABA介在性伝達の増加16,26とともに、海馬内におけるAMPAおよびNMDA受容体介在性活性の増加が認められます25,27。
ニューロリギンタンパク質は腸管ニューロンに存在していま...
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このビデオイメージング技術を使用して、自閉症スペクトラム障害のマウスモデルである野生型およびNL3R451Cマウスの結腸運動性の指標としてCMMC周波数を測定しました17。私たちの結果は、5HT3/4受容体アンタゴニストトロピセトロンの存在下で野生型マウスと比較して、変異型NL3R451CマウスのCMMCの数の減少を示しており、NL3R451Cマウスがトロピセトロンに対する感受性の増加を示すことを示唆しています。したがって、ニューロリギン-3 R451C変異は、腸ニューロン、粘膜、またはその両方における5HT3または5HT4受容体機能のいずれかを調節することにより、セロトニン経路を変化させる可能性があることを提案します。これは、遺伝子型間の表現型の違いの同定と、その後の研究のための特定の標的の同定におけるこの方法の価値を強調しています。
この方法は、カメラマウントを取り付けた実体顕微鏡を介してビデオを取得することにより、空間解像度...
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著者は開示するものは何もありません
JCBとELH-Yは、米国国防総省のCDMRP自閉症研究プログラム(AR11034)の支援を受けました。NHMRC(1047674)からELH-Yへ。メイ・スチュワート・バーサリー-メルボルン大学信託は、MSに奨学金を提供しました。技術的な貢献をしてくれたAli Taher氏、Fátima Ramalhosa氏、Gracia Seger氏に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| <強>試薬 | |||
| NaCl(MW:58.44) | Sigma-Aldrich | S7653-250G | |
| KCl(MW:74.55) | Sigma-Aldrich | P9333-500G | |
| NaH2PO4.2H2O (MW:156.01) | Chem Supply | 471-500G | |
| MgSO4.7H20 (MW: 246.48) | Chem Supply | MA048 | |
| CaCl2.2H2O (MW: 147.02) | Chem Supply | CA033 | |
| D-Glucose anhydrous (MW: 180.16) | Chem Supply | GA018-500G | |
| NaHCO3 (MW: 84.01) | Chem Supply | GA018-500G | |
| Name | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| Materials | |||
| Two chambered organ bath 寸法:14 cm x 8 cm x 3 cm | メイド | コンタクトラボラトリー直接 | |
| 732 多目的シーラントクリア | ダウコーニングオーストラリアPty Ltd | 1890573 | |
| SYLGARD 184シリコーンエラストマーキット | Dow Corning Australia Pty Ltd | 1064291 | |
| STOPCOCK 3 WAY FEM-ML L/LOCK S | テルモメディカルコーポレーション | 0912-2006 | |
| ルアーロックチップ付きシリンジ 50 ml、20 ml、10 ml | テルモメディカルコーポレーション | N/A | |
| 1.57 mm (ID) x 3.16 mm (OD) - シラスティックチューブ | Masterflex | 508-008 | |
| 1.02 mm (ID) x 2.16 mm (OD) - シラスティックチューブ | Masterflex | 508-005 | |
| 1.50 mm (内径) x 2.50 mm (外径) - シラスティックチューブ | Masterflex | 508-007 | |
| 1.60 mm (ID) - プラチナ硬化シリコンチューブ | Masterflex | 96410 - 14 | |
| 4.40 mm (ID) - プラチナ硬化シリコーンチューブ | マスターフレックス | 96410 - 15 | |
| 3.10 mm (ID) - プラチナ硬化シリコーンチューブ | Masterflex | 96410 -16 | |
| 目盛り付き実験用ガラス瓶 - 500 ml | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 100-400 | |
| ケミカルラバーストッパー 57 x 65 mm | |||
| ケミカルラバーストッパー 29 mm x 32 mm | |||
| 給湯器 (サーモレギュレーター) | ラテック | TH7000 | |
| Logitech ウェブカメラ | Logitech | ||
| 名 | 会社 | カタログ番号 | Comments |
| strongSoftware | |||
| Virtual Dub - 1.9 11 | virtualdub.org | ||
| MATLABR2012a | グラフパッド | ||
| Logitech ウェブカメラソフトウェア | Logitech |
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