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Como mencionado acima, quase metade do hemisfério cerebral está congelado e disponível para estudos moleculares usando DNA, RNA, ou proteína. Historicamente, estudos que utilizam tecidos cerebrais pós-morte mostraram-se afetados por condições pré-morte, idade, sexo, pH tecidual, integridade de mRNA (RIN), intervalo pós-morte (PMI), segurança diagnóstica, uso de comorbidades e tratamento prévio de medicação estado23. Com base em estudos que utilizam tecidos cerebrais, o DNA e a proteína parece ser afetado em menor grau em comparação com o RNA. Com base em nossa experiência, o isolamento de RNA e a análise a jusante, no entanto, foram encontrados para ser mais afetados pelas condições pré-morte e intervalo pós-morte do tecido cerebral. Nós discutimos conseqüentemente algumas das circunstâncias a ser seguidas para conduzir a análise baseada RNA usando tecidos pós-morte do MS.
Para todos os nossos estudos, após o cérebro é coletado na autópsia, é cortado (1 cm de espessura) e, em seguida, fixado em 4% paraformaldeído para estudos morfológicos ou rapidamente congelado para análise bioquímica. Todos os blocos do tecido são caracterizados para o demyelination pela imunocoloração usando PLP como descrito acima. Um esquema de análise representativo é mostrado na Figura 1. As secções teciduais são examinadas para a presença de lesões de matéria branca (Figura 1a). As regiões selecionadas são coradas para a atividade imune (Figura 1b) e desmielinização (Figura 1C). O tecido congelado é montado no criostat (Figura 1D) e as seções congeladas de 30 μm são cortadas. Isto é seguido pela coleção de 3-4 seções subseqüentes, pela separação dos tecidos adjacentes, e pelo armazenamento para o ADN, o RNA, ou o isolamento da proteína. Usando este protocolo, Nós isolamos com sucesso o ADN24,25, RNA5,6,7,8,9 assim como proteínas26. Quando os resultados principais de alguns dos estudos que analisam o RNA dos cérebros do MS são discutidos, estão aqui algumas das edições relativas à análise de cérebros pós-morte do RNA MS.

Figura 1: coleta de amostra para análise de mRNA. (A) o tecido da autópsia é selecionado para a análise. Áreas de tecido são selecionadas e uma porção de tecido é extirpada. Todas as seções são manchadas com (B) o anticorpo de MHC-II (complexo principal do histocompatibilidade (MHC) classe II HLA-DR CR3/43) para detectar a atividade inflamatório e com (C) a proteína do proteolipid (PLP) para determinar o status do mielina usando protocolos publicados. Com base no status de mielina, o bloco é marcado por um bisturi (D). As secções (60 μm) são cortadas (e) e as áreas que foram previamente marcadas são removidas, separadas em tubos e rotuladas (F). As manchas de PLP e de MHC-II são repetidas após cada 5 seções para assegurar a coleção apropriada do tecido. A matéria branca aparecendo normal (NAWM) é anotada e as lesões da matéria branca (WML) são esboçadas no vermelho. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Transecção axonal nas lesões de MS10. Um foco científico inicial deste programa foi sobre a caracterização de componentes celulares de lesões de matéria branca desmiyelinated. Entre os antígenos localizados estavam os neurofilamentos não fosforilados (NFs). A maioria dos NFs são fosforilados em axônios mielinizadas. Após a desmielinização, os axônios são dephosphorylated. Detectamos a expressão esperada de NFs não fosforilado em axônios desmiyelinados. Em lesões agudas de SM, muitos desses axônios desmielados terminaram como bulbos de retração axonal (Figura 2a), que refletem as extremidades proximais dos axônios transected. Os axônios transected excedem 11.000 milímetros3 nas lesões agudas comparadas às regiões normais adjacentes10. Essas observações ajudaram a catalisar uma mudança de paradigma na pesquisa em MS que moveu o campo para caracterizar a neurodegeneração como a principal causa de incapacidade neurológica permanente em indivíduos com SM.

