Obecny protokół opisuje metodę donosowego podawania agregatów α-synukleiny. Metoda ta dostarcza informacji na temat propagacji α-synukleiny z błony śluzowej węchu do opuszki węchowej w chorobie Parkinsona.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje metodę donosowego podawania agregatów α-synukleiny. Metoda ta dostarcza informacji na temat propagacji α-synukleiny z błony śluzowej węchu do opuszki węchowej w chorobie Parkinsona.
Choroba Parkinsona (PD) jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym charakteryzującym się obecnością ciał Lewy'ego, które są agregatami α-synukleiny (α-Syn). Niedawno zaproponowano, aby choroba rozwijała się i postępowała poprzez podobną do prionów propagację agregatów α-Syn z opuszki węchowej (OB) lub jądra grzbietowego nerwu błędnego. Chociaż pochodzenie agregatów α-Syn w OB pozostaje niejasne, ostatnio zasugerowano ich rozmnażanie z błony śluzowej węchu. Wcześniej wykazaliśmy, że donosowe podawanie agregatów α-Syn w modelu mysim indukowało patologię α-Syn w OB myszy. W niniejszej pracy przedstawiono metodę donosowego podawania agregatów α-Syn, które indukowały patologię α-Syn w OB myszy. Donosowe podawanie agregatów α-Syn jest bardzo prostą i nieskomplikowaną metodą i wierzymy, że będzie użytecznym narzędziem w badaniach nad wyjaśnieniem pochodzenia patologii α-Syn w OB oraz szlaku propagacji α-Syn przez układ węchowy.
Choroba Parkinsona (PD), która charakteryzuje się objawami motorycznymi, takimi jak bradykinezja, drżenie spoczynkowe i sztywność mięśni, jest drugim najczęstszym zaburzeniem neurodegeneracyjnym1. PD objawia się również objawami niemotorycznymi, w tym dysfunkcją węchu, upośledzeniem funkcji poznawczych, depresją, halucynacjami, zaparciami i niedociśnieniem ortostatycznym. Jego patologicznymi cechami charakterystycznymi są śmierć komórek dopaminergicznych w istocie czarnej oraz obecność agregatów α-synukleiny (α-Syn), zwanych ciałami Lewy'ego2.
Warto zauważyć, że α-Syn to 140-aminokwasowe białko, które występuje w postaci rozpuszczalnego monomeru (lub tetrameru) w normalnych warunkach. Jednak w nienormalnych warunkach rozpuszczalny monomer jest przekształcany w nierozpuszczalne agregaty o dużej masie cząsteczkowej, w tym oligomery i fibryle. Przejście α-Syn do oligomerów i włókienek jest podobno związane z toksycznością komórkową3.
Ostatnie badania sugerują podobne do prionów rozchodzenie się agregatów α-Syn między neuronami. Opierając się na licznych badaniach pośmiertnych, Braak i in. zaproponowali w 2003 roku hipotezę, że patologia ciał Lewy'ego rozprzestrzenia się stopniowo w mózgu w nieco stereotypowy sposób (hipoteza Braaka)4,5. W 2008 roku badanie pośmiertne pacjentów z chorobą Parkinsona, którzy otrzymali przeszczep śródmózgowia płodu, ujawniło ciała Lewy'ego w neuronach dopaminergicznych pochodzących z tkanek płodu6,7. Badania te sugerowały, że agregaty α-Syn mogą rozprzestrzeniać się z chorego mózgu do przeszczepów, co potwierdza hipotezę Braaka.
Po tych obserwacjach, eksperymenty obejmujące pierwotne hodowle neuronów i domózgowe wstrzykiwanie agregatów α-Syn u myszy odtworzyły rozprzestrzenianie się agregatów podobnych do ciał Lewy'ego, dostarczając dalszych dowodów na propagację α-Syn w sposób podobny do prionów8,9.
Braak i wsp. wykazali, że patologia ciał Lewy'ego w PD rozpoczyna się w opuszce węchowej (OB) i/lub jądrze grzbietowym nerwu błędnego (dmX)4. Opierając się na hipotezie Braaka, kilka badań donosiło o podawaniu agregatów α-Syn lub ekstraktów z ciał Lewy'ego z mózgów PD do OB i przewodu pokarmowego zwierząt doświadczalnych10,11,12. W 2018 r. badanie wykazało, że podanie agregatów α-Syn do OB myszy typu dzikiego wywołało propagację patologii α-Syn wzdłuż szlaku węchowego, powodując dysfunkcję węchu13. Wcześniej zaszczepiliśmy agregaty α-Syn w OB transgenicznych myszy transgenicznych α-Syn i stwierdziliśmy, że prowadzi to do atrofii hipokampa i upośledzenia pamięci14.
W 2022 roku zaszczepiliśmy agregaty α-Syn w OB marmozet, małego naczelnego niebędącego człowiekiem; spowodowało to rozprzestrzenianie się patologii α-Syn wzdłuż szlaku węchowego, atrofię OB i powszechny hipometabolizm glukozy w mózgu10.
Jeśli jednak propagacja agregatów α-Syn odbywa się z OB, pojawia się krytyczne pytanie: jakim mechanizmem początkowo pojawiają się agregaty α-Syn? Saito i wsp. wcześniej informowali o obecności ciał Lewy'ego w błonie śluzowej nosa15. Obecność agregatów α-Syn wykryto w błonie śluzowej nosa pacjentów z PD i zanikiem wieloukładowym (MSA) za pomocą analizy konwersji indukowanej drżeniem w czasie rzeczywistym (RT-QUIC)16. Warto zauważyć, że analiza próbek błony śluzowej nosa od pacjentów z zaburzeniem zachowania podczas snu (RBD), które jest uważane za stadium prodromalne PD, ujawniła wzrost poziomów α-Syn17. Badanie to sugerowało, że patologia α-Syn może istnieć w błonie śluzowej nosa nawet od fazy prodromalnej PD.
