Tutaj prezentujemy protokół, który łączy elektroporację in vivo i denerwację mięśnia dźwigacza długiego czaszki (LAL). Zabieg ten umożliwia badanie potencjalnej roli białek pochodzenia mięśniowego w regeneracji synapsy nerwowo-mięśniowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy protokół, który łączy elektroporację in vivo i denerwację mięśnia dźwigacza długiego czaszki (LAL). Zabieg ten umożliwia badanie potencjalnej roli białek pochodzenia mięśniowego w regeneracji synapsy nerwowo-mięśniowej.
Połączenie nerwowo-mięśniowe (NMJ) to synapsa obwodowa kontrolująca skurcz włókien mięśni szkieletowych, aby umożliwić skoordynowany ruch wielu organizmów. W NMJ presynaptyczny koniec aksonu ruchowego styka się z postsynaptyczną domeną mięśniową i jest pokryty końcowymi komórkami Schwanna. Integralność i funkcja NMJ jest zagrożona w kilku warunkach, w tym starzeniu się, chorobach nerwowo-mięśniowych i urazach. Aby przeanalizować potencjalny wkład białek pochodzących z mięśni w utrzymanie i regenerację NMJ, połączono strategię transferu genów in vivo z denerwacją mięśnia dźwigacza długiego czaszki (LAL) po mechanicznym uszkodzeniu nerwów. Wcześniejsze odkrycia wykazały, że wymuszona ekspresja kontrolnych białek fluorescencyjnych nie zmienia organizacji NMJ ani neurotransmisji. Procedura ta ma na celu opisanie szczegółowej metody elektroporacji in vivo mięśnia LAL, po której następuje przecięcie lub zmiażdżenie określonej gałęzi nerwu twarzowego unerwiającego mięśnie czaszki, co prowadzi odpowiednio do odnerwienia i reinerwacji NMJ. Połączenie tych eksperymentalnych strategii w wygodnym mięśniu LAL stanowi skuteczną metodę badania potencjalnego udziału nadekspresji lub wyciszenia białek mięśniowych w kontekście krótkotrwałego unerwienia NMJ.
Połączenie nerwowo-mięśniowe (NMJ) to synapsa obwodowa, która kontroluje skurcze mięśni i, pośrednio, skoordynowany ruch organizmów1. Jest tworzony przez presynaptyczne zakończenie aksonu ruchowego, postsynaptyczną domenę mięśniową wzbogaconą w receptory acetylocholiny (AChR) i niemielinowe końcowe komórki Schwanna pokrywające zakończenie aksonu2,3,4. Po odnerwieniu NMJ z powodu urazowego uszkodzenia nerwów obwodowych, choroby lub interwencji farmakologicznej, aktywność mięśni kurczliwych zostaje utracona5,6. Ponieważ pewne permisywne mikrośrodowiska umożliwiają szybką i skuteczną regenerację funkcjonalną, poszukiwanie białek, które mogłyby pomóc w procesie regeneracji, jest stałą koniecznością. W tym przypadku połączono dwie procedury, aby konkretnie ocenić potencjalną rolę manipulowania ekspresją białek mięśniowych w krótkoterminowej regeneracji NMJ po uszkodzeniu nerwu.
Mięsień dźwigacza długiego (LAL), znajdujący się na grzbietowej powierzchni czaszki, jest cienkim i płaskim mięśniem, który kontroluje ruch małżowiny usznej. Mięsień LAL składa się z pasm rostralnych i ogonowych, z których każdy zawiera dwie lub trzy warstwy włókien mięśniowych7,8. Tylna gałąź uszna nerwu twarzowego unerwia mięsień LAL, generując dobrze opisany wzór unerwienia składający się z pięciu regionów unerwienia rostralnego (R1-R5) i dwóch ogonowych (C1-C2)8,9,10. LAL jest mięśniem powierzchownie wyeksponowanym i łatwo dostępnym, dlatego jego stosowanie wymaga mało inwazyjnych zabiegów. Pozwala to na wizualizację NMJ za pomocą mikroskopii w czasie rzeczywistym, dostarczanie leków, a także interwencję w kompletne preparaty mięśniowe zarówno in vivo, jak i ex vivo11,12. Wszystkie te cechy sprawiają, że mięsień LAL jest doskonałym modelem do badania zachowania i funkcji NMJ10,13.
Elektroporacja in vivo to technika transferu genów, która pozwala na inkorporację egzogennego DNA do tkanki poprzez przejściową przenikanie błon komórkowych i ruchliwość DNA wewnątrz komórek, oba generowane po wywołaniu pola elektrycznego14,15. Zabieg ten jest miejscowy i można go wykonać na każdym etapie rozwoju zwierzęcia. Biorąc pod uwagę unikalne cechy mięśnia LAL, jego elektroporacja in vivo stanowi minimalnie inwazyjną, wysoce wydajną i szybką procedurę16, co umożliwia zaobserwowanie silnej ekspresji białka dwa lub trzy dni po elektroporacji.
Procedura miażdżenia nerwu twarzowego jest szeroko stosowana w badaniach, ponieważ oferuje kilka zalet5,17,18. Protokół ten został wcześniej zmodyfikowany, aby celować w tylną gałąź uszną nerwu twarzowego, który unerwia mięśnie czaszki, w tym mięsień LAL, aby uniknąć paraliżu twarzy; W związku z tym myszy nie wymagają specjalnej opieki po operacji (np. smarującej maści do oczu na utratę odruchu mrugania). Ponieważ unerwienie NMJ w mięśniu LAL rozpoczyna się między 7-9 dniami po urazie6, jest to dobry krótkoterminowy model reinerwacji w porównaniu z powszechnie stosowanym modelem uszkodzenia nerwu kulszowego w celu odnerwienia mięśni kończyn tylnych, gdzie reinerwacja następuje około trzech tygodni po urazie nerwu18.
