Tutaj prezentujemy protokół opisujący lokalizację receptorów angiotensyny II typu 1 w mózgu szczura za pomocą ilościowej, densytometrycznej autoradiografii receptorów in vitro przy użyciu analogu angiotensyny II, znakowanego jodem-125.
Method Article
Tutaj prezentujemy protokół opisujący lokalizację receptorów angiotensyny II typu 1 w mózgu szczura za pomocą ilościowej, densytometrycznej autoradiografii receptorów in vitro przy użyciu analogu angiotensyny II, znakowanego jodem-125.
Ten protokół opisuje wzorce wiązania receptora dla angiotensyny II (Ang II) w mózgu szczura za pomocą radioligandu specyficznego dla receptorów Ang II do przeprowadzenia autoradiograficznego mapowania receptorów.
Próbki tkanek są pobierane i przechowywane w temperaturze -80 °C. Kriostat służy do koronalnego cięcia tkanki (mózgu) i rozmrażania skrawków na naładowanych szkiełkach. Skrawki tkanek montowane na szkiełku są inkubowane w 125I-SI-Ang II w celu znakowania radioizotopem receptorów Ang II. Sąsiednie szkiełka rozdziela się na dwa zestawy: "niespecyficzne wiązanie" (NSP) w obecności stężenia nasycającego receptor nieznakowanego radioaktywnie Ang II lub selektywnego antagonisty receptora Ang II podtypu AT1 Ang II (AT1R) oraz "całkowite wiązanie" bez antagonisty AT1R. W buforze inkubacyjnym występuje również stężenie nasycające antagonisty podtypu AT2 Ang II (AT2R) (PD123319, 10 μM) w celu ograniczenia wiązania 125I-SI-Ang II z podtypem AT1R. Podczas 30-minutowej inkubacji wstępnej w temperaturze ~22 °C, szkiełka NSP są poddawane działaniu 10 μM PD123319 i losartanu, podczas gdy szkiełka "całkowitego wiązania" są poddawane działaniu 10 μM PD123319. Szkiełka są następnie inkubowane z 125I-SI-Ang II w obecności PD123319 w celu "całkowitego wiązania" oraz PD123319 i losartanu dla NSP w buforze testowym, a następnie kilka "płukań" w buforze i wodzie w celu usunięcia soli i niespecyficznie związanego radioligandu. Szkiełka są suszone za pomocą suszarek, a następnie poddawane działaniu filmu autoradiograficznego za pomocą specjalistycznej folii i kasety. Film jest wywoływany, a obrazy są skanowane do komputera w celu densytometrii wizualnej i ilościowej przy użyciu zastrzeżonego systemu obrazowania i arkusza kalkulacyjnego. Dodatkowy zestaw szkiełek jest barwionowany tioniną w celu porównań histologicznych.
Zaletą korzystania z autoradiografii receptorowej jest możliwość wizualizacji receptorów Ang II in situ, w obrębie przekroju próbki tkanki, oraz anatomicznej identyfikacji obszaru tkanki poprzez porównanie go z sąsiednim histologicznym odcinkiem referencyjnym.
Choroby układu krążenia nadal są główną przyczyną zgonów i niepełnosprawności w Stanach Zjednoczonych, powodując ponad 30% zgonów w USA w 2011 roku1. Najnowsze statystyki American Heart Association wskazują, że więcej niż jedna osoba na trzy cierpi na jeden lub więcej rodzajów chorób sercowo-naczyniowych. Badania sercowo-naczyniowe nadal czynią postępy w kierunku zrozumienia tej choroby, ale ponieważ pokolenia zaczynają się starzeć, konieczne jest kontynuowanie tych wysiłków. Układ renina-angiotensyna (RAS) odgrywa kluczową rolę w regulacji układu sercowo-naczyniowego, głównie poprzez promowanie miażdżycy, stanu zapalnego, ogólnoustrojowego zwężenia naczyń krwionośnych i aktywacji współczulnego układu nerwowego (ryc. 1)2-8.
