Dit protocol beschrijft een methode voor intranasale toediening van α-synucleïneaggregaten. Deze methode geeft inzicht in de voortplanting van α-synucleïne van het reukslijmvlies naar de bulbus olfactorius bij de ziekte van Parkinson.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een methode voor intranasale toediening van α-synucleïneaggregaten. Deze methode geeft inzicht in de voortplanting van α-synucleïne van het reukslijmvlies naar de bulbus olfactorius bij de ziekte van Parkinson.
De ziekte van Parkinson (PD) is een neurodegeneratieve aandoening die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van Lewy-lichaampjes, dit zijn aggregaten van α-synucleïne (α-Syn). Onlangs werd voorgesteld dat de ziekte zich zou ontwikkelen en zou evolueren door de prionachtige voortplanting van α-Syn-aggregaten uit de bulbus olfactorius (OB) of de dorsale kern van de nervus vagus. Hoewel de oorsprong van α-Syn-aggregaten in de OB onduidelijk blijft, is onlangs hun voortplanting uit het reukslijmvlies gesuggereerd. We hebben eerder aangetoond dat intranasale toediening van α-Syn-aggregaten in een muismodel α-Syn-pathologie induceerde in de OB van muizen. In deze studie presenteren we een methode voor intranasale toediening van α-Syn-aggregaten die α-Syn-pathologie induceerden in de OB van muizen. Intranasale toediening van α-Syn-aggregaten is een zeer eenvoudige en ongecompliceerde methode, en we geloven dat het een nuttig hulpmiddel zal zijn in het onderzoek naar de oorsprong van α-Syn-pathologie in de OB en de route van α-Syn-propagatie door het olfactorische systeem.
De ziekte van Parkinson (PD), die wordt gekenmerkt door motorische symptomen zoals bradykinesie, tremoren in rust en spierstijfheid, is de op één na meest voorkomende neurodegeneratieve aandoening1. PD vertoont ook niet-motorische symptomen, waaronder olfactorische disfunctie, cognitieve stoornissen, depressie, hallucinaties, constipatie en orthostatische hypotensie. De pathologische kenmerken zijn de dopaminerge celdood in de substantia nigra en de aanwezigheid van α-synucleïne (α-Syn) aggregaten, genaamd Lewy bodies2.
Merk op dat α-Syn een eiwit van 140 aminozuren is dat onder normale omstandigheden bestaat in de vorm van een oplosbaar monomeer (of tetrameer). Onder abnormale omstandigheden wordt het oplosbare monomeer echter omgezet in onoplosbare aggregaten met een hoog moleculair gewicht, waaronder oligomeren en fibrillen. De overgang van α-Syn naar oligomeren en fibrillen is naar verluidt betrokken bij cellulaire toxiciteit3.
Recente studies hebben de prionachtige voortplanting van α-Syn-aggregaten tussen neuronen gesuggereerd. Op basis van talrijke postmortale onderzoeken stelden Braak et al. in 2003 de hypothese voor dat Lewy body pathologie zich progressief verspreidt in de hersenen op een enigszins stereotiepe manier (hypothese van Braak)4,5. In 2008 onthulde postmortaal onderzoek van patiënten met PD die foetale middenhersentransplantaties hadden ondergaan, Lewy-lichaampjes in dopaminerge neuronen afgeleid van foetale weefsels 6,7. Deze studies suggereerden dat α-Syn-aggregaten zich van de zieke hersenen naar transplantaten zouden kunnen verspreiden, wat de hypothese van Braak ondersteunt.
Naar aanleiding van deze waarnemingen hebben experimenten met primaire neuronale culturen en intracerebrale injectie van α-Syn-aggregaten bij muizen de verspreiding van Lewy body-achtige aggregaten gereproduceerd, wat verder bewijs levert voor α-Syn-voortplanting op een prionachtige manier 8,9.
Braak et al. toonden aan dat de Lewy body pathologie bij PD begint in de bulbus olfactorius (OB) en/of de dorsale kern van de nervus vagus (dmX)4. Op basis van de hypothese van Braak hebben verschillende onderzoeken de toediening van α-Syn-aggregaten of Lewy body-extracten van PD-hersenen in de OB en het maagdarmkanaal van proefdieren gerapporteerd 10,11,12. In 2018 toonde een studie aan dat de toediening van α-Syn-aggregaten in de OB van wildtype muizen de verspreiding van α-Syn-pathologie langs de olfactorische route induceerde, wat resulteerde in olfactorische disfunctie13. We hebben eerder α-Syn-aggregaten geïnoculeerd in de OB van α-Syn transgene muizen en ontdekten dat dit leidde tot hippocampale atrofie en geheugenstoornissen14.
In 2022 hebben we α-Syn-aggregaten geïnoculeerd in de OB van zijdeaapjes, een kleine niet-menselijke primaat; dit resulteerde in de verspreiding van α-Syn-pathologie langs de olfactorische route, OB-atrofie en wijdverbreid cerebraal glucosehypometabolisme10.
Als de voortplanting van α-Syn-aggregaten echter plaatsvindt vanuit de OB, rijst een kritische vraag: door welk mechanisme verschijnen α-Syn-aggregaten in eerste instantie? Saito et al. rapporteerden eerder de aanwezigheid van Lewy-lichaampjes in het neusslijmvlies15. De aanwezigheid van α-Syn-aggregaten werd gedetecteerd in het neusslijmvlies van patiënten met PD en meervoudige systeematrofie (MSA) met behulp van real-time quaking-induced conversion (RT-QUIC) analyse16. Met name het analyseren van neusslijmvliesmonsters van patiënten met slaapgedragsstoornis (RBD) met snelle oogbewegingen, die wordt beschouwd als een prodromaal stadium van PD, onthulde een toename van α-Syn-niveaus17. Deze studie suggereerde dat α-Syn-pathologie zelfs in de prodromale fase van PD in het neusslijmvlies zou kunnen bestaan.
Hoewel deze bevindingen een mogelijke route van het neusslijmvlies naar de OB suggereerden, is er beperkt experimenteel bewijs dat dit scenario ondersteunt. Om deze kloof te dichten, hebben we α-Syn-aggregaten toegediend in de neusholte van muizen en de voortplanting van α-Syn-pathologie van neusslijmvlies naar de OB onderzocht. Onze experimentele aanpak toonde aan dat een intranasale toediening van α-Syn met een enkelvoudige dosis bij wildtype muizen α-Syn-pathologie in de OB induceerde, wat experimenteel bewijs leverde voor de voortplantingsroute van het neusslijmvlies naar de OB.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor dit onderzoek werden C57BL/6J mannelijke muizen van 2 maanden oud gebruikt. Alle experimentele procedures werden uitgevoerd volgens de nationale richtlijnen. De Animal Research Committee van de Universiteit van Kyoto heeft ethische goedkeuring en toestemming verleend voor deze studie (MedKyo 23.544).
1. Intranasale toediening van α-Syn voorgevormde fibrillen
2. Voorbereiding van het monster
3. Immunohistochemische kleuring van de OB
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 3 toont verschillende voorbeelden van α-Syn-aggregaten in de OB. In de huidige studie hebben we α-Syn-aggregaten toegediend in het unilaterale neusgat. De twee neusholten worden gescheiden door het neustussenschot en elke OB projecteert de olfactorische sensorische neuronen afzonderlijk op elke neusholte. Daarom kan de OB aan de contralaterale zijde als controle worden gebruikt.
P-α-Syn-pathologie werd na 1 en 3 maanden nie...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In een eerdere studie induceerde de toediening van α-Syn-aggregaten in de neusholte van makaken de dood van dopaminerge cellen en ijzerafzetting in de substantia nigra, hoewel α-Syn-aggregaten niet werden waargenomen21. Dagelijkse toediening van A53T humaan α-Syn aggregeert in de neusholte van prionpromotor α-Syn transgene muizen (M83-muizen) gedurende 28 dagen bleek α-Syn-pathologie in de hersenen en motorische symptomen bij muizen te induceren1...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
Alle experimenten werden ondersteund door Rie Hikawa. We danken Yasuko Matsuzawa voor het papierwerk. Deze studie werd ondersteund door JSPS KAKENHI (M.S., No. JP19K23779, JP20K16493 en JP20H00663).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| All-in-One Fluorescence Microscope BZ-X710 | KEYENCE | N/A | All-in-One microscoop |
| Ampicillin Sodium Salt | Nacalai tesque | 02739-32 | |
| Bioruptor II | Sonicbio | BR2006A | Sonicator voor waterbad. |
| Butorphanol tartrate | Meiji Seika Pharma | WAK-52850 | |
| Cellulose tube | MISUMI | UC20-32-100 | |
| DeepWellMaximizer | TAITEC | MBR-022UP | Shaker |
| DynaCompetent Cells Zip BL21(DE3) | BioDynamics Laboratory Inc. | DS255 | Competente cel |
| Entellan | Sigma-Aldrich | 107961 | Snel montagemedium voor microscopie |
| Graefe Extra Fine Forceps Curved Serrated | FST | 11152-10 | tang |
| Hardened Fine Scissors | FST | 14090-09 | schaar |
| Histofine Simple stain mouse MAX-PO (R) | Nichirei Bioscience | 414341 | Universele Immuno-peroxidase Polymeer, anti-Konijn |
| ImageJ ver 1.52p | NA | NA | https://imagej.net/ |
| innova4200 | New Brunswick scientific | 9105085 | Incubator shaker |
| Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside | Nacalai tesque | 19742-94 | |
| LB broth, Lennox | Nacalai tesque | 20066-24 | |
| Leica EG 1150 H | Leica | 14 0388 86 108 | Modulair weefsel inbeddingscentrum |
| Leica TP 1020 | Leica | 14 0422 85108 | Automatische weefsel processor |
| Medetomidine | Fuji Film | 135-17473 | |
| Microm HM325 Rotary Microtome | Thermo Scientific | 902100 | |
| Midazolam | Maruishi Seiyaku | 4987-211-76210-0 | |
| New hematoxylin Type G | Muto | 65-9197-38 | Hematoxyline oplossing |
| Normal winged needle for vein D type, 25G | TERUMO | NN2332R | 25G naald |
| Optima TLX Ultracentrifuge | Beckman Couler | 8043-30-1197 | Ultracentrifuge |
| P10 pipette | Gilson | FA10002P | |
| Paraffin | Leica | 39601095 | |
| paraformaldehyde | Nacalai tesque | 30525-89-4 | |
| Peroxidase Stain DAB Kit | Nacalai tesque | 25985-50 | |
| Pirece BCA Protein Assay Kits | Thermo Scientific | 23225 | BCA test |
| pRK172 | Addgene | #134504 | Plasmid |
| Q-Sepharose Fast Flow. | cytiva | 17051001 | Ionenuitwisselingshars |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.