Połączenie elektroporacji in vivo i uszkodzenia nerwu twarzowego w mięśniu LAL umożliwi badaczom ocenę zachowania komponentów synaptycznych przeciwko modulacji białek pochodzących z mięśni w różnych okresach regeneracji NMJ, w tym krótko- i długoterminowych efektów morfologicznych6,16, za pomocą szerokiej gamy technik, w tym testów immunohistochemicznych, histologicznych i funkcjonalnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury eksperymentalne są zatwierdzone przez Komitet Bioetyczny na Universidad Austral de Chile, Chile (protokół nr 503/2023) i przestrzegają norm nałożonych przez Komitet Bioetyczny Narodowej Agencji Badań i Rozwoju Chile (ANID), a także wytycznych Dyrektywy Rady Europejskiej dotyczącej opieki nad zwierzętami laboratoryjnymi. W niniejszym badaniu wykorzystano dorosłe (3-6 miesięcy) myszy CF-1 obojga płci (30-45 g). Eutanazja była dokonywana przez przedawkowanie wziewnego środka znieczulającego, po którym następowała wykrwawienie. Odczynniki i sprzęt użyte w badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Elektroporacja mięśni LAL in vivo
2. Odnerwienie wywołane uszkodzeniem nerwu
UWAGA: Ten protokół jest modyfikacją wcześniej opisanego protokołu17. Wykonaj tę procedurę z różnicą co najmniej 3 dni od elektroporacji. W zależności od pytań badawczych zabieg ten może być wykonywany przed lub po elektroporacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wysoka kwantowa wydajność fluorescencji białka tdTomato20 sprawia, że jest ono odpowiednim znacznikiem do oceny wydajności elektroporacji. W związku z tym oceniono ekspresję białka tdTomato w mięśniach LAL za pomocą elektroporacji in vivo (Rysunek 1). Mięśnie LAL wypreparowano 21 dni po elektroporacji. Preparaty całego narządu ukazują cienki pasy caudalny (cLAL, niebieski wielokąt) mięśnia LAL z dwoma obszarami unerwienia oraz gruby pas rostralny (rLAL, żółty...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Połączenie elektroporacji mięśni in vivo i denerwacji jest cennym eksperymentalnym podejściem do badania niszy regeneracyjnej w NMJ4. Ponieważ mięsień LAL jest powierzchownie odsłonięty, te połączone procedury można łatwo uzupełnić o dostarczenie sond lub leków, które mogą wpływać na ekspresję lub aktywność białka12. Ponadto elektroporacja genów reporterowych w mięśniu LAL może stanowić cenne narzędzie do śledzenia aktywacji lub hamowania szlaków sygnałowych w kont...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy wysoce współpracującemu i stymulującemu środowisku członków NeSt Lab za użyteczne dyskusje i komentarze na temat tej pracy. Prace w NeSt Lab są obecnie finansowane przez FONDECYT 1221213. Schemat w Rysunek 1A został stworzony za pomocą BioRender.com.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| #5/45 Kleszcze Dumonta | Narzędzia naukowe | 11251-35 | Sterylizuj przed użyciem |
| anty 2H3 | DSHB | Rozcieńczony 1 : 300 | |
| anty S100 Gotowy do użycia | Dako | IR504 | Rozcieńczony 1 : 5 |
| anty SV2 | DSHB | Rozcieńczony 1 : 50 | |
| Glukonian chlorheksydyny 2% | DifenPharma | ||
| Mikroskop stereoskopowy do analizy zimnego światła | Motic | Model SMZ-171 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | Rozcieńczony 1 : 100 |
| Dumont #5SF Kleszcze | Narzędzia do nauki pięknej | 11252-00 | Sterylizuj przed użyciem |
| Dumont Mini Kleszcze – Styl 5 | Narzędzia do nauki pięknej | 11200-14 | Sterylizuj przed użyciem |
| Elektroporator ECM 830 | BTX Harvard Apparatus | ||
| Złote elektrody igłowe | Genetrody, BTX | 45-0114 | Hamilton prosta 10 mm |
| Hamilton | 80400 | ||
| Hialuronidaza | Sigma-Aldrich | H3884 | |
| Aparat do znieczulenia wziewnego | SciVerma Scientific | M3000 Stół | |
| Isoflurane | Baxter | 218-082 | |
| Myszy | Instituto de Salud Publica - Chile | Dorosłe (3-6 miesięcy) myszy CF-1 obojga płci (30-45 g) | |
| Żyletki | Schick | ||
| Suture Glicosorb 5/0 | TAGUM | GS0812. J | Wchłanialna nić kwasu poliglikolowego |
| tdPlazmid pomidorowy | Addgene | 54642 | plazmid pomidorowy pod kontrolą promotora CMV |
| Chlorowodorek tramadolu 5% (Triamcol) | Drag Pharma | ||
| Vannas Nożyczki sprężynowe | Narzędzia do nauki pięknej | 91500-09 | Sterylizować przed użyciem |
| WGA Alexa Fluor 488 | Invitrogen | W7024 | Rozcieńczony |
| α-BTX Alexa Fluor 488 | Invitrogen | B13422 | Rozcieńczyć 1 : 500 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.