RAS to system hormonalny, który jest aktywowany, gdy komórki przykłębuszkowe nerki wydzielają reninę do krwiobiegu w odpowiedzi na obniżone ciśnienie krwi, zwiększoną stymulację układu współczulnego lub zmniejszony przepływ sodu przez plamkę gęstą. Renina metabolizuje angiotensynogen (syntetyzowany w wątrobie) do powstania angiotensyny I (Ang I). Ang I jest następnie metabolizowany przez enzym konwertujący angiotensynę (ACE), ektoenzym po stronie światła komórek śródbłonka naczyń krwionośnych, głównie w płucach i nerkach, tworząc angiotensynę II (Ang II), główny peptyd efektorowy RAS. Ang II jest zdolny do aktywacji dwóch podtypów receptorów; receptor typu 1 (AT1R) i receptor typu 2 (AT2R), które regulują pracę układu sercowo-naczyniowego, utrzymują homeostazę płynów i elektrolitów i są obecnie uważane za wpływające na funkcje poznawcze i procesy chorób neurodegeneracyjnych8,9. Doniesiono, że lokalny, specyficzny dla mózgu RAS niezależnie syntetyzuje Ang II. W mózgu białko prekursorowe angiotensynogen jest syntetyzowane w astrogleju10 przekształcane w Ang I przez enzym podobny do reniny3, prawdopodobnie proreninę związaną z receptorem proreniny11, a następnie przekształcane w Ang II przez enzym konwertujący angiotensynę, który ulega obfitej ekspresji na zewnątrzkomórkowej powierzchni neuronów w mózgu12. Ten wytwarzany wewnątrz mózgu Ang II jest agonistą receptorów mózgu AT1 i AT2, które są izolowane z przenoszonego przez krew Ang II.
Chociaż AT1R odgrywa ważną rolę fizjologiczną, jest lepiej znany ze swoich patofizjologicznych efektów w całym ciele, głównie wpływając na układ sercowo-naczyniowy i nerki (Rysunek 2). Kiedy Ang II wiąże się z AT1R, powoduje zwężenie naczyń krwionośnych; zwiększenie oporu przepływu krwi i podniesienie ciśnienia krwi. Wspomaga również syntezę i wydzielanie aldosteronu i wazopresyny, co prowadzi do zwiększonej retencji sodu i wody. Efekty te mogą również wywoływać niedokrwienne uszkodzenie mózgu i upośledzenie funkcji poznawczych i są związane z chorobą Parkinsona, chorobą Alzheimera i cukrzycą, a także niedawno zidentyfikowano wpływ na uczenie się i pamięć13-15. W RAS występuje pętla sprzężenia zwrotnego, w której AT1R na komórkach przykłębuszkowy w nerce hamuje wydzielanie reniny. Co ciekawe, AT2R ogólnie przeciwreguluje działanie AT1R, powodując między innymi rozszerzenie naczyń krwionośnych, rozrost neurytów, regenerację aksonów, antyproliferację i ochronę mózgu16-20. AT2R został również zidentyfikowany jako cel dla leków przeciwnadciśnieniowych, a ostatnio także przeciwnowotworowych21. Określenie lokalizacji i gęstości receptorów Ang II w różnych tkankach oraz wpływu różnych metod leczenia i stanów chorobowych za pomocą ilościowej densytometrycznej autoradiografii receptorów pomoże odkryć rolę, jaką RAS odgrywa w określonych chorobach.