Chociaż te wyniki sugerowały potencjalną drogę od błony śluzowej nosa do OB, istnieją ograniczone dowody eksperymentalne potwierdzające ten scenariusz. Aby wypełnić tę lukę, podaliśmy agregaty α-Syn do jamy nosowej myszy i zbadaliśmy propagację patologii α-Syn z błony śluzowej nosa do OB. Nasze podejście eksperymentalne wykazało, że podanie donosowe pojedynczej dawki agregatów α-Syn myszom typu dzikiego wywołało patologię α-Syn w OB, dostarczając eksperymentalnych dowodów na szlak propagacji z błony śluzowej nosa do OB.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
C57BL/6J samce myszy w wieku 2 miesięcy zostały użyte do tego badania. Wszystkie procedury eksperymentalne przeprowadzono zgodnie z wytycznymi krajowymi. Komitet Badań nad Zwierzętami Uniwersytetu w Kioto udzielił etycznej aprobaty i pozwolenia na to badanie (MedKyo 23,544).
1. Donosowe podawanie włókienek preformowanych α-Syn
2. Przygotowanie próbki
3. Barwienie immunohistochemiczne OB
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 3 przedstawia kilka przykładów agregatów α-Syn w OB. W niniejszym badaniu wprowadzono agregaty α-Syn do jednego otworu nosowego. Dwie jamy nosowe są oddzielone przegrodą nosową, a każda OB przesyła neurony sensoryczne węchowe do każdej jamy nosowej oddzielnie. W związku z tym OB po stronie przeciwległej może służyć jako kontrola.
Patologii P-α-Syn nie zaobserwowano w OB po stronie traktowanej po 1 i 3 miesiącach (Rysunek 3A
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W poprzednim badaniu podawanie agregatów α-Syn do jamy nosowej makaków indukowało śmierć komórek dopaminergicznych i odkładanie się żelaza w istocie czarnej, chociaż nie obserwowano agregatów α-Syn21. Codzienne podawanie ludzkich agregatów α-Syn A53T do jamy nosowej transgenicznych myszy α-Syn (myszy M83) przez 28 dni indukowało patologię α-Syn w mózgach i objawy motoryczne u myszy19,22. W niniejszym badaniu wykazaliśmy, że podanie pojedyn...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Wszystkie eksperymenty były wspierane przez Rie Hikawę. Serdecznie dziękujemy Yasuko Matsuzawie za dokumenty. Badanie to było wspierane przez JSPS KAKENHI (M.S., No. JP19K23779, JP20K16493 i JP20H00663).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop fluorescencyjny All-in-One BZ-X710 | KEYENCE | N/A | Mikroskop All-in-One |
| Ampicillin Sól sodowa | Nacalai tesque | 02739-32 | |
| Bioruptor II | Sonicbio | BR2006A | Sonikator typu kąpiel wodna. |
| Winian butorfanolu | Meiji Seika Pharma | WAK-52850 | |
| Rurka celulozowa | MISUMI | UC20-32-100 | |
| DeepWellMaximizer | TAITEC | MBR-022UP | Shaker |
| DynaCompetent Cells Zip BL21(DE3) | BioDynamics Laboratory Inc. | DS255 | Właściwa komórka |
| Entellan | Sigma-Aldrich | 107961 | Medium do szybkiego montażu do mikroskopii |
| Graefe Bardzo drobne kleszcze Zakrzywione ząbkowane | FST | 11152-10 | Kleszcze |
| Hartowane drobne nożyczki | Nożyczki | FST | 14090-09 |
| Histofine Prosta mysz plamista MAX-PO (R) | Nichirei Bioscience | 414341 | Uniwersalny polimer immuno-peroksydazy, anty-królik |
| ImageJ ver 1.52p | NA | NA https://imagej.net/ | |
| innova4200 | New Brunswick naukowy | 9105085 | Wytrząsarka do inkubatora |
| Isopropyl-β- Rosół D-tiogalaktopiranozyd | Nacalai tesque | 19742-94 | |
| LB, Lennox | Nacalai tesque | 20066-24 | |
| Leica EG 1150 H | Leica | 14 0388 86 108 | Modułowe centrum zatapiania tkanek |
| Leica TP 1020 | Leica | 14 0422 85108 | Automatyczny procesor tkanek |
| Medetomidine | Fuji Film | 135-17473 | |
| Microm HM325 Rotary Microtome | Thermo Scientific | 902100 | |
| Midazolam | Maruishi Seiyaku | 4987-211-76210-0 | |
| Nowa hematoksylina typu G | Muto | 65-9197-38 | Roztwór hematoksyliny |
| Igła normalna skrzydełkowa do żyły typu D, igła 25G | TERUMO | NN2332R | 25G |
| Ultrawirówka Optima TLX | Beckman Couler | 8043-30-1197 | Ultrawirówka |
| P10 | pipeta Gilson | FA10002P | |
| parafina | Leica | 39601095 | |
| paraformaldehyd | Nacalai tesque | 30525-89-4 | |
| Zestaw DAB do barwienia peroksydazą | Nacalai | tesque 25985-50 | |
| Zestawy do oznaczania białek Pirece BCA | Test BCA Thermo Scientific | 23225 | |
| pRK172 | Addgene | #134504 | Plazmid |
| Q-Sepharose Fast Flow. | cytiva | 17051001 | Żywica jonowymienna |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.