Figura 2: transecção axonal durante a desmielinização inflamatória. A transecção axonal ocorre durante a desmielinização inflamatória (a, pontas de seta) e induz a formação de ovoides axonais terminais (a, setas). Quando quantificados (B), os axônios transected são abundantes em lesões de MS e parecem correlacionar-se com a atividade inflamatória da lesão. Painel A reproduzido de Trapp et al.10 com permissão. Vermelho: proteolipid proteína, verde: anti nonphosphorylated Neurofilamento. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Remyelination em cérebros crônicos do MS3. A remielinização pode ser robusta durante os estágios iniciais da SM. Muitas lesões crônicas do MS, entretanto, não são remyelinated. Nós investigamos se a presença de pilhas do progenitor do oligodendrocyte (OPCS) ou a geração de oligodendrócitos novos limita o remielinização de lesões cronicamente demyelinated da branco-matéria. Quando a densidade do OPC foi diminuída frequentemente, estiveram atuais em todas as lesões cronicamente-demyelinated3. Oligodendrócitos recentemente-gerados estava igualmente atual em muitas lesões crônicas do MS. Os processos oligodendrocyte associaram, mas não mieliniam os axônios demyelinated (Figura 3). Estes estudos indicam que os OPCS e sua habilidade de produzir oligodendrócitos novos não são limitar o remielinização de lesões crônicas da branco-matéria. Nós supor que os axônios cronicamente-demyelinated, que apareceram frequentemente distróficos, não eram receptivos ao remielinização por oligodendrocytes recentemente-produzidos.

Figura 3: processos de oligodendrócitos pré-mielinantes associados a axônios. Os micrografias confocal das lesões do MS manchadas com os anticorpos de PLP (vermelho nos painéis a, b) e os anticorpos de Neurofilamento (verde nos painéis a, b) são mostrados. Um oligodendrocyte pre-myelinating (vermelho no painel a) na zona zona (SVZ) estendeu processos na região de axônios demyelinated (verde no painel a) em uma lesão crônica do MS. Muitos desses processos (setas no painel A) espiralados em torno de axônios, como mostrado em maior ampliação (painel B). As barras de escala representam 20 μm (A) e 5 μm (B). Reproduzido a partir de Chang et al.3 com permissão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Disfunção mitocondrial em MS6. Nós executamos uma busca imparcial para mudanças neuronal do gene no córtice de motor ràpida-congelado obtido dos pacientes crônicos do MS (figura 4a). Uma pesquisa imparcial deste conjunto de dados identificou reduções significativas em 23 mRNAs mitocondrial com codificação nuclear em SM (Figura 4B). Os estudos de credenciamento utilizando imunocioquímica e hibridação in situ indicaram que esses genes foram altamente enriquecidos em neurônios de projeção cortical (Figura 4C) e que as mitocôndrias isoladas dos axônios de projeção apresentam redução da glicólise ( Figura 4D). Este papel catalítico um foco na deficiência orgânica mitochondrial e reduziu a produção do ATP como um contribuinte principal à degeneração axonal no MS.

Figura 4: dados de Microarray e técnicas de validação a jusante realizadas no córtex motor MS. (A) agrupamento hierárquico de transcrições significativamente alteradas de amostras de córtex motor de controle (C1-C6) e SPMS (MS1-MS6), apoiando separadamente padrões de expressão gênica relacionados à doença. Entre as transcrições diminuídas no córtex motor MS, vinte e seis pertenciam à cadeia de transporte de elétrons (B). O complexo mitochondrial I (NDUFA6) mRNA foi diminuído nos neurônios (n = 55-130) no córtice de motor do MS (CII) comparado ao controle (CI), visto que as densidades de PLP mRNA eram similares entre o córtice cerebral do controle (CIII) e do MS (CIV). A atividade dos complexos de transporte de elétrons I e III foi diminuída em frações enriquecidas por mitocondrial do córtex motor de pacientes com SM (n = 3) (D). Reimpresso de Dutta et al.6 com permissão. Barras de erro representam SEM; A barra de escala em CI-IV é 25 μm. * p < 0, 5 teste tde estudantes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Patogénese da deficiência orgânica cognitiva em MS8. 40 a 60% dos pacientes com SM têm declínio cognitivo e função executiva reduzida. Nós identificamos o hipocampo, que é um local funcional da memória/aprendizagem, como um local comum para o demyelination em MS. Nós comparou em seguida a expressão de gene neuronal em hipocampo myelinated e demyelinated e encontrou reduções significativas em proteínas de codificação dos mRNAs neuronal envolvidas na memória/aprendizagem. Nós estendemos estes dados demonstrando que os microRNAs seleto estão aumentados no hipocampo demyelinated e que estes microRNAs podem diminuir a expressão de receptores do glutamato. Reproduzimos e ampliamos essas observações em modelos de roedores. Nós comparamos em seguida a expressão de gene neuronal em hipocampo myelinated e demyelinated e encontramos reduções significativas no mRNA neuronal que codifica proteínas envolvidas na memória/aprendizagem.