Autoradiografia receptorów jest stosowana od ponad 30 lat jako skuteczna metoda oznaczania obecności receptorów angiotensyny II i innych składników RAS w mózgu i innych tkankach szczura, myszy, świnki morskiej, psa i człowieka w różnych warunkach eksperymentalnych22-34. Znaczenie lokalizacji receptorów Ang II w mózgu polega na tym, że można zastosować neuroanatomię funkcjonalną do działania Ang II w mózgu, np. obecność AT1R w jądrze przykomorowym podwzgórza (PVN) sugeruje funkcję Ang II w mózgu w celu stymulowania uwalniania wazopresyny, oksytocyny lub hormonu uwalniającego kortykotropinę (CRH), lub aktywacja współczulnego układu nerwowego. Tak więc leki, które blokują AT1R, mogą zmniejszać niektóre z tych efektów za pośrednictwem PVN związanych z nadmierną aktywnością RAS w mózgu. Trwające prace sugerują, że stosowanie antagonistów AT1R może zmniejszać uwalnianie CRH wywołane zespołem stresu pourazowego (PTSD) i łagodzić objawy PTSD (Hurt i wsp., przedłożone do publikacji). PVN, narząd podogonowy (SFO) i ciało migdałowate są znane z regulacji homeostazy, apetytu/pragnienia, snu, pamięci, reakcji emocjonalnych i są obszarami docelowymi tego badania demonstracyjnego. Obszary te badano poprzez pobieranie wycinków koronalnych mózgu na szkiełkach mikroskopowych i traktowanie tych skrawków specyficznymi inhibitorami wraz ze specyficznym radioligandem dla receptorów Ang II. W tym badaniu wymieniono wszystkie materiały i odczynniki wraz z sugerowanymi dostawcami, Jod-125 użyto do znakowania radioaktywnego antagonisty receptora Ang II, sarkozyny1, izoleucyny8 Ang II (SI Ang II), która następnie została oczyszczona jako mono125 I-SI Ang II przy użyciu metod HPLC, jak opisano wcześniej35. Zastosowanie tego radioligandu o wysokiej aktywności specyficznej pozwala na wizualizację obszarów o niskiej, umiarkowanej i wysokiej gęstości receptorów po ekspozycji znakowanych radioaktywnie skrawków na kliszę rentgenowską. Kalibrując film za pomocą wzorców pasty mózgowej zawierających znane ilości jodu-125, można określić ilościowo określoną ilość wiązania receptora Ang II w danym obszarze. W badaniach eksperymentalnych wiązanie receptora Ang II w mózgach osób eksperymentalnych można porównać do tego w mózgach osób z grupy kontrolnej. Może to wskazywać, czy działanie Ang II jest zmienione w odpowiedzi na chorobę genetyczną, nieprawidłowość fenotypową, stan chorobowy lub leczenie farmakologiczne. Wiedza ta może być następnie wykorzystana do opracowania terapii w leczeniu chorób związanych z rozregulowaniem RAS. Alternatywnymi technikami, które identyfikują miejsca wiązania receptorów, ale o zmniejszonej rozdzielczości anatomicznej, są testy wiązania, które wykorzystują preparaty błon tkankowych pochodzące z homogenatów tkankowych, które są inkubowane z radioligandem w zakresie stężeń w celu oceny powinowactwa wiązania radioligandu jako stałej dysocjacji (KD) i maksymalnej zdolności wiązania (Bmax) tkanki będącej przedmiotem zainteresowania.
Opisany tutaj protokół można podzielić na 5 głównych elementów: Przygotowanie skrawków tkanek do autoradiografii receptorów; Autoradiografia receptorów; Ekspozycja i wywołanie filmu; Histologia; i densytometryczna analiza obrazu.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wszystkie procedury na zwierzętach przeprowadzone w tym badaniu zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Nova Southeastern University zgodnie z Przewodnikiem po opiece i użytkowaniu zwierząt laboratoryjnych, wydanie 8 (The National Academies Press, Waszyngton, DC, 2011).
1. Przygotowanie skrawków tkanek do autoradiografii receptorowej
2. Autoradiografia receptorowa
UWAGA: Radioaktywność. Używaj odzieży ochronnej do radzenia sobie z radioaktywnością. Utylizacja zależy od zakładu, i musi być zgodna z wytycznymi, aby prawidłowo rozkładać się (okres półtrwania 60 dni) lub być odebrany przez certyfikowaną firmę.