Figura 5: coleta de tecido, análise histológica e estudos de expressão gênica em hipocampo de MS. As fatias do cérebro que contêm o hipocampo são selecionadas durante a autópsia (a) e o hipocampo e a região adjacente são removidos (caixa vermelha) para uma análise mais adicional. A imunocoloração para PLP mostrou preservação da mielina em todos os controles (B) e 40% dos HIPOCAMPI de MS (C). O demyelination extensivo foi detectado em ~ 60% de MS hipocampo (D). Quando comparado ao controle dos hipocampi (E, G, I), a perda neuronal significativa não foi detectada em CA1, em CA4, ou em regiões de HIPOCAMPI Demyelinated do MS (F, H, J) como mostrado por HuR immunohistochemistry. A imunofluorescência da dobro-rotulagem para o mielina (proteína básica do mielina (MBP), verde) e os axônios (SMI32, vermelhos) mostraram a perda de mielina (L) com preservação relativa dos axônios (N) no hipocampo demyelinated do MS comparado ao hipocampo do controle ( MBP, K; SMI32, M). O agrupamento duplo de níveis da expressão de mRNA arranjou amostras em conjuntos discretos baseados no status do mielina (myelinated e demyelinated) e na posição (Hippocampus contraOcórtice do motor) (O). Altos níveis de mRNA são indicados por vermelho e azul denota baixos níveis de expressão. Painéis C-O adaptado de Dutta et al.8 com permissão. B-D: 2 mm, E-J: 100 μm, K-N: 50 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os correlatos patológicos de MRI mudam12. Quando MRI for um indicador avaliado do diagnóstico e da resposta do MS ao tratamento, e é igualmente um preditor da progressão da doença do MS, os correlacionados patológicos de mudanças de MRI são compreendidos mal. Nossos estudos pós-morte de MRI focalizaram em dois MRI ROIs. ROIs da matéria branca cerebral que eram somente T2 hyperintense (T2 somente) e ROIs que tiveram uma combinação do hypointensity T1, do hyperintensity do T2, e da relação reduzida da transferência da magnetização (MTR) (T2T1MTR). Aproximadamente 45% dos ROIs de T2-only de matéria branca cerebral foram mielinizadas, confirmando sua natureza não específica. Em contraste, 83% dos T2T1MTR ROIs foram cronicamente desmielados e apareceram como buracos negros. Os valores de T1 e MTR são semiquantitativos e seus valores variaram extensivamente nos T2T1MTR ROIs. Se a perda do mielina é o único contribuinte a estas mudanças de MRI, a seguir os valores devem ser constantes. Os axônios demyelinated inchados correlacionaram com os valores T1 e MTR.

Figura 6: as proporções de transferência de magnetização (MTR) e as proporções de contraste T1 linearmente correlacionam-se com a percentagem de axônios na+/K+ ATPase-positive em lesões crônicas de SM. As lesões cronicamente-demyelinated manchadas para na+/K+ ATPase (verde) variaram de quase 100% (a) a zero (B) no Neurofilamento (vermelho). Muitos axônios sem na+/K+ ATPase apresentaram diâmetros aumentados (B). Uma comparação do percentual de na+/K+ ATPase-positivo AXÔNIOS em lesões de MS cronicamente desmiyelinated correlacionou-se com as proporções quantitativas pós-morte de MTR (p < 0, 1, C) e T1 (p < 0, 6, D). Cada ponto de dados é de uma única lesão e cada combinação de símbolo de cor única denota um dos cérebros estudados. Barras de escalas = 5 μm. reproduzido de Young et al.12 com permissão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Neurodegeneração independente de desmielinização11. Historicamente, a neurodegeneração em MS tem sido pensado para resultar de desmielinização. Os estudos da imagem latente de cérebro, entretanto, levantaram a possibilidade que o neurodegeneração e o demyelination podem ser eventos independentes. Nós identificamos recentemente uma subpopulação de pacientes do MS que têm o demyelination da medula espinal e do córtice cerebral, mas não da matéria branca cerebral. Nós cunhamos este SubType do MS como o MS myelocortical (MCMS). Os casos de MCMS forneceram uma plataforma para investigar a relação entre o demyelination cerebral da branco-matéria e a perda neuronal cortical. Comparado aos córtices do controle, a perda neuronal cortical era significativamente maior em córtices de MCMS do que em córtices típicos do MS. O tecido cerebral de controle foi obtido do departamento de patologia da Cleveland Clinic. Este estudo fornece a primeira evidência patológica para o neurodegeneração na ausência de demyelination.

Figura 7: perda neuronal na ausência de desmielinização cerebral de matéria branca. Uma seção hemisférica coronal cresil violeta-manchada de um indivíduo classificado como tendo o MS típico (A). As densidades neuronal foram comparadas nas camadas corticais III, V e VI em cada uma das cinco áreas rotuladas. Os neurônios com uma área superior a 60 μm2 (amarelo) são mostrados em uma imagem representativa do córtex temporal superior (B). A rotulagem para o PLP e a distribuição de lesões desmielinizadas (descoloração de matéria branca é destacada em azul; a desmielinização subpial é destacada em rosa) em secções hemisféricas de indivíduos com MS (C) e mielocortical MS (D ) são mostrados. Uma correlação significativa entre A densidade neuronal cortical reduzida e o volume cerebral aumentado da lesão da branco-matéria foi encontrada em MS típico, mas não no MS myelocortical (E); linhas tracejadas indicam 95% de intervalo de confiança (IC). IFG = giro frontal inferior. STG = giro temporal superior. INi = Insula inferior. INs = Insula superior. CG = giro cingulado. Reproduzido a partir de Trapp et al.11 com permissão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Duração da sequência | Descrição da sequência | Uso de sequência |
| 0:09 | Localizer | Localização para sequências subsequentes |
| 9:14 | Magnetização 3D preparou o eco rápido do inclinação (MPRAGE) | Imagem estrutural estimativa volumétrica de estruturas cerebrais |
| 5:14 | recuperação de inversão atenuada do fluido 3D (FLAIR) | Identificação da lesão segmentação lesão avaliação volumétrica da lesão |
| 2:35 | 2D T2 ponderada | Identificação da lesão segmentação lesão avaliação volumétrica da lesão |
| 5:12 | 3D gradiente-lembrou Echo com transferência de magnetização pre-Pulse, (MT-ON) | Medida purported do índice do mielina no tecido aparecendo e lesional normal |
| 5:12 | 3D gradiente-lembrou Echo sem magnetização transferência pre-Pulse, (MT-OFF) | |
| 0:27 | Mapeamento de campo de imagem de tensor de difusão (DTI) | Medida da difusão da água no tecido cerebral pensado para refletir a integridade do tecido cerebral. |
| 10:27 | Multi-escudo da imagem latente do tensor da difusão (DTI) |
| 1:18 | Multi-escudo da imagem latente do tensor da difusão (DTI) |
| 39:48:00 | SUBTOTAL: NÚCLEO | |
Tabela 1: protocolo de imagem pós-morte.