3. Ekspozycja i wywołanie filmu
4. Histologia
5. Densytometryczna analiza obrazu
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Przegląd szlaku metabolicznego układu renina-angiotensyna jest pokazany na rysunku 1, a bezpośrednie skupienie się na podtypach receptora angiotensyny II (AT1R i AT2R) jest opisane na rysunku 2. Rycina 3 przedstawia przeniesienie koronalnych odcinków mózgu na szkiełka mikroskopowe, które są następnie poddawane procedurze autoradiografii receptorowej przy użyciu z góry określonego stężenia 125I-SIAng II, ja...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Opisany protokół identyfikuje wizualizację "całkowitego" i "niespecyficznego" wiązania radioligandu w sąsiednich odcinkach koronalnych mózgu gryzonia, uprzednio pobranego i przechowywanego w temperaturze -80 °C i może być łatwo stosowany do praktycznie każdej tkanki, która ma anatomicznie rozwiązane podstruktury, które wykazują zróżnicowane ilości receptorów lub miejsc wiązania radioligandu. Procedury opisane w protokole są proste, a analiza ma kluczowe znaczenie dla prawidłowej interpretacji wyników. Grubość 20 μm uznan...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Robert Speth udzielił komercyjnemu sprzedawcy licencji na stosowanie przeciwciał przeciwko receptorom angiotensyny II i otrzymuje tantiemy ze sprzedaży tych przeciwciał. Pozostali autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez NIH Grant HL-113905
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 500 ml Zlewki plastikowe | Fisher | 02-591-30 | |
| 24 mm x 60 mm Szkiełka nakrywkowe | Fisher | 22-050-25 | |
| Folia do obrazowania autoradiograficznego 24 mm x 30 cm | Carestream-Biomax MR Film | 891-2560 | |
| Bacytracyna (z Bacillus licheniformis) | Sigma | B-0125 | |
| Arkusz tektury 8 x 11 | Tablica ilustracji półksiężyca #201 | 201 | |
| Słoiki Coplin | Fisher Scientific | E94 | |
| Komercyjne suszarki do włosów | Conair | Model SD6X | |
| Jednorazowe probówki hodowlane | Fisher | 14-961-26 | |
| EDTA (sól disodowa, dihydrat) | USB Corporation | 15-699 | |
| Etanol | Fisher | 16-100-210 | |
| Substytut receptury dla D-19 Developer | Photographers Formulary, Inc. | 01-0036 | |
| Lodowaty kwas octowy | Fisher | A38 SI-212 | |
| Histoprep/OCT | Fisher | SH75-125D | |
| Film Fixer | Kodak | 5160320 | |
| Photo flo | Kodak | 1464502 | |
| Losartan | Fisher/Tocris | 37-985-0 | |
| MCID™ Core 7.0 | MCID | N/A | |
| NaCl | Fisher | S271 | |
| Uchwyty ślizgowe Peel-A-Way | VWR | 48440-003 | |
| Permount | Fisher | SP15-100 | |
| PD123319 | Fisher | 13-615-0 | |
| Premium Charged Slides, drobno szlifowane | Prowadnice mikroskopowe Premiere | 9308W | |
| 125I Ligands | Perkin Elmer | NEX- 248 | |
| 125SI-Ang II | George Washington University | Radiojodowany przez Dr. Speth | |
| Slide Mailers | Fisher Scientific | HS15986 | |
| Bezwodny fosforan dwuzasadowy sodu (Na2PO4) | Fisher | RDCS0750500 | |
| Octan sodu (bezwodny) | Fisher | BP333-500 | |
| Tionina | Kaseta | T409-25 | |
| (10 x 12) | Spectronics Corporation | Cztery kwadratowe | |
| ksyleny | Fisher | X3P-1GAL |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission