O presente protocolo descreve um método para administração intranasal de agregados de α-sinucleína. Este método fornece informações sobre a propagação da α-sinucleína da mucosa olfatória para o bulbo olfatório na doença de Parkinson.
Artigo de método
O presente protocolo descreve um método para administração intranasal de agregados de α-sinucleína. Este método fornece informações sobre a propagação da α-sinucleína da mucosa olfatória para o bulbo olfatório na doença de Parkinson.
A doença de Parkinson (DP) é um distúrbio neurodegenerativo caracterizado pela presença de corpos de Lewy, que são agregados de α-sinucleína (α-Syn). Recentemente, foi proposto que a doença se desenvolvesse e progredisse através da propagação semelhante a príons de agregados de α-Syn a partir do bulbo olfatório (OB) ou núcleo dorsal do nervo vago. Embora a origem dos agregados de α-Syn no OB permaneça obscura, sua propagação a partir da mucosa olfatória foi recentemente sugerida. Mostramos anteriormente que a administração intranasal de agregados de α-Syn em um modelo de camundongo induziu a patologia α-Syn no BO de camundongos. Neste estudo, apresentamos um método de administração intranasal de agregados de α-Syn que induziu a patologia α-Syn no BO de camundongos. A administração intranasal de agregados de α-Syn é um método muito simples e direto, e acreditamos que será uma ferramenta útil na pesquisa para elucidar a origem da patologia α-Syn no BO e a via de propagação do α-Syn através do sistema olfatório.
A doença de Parkinson (DP), caracterizada por sintomas motores como bradicinesia, tremores em repouso e rigidez muscular, é o segundo distúrbio neurodegenerativo maiscomum1. A DP também apresenta sintomas não motores, incluindo disfunção olfatória, comprometimento cognitivo, depressão, alucinações, constipação e hipotensão ortostática. Suas características patológicas são a morte celular dopaminérgica na substância negra e a presença de agregados de α-sinucleína (α-Syn), denominados corpos de Lewy2.
É importante notar que o α-Syn é uma proteína de 140 aminoácidos que existe na forma de um monômero solúvel (ou tetrâmero) em condições normais. No entanto, em condições anormais, o monômero solúvel é convertido em agregados insolúveis de alto peso molecular, incluindo oligômeros e fibrilas. A transição de α-Syn em oligômeros e fibrilas está supostamente envolvida na toxicidade celular3.
Estudos recentes sugeriram a propagação semelhante a príons de agregados α-Syn entre os neurônios. Com base em vários exames post-mortem, Braak et al. propuseram em 2003 a hipótese de que a patologia dos corpos de Lewy se espalha progressivamente no cérebro de maneira um tanto estereotipada (hipótese de Braak)4,5. Em 2008, o exame post-mortem de pacientes com DP que receberam transplantes de mesencéfalo fetal revelou corpos de Lewy em neurônios dopaminérgicos derivados de tecidos fetais 6,7. Esses estudos sugeriram que os agregados de α-Syn poderiam se espalhar do cérebro doente para os enxertos, apoiando a hipótese de Braak.
Após essas observações, experimentos envolvendo culturas neuronais primárias e injeção intracerebral de agregados de α-Syn em camundongos reproduziram a disseminação de agregados semelhantes a corpos de Lewy, fornecendo mais evidências para a propagação de α-Syn de maneira semelhante a príons 8,9.
Braak et al. mostraram que a patologia dos corpos de Lewy na DP inicia-se no bulbo olfatório (BO) e/ou no núcleo dorsal do nervo vago (dmX)4. Com base na hipótese de Braak, vários estudos relataram a administração de agregados de α-Syn ou extratos de corpos de Lewy de cérebros com DP no trato gastrointestinal e gastrointestinal de animais experimentais 10,11,12. Em 2018, um estudo demonstrou que a administração de agregados de α-Syn no BO de camundongos selvagens induziu a propagação da patologia α-Syn ao longo da via olfatória, resultando em disfunção olfatória13. Anteriormente, inoculamos agregados de α-Syn no OB de camundongos transgênicos α-Syn e descobrimos que isso levou à atrofia do hipocampo e comprometimento da memória14.
Em 2022, inoculamos agregados de α-Syn no OB de saguis, um pequeno primata não humano; isso resultou na propagação da patologia α-Syn ao longo da via olfatória, atrofia do OB e hipometabolismo cerebral generalizadoda glicose 10.
No entanto, se a propagação de agregados α-Syn ocorre a partir do OB, surge uma questão crítica: por qual mecanismo os agregados α-Syn aparecem inicialmente? Saito et al. relataram anteriormente a presença de corpos de Lewy na mucosa nasal15. A presença de agregados de α-Syn foi detectada na mucosa nasal de pacientes com DP e atrofia de múltiplos sistemas (AMS) por meio de análise de conversão induzida por tremor em tempo real (RT-QUIC)16. Notavelmente, a análise de amostras de mucosa nasal de pacientes com distúrbio comportamental do sono de movimento rápido dos olhos (RBD), que é considerado um estágio prodrômico da DP, revelou um aumento nos níveis de α-Syn17. Este estudo sugeriu que a patologia α-Syn pode existir na mucosa nasal mesmo na fase prodrômica da DP.
Embora esses achados sugiram uma rota potencial da mucosa nasal para o BO, há evidências experimentais limitadas que apoiam esse cenário. Para resolver essa lacuna, administramos agregados de α-Syn na cavidade nasal de camundongos e investigamos a propagação da patologia α-Syn da mucosa nasal para o OB. Nossa abordagem experimental demonstrou que uma administração intranasal de dose única de agregados de α-Syn em camundongos do tipo selvagem induziu a patologia α-Syn no BO, fornecendo evidências experimentais para a via de propagação da mucosa nasal para o OB.
Camundongos machos C57BL/6J de 2 meses de idade foram utilizados para este estudo. Todos os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as diretrizes nacionais. O Comitê de Pesquisa Animal da Universidade de Kyoto concedeu aprovação ética e permissão para este estudo (MedKyo 23.544).
1. Administração intranasal de fibrilas pré-formadas α-Syn
2. Preparação da amostra
3. Coloração imuno-histoquímica do OB
A Figura 3 mostra vários exemplos de agregados α-Syn no OB. No presente estudo, administramos agregados de α-Syn na narina unilateral. As duas cavidades nasais são separadas pelo septo nasal, e cada OB projeta os neurônios sensoriais olfativos para cada cavidade nasal separadamente. Portanto, o OB no lado contralateral pode ser usado como controle.
A patologia P-α-Syn não foi observada no BO no lado tratado após 1 e 3 meses (Figura 3A, B). Agregados de p-α-Syn semelhantes a neuritos de Lewy foram observados nos glomérulos do lado tratado após 6 e 12 meses. (Figura 3C, D, F, G). Esses agregados não foram observados no OB do lado controle (Figura 3E).
Podemos estimar a patologia α-Syn contando agregados de α-Syn ou examinando o tamanho, etc., usando ImageJ (Tabela de Materiais). Por exemplo, contamos e relatamos anteriormente o número de agregados α-Syn neste modelo20. No OB do lado tratado, os agregados semelhantes a neuritos de Lewy no OB aumentaram significativamente ao longo de 12 meses (ANOVA unidirecional, seguida pelo teste de Dunnett, p < 0,01; Figura 3H). No OB do lado do controle, existem poucos agregados α-Syn.
Um estudo anterior mostrou que os PFFs injetados no cérebro de camundongos foram degradados em uma semana, e o α-Syn endógeno de camundongos foi convertido em agregados de α-Syn19. No presente estudo, o aumento da patologia α-Syn ao longo do tempo indica que a α-Syn endógena de camundongo foi convertida em agregados de α-Syn pela administração intranasal de dose única de PFFs. Esses resultados indicaram que a patologia α-Syn pode se espalhar da mucosa olfatória para a OB.

Figura 1: Método de administração da cavidade nasal do camundongo. (A) O camundongo é posicionado em decúbito dorsal com a cabeça ligeiramente inclinada para baixo. (B) As narinas do camundongo são indicadas por pontas de setas amarelas. (C, D) A solução de fibrila α-Syn é colocada na narina do camundongo (C, seta vermelha) e rapidamente inalada (D, setas vermelhas). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Esboço das etapas para obter os bulbos olfatórios intactos. (A) Usando uma tesoura, faça uma incisão no osso craniano sagital e lateralmente (linha tracejada amarela). (B) Remova completamente o osso craniano dos bulbos olfatórios (OBs). (C) Vire a cabeça e remova cuidadosamente o cérebro. Corte os nervos do cérebro. (D) Corte os nervos olfatórios ligados ao osso craniano. (E) Todo o cérebro com os OBs intactos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Agregados de P-α-Syn nos glomérulos do bulbo olfatório. (A-G) Imuno-histoquímica de P-α-Syn (EP1536Y) do OB no lado tratado 1, 3, 6 e 12 meses (1 m, 3 m, 6 m e 12 m, respectivamente) após a administração intranasal e (E) no lado controle 12 meses após a administração intranasal. (C, D) Agregados de α-Syn semelhantes a neuritos de Lewy aparecem ao redor dos glomérulos. (F, G) Imagens ampliadas são imagens de alta ampliação de p-α-Syn semelhantes a neurite de Lewy 6 e 12 meses após a administração intranasal. (H) A quantidade de deposição de p-α-Syn semelhante a neurite de Lewy no OB nos lados tratado e controle (n = 4-5). Os gráficos mostram a média ± EPM. ANOVA de uma via seguida do teste de Dunnett; **<0,01. Este número foi modificado de um relatório anterior20. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Em estudo anterior, a administração de agregados de α-Syn na cavidade nasal de macacos induziu a morte de células dopaminérgicas e a deposição de ferro na substância negra, embora não tenham sido observados agregados de α-Syn21. A administração diária de agregados de α-Syn humano A53T na cavidade nasal de camundongos transgênicos α-Syn promotores de príons (camundongos M83) por 28 dias induziu patologia α-Syn no cérebro e sintomas motores em camundongos19,22. No presente estudo, demonstramos que a administração de uma dose única de agregados de α-Syn na cavidade nasal de camundongos selvagens induziu a patologia α-Syn no OB. Este método simples pode ser considerado valioso para investigar a propagação de α-Syn da mucosa nasal para o BO.
A sonicação suficiente das fibrilas α-Syn neste método é crucial porque relatórios anteriores mostraram que o pequeno tamanho dos agregados fragmentados de α-Syn é o mais eficiente para desencadear a patologia α-Syn 23,24. A sonicação insuficiente das fibrilas α-Syn resultará em pouca propagação para o GO. Como diferentes sonicadores têm poder de sonicação variável, a otimização desse processo é necessária. A postura supina do camundongo quando a solução de α-Syn é administrada nas narinas do camundongo também é crucial. Se a cabeça do camundongo estiver elevada, a solução de α-Syn fluirá para os pulmões e o esôfago. A postura inadequada pode causar morte inesperada ou propagação insuficiente de α-Syn.
No presente estudo, i.p. utilizou um agente anestésico combinado MMB para anestesia. A anestesia combinada MMB foi relatada como proporcionando boa sedação e analgesia, e seu efeito pode ser rapidamente revertido pelo atipamezol23. Como a anestesia inalatória requer a cobertura das narinas com uma máscara para manter a anestesia, é mais difícil administrar a solução de α-Syn por via intranasal. Além disso, o modelo de rotenona tem sido amplamente estudado e é um modelo muito útil25. No entanto, é um modelo induzido por drogas e pode ter mecanismos patológicos diferentes da doença de Parkinson idiopática (DPi)25. Como esse modelo induziu a propagação de α-Syn, acreditamos que ele esteja mais próximo do iPD.
Nosso estudo também sugeriu que agregados exógenos de α-Syn poderiam ser transmitidos através da mucosa nasal. Portanto, quando os pesquisadores estão conduzindo experimentos usando agregados de α-Syn, devem ser tomadas precauções para evitar a inalação de agregados de α-Syn. Por exemplo, aerossóis de α-Syn podem ser gerados durante a etapa de sonicação. Recomendamos o uso de um sonicador do tipo selado ou sonicação dentro de um gabinete de segurança. Além disso, os camundongos podem espirrar, potencialmente gerando aerossóis α-Syn. Para mitigar esse risco, todas as operações devem ser realizadas dentro de um gabinete de segurança. Além disso, os pesquisadores devem usar equipamentos de proteção individual, como luvas descartáveis, máscaras e óculos de segurança, para evitar a exposição ao α-Syn. Após todos os procedimentos, os pesquisadores precisam limpar uma bancada com detergentes comerciais se a superfície estiver contaminada com α-Syn. Relatórios anteriores mostraram que tanto os detergentes comerciais quanto o SDS destacaram agregados de superfícies contaminadas26,27.
Neste estudo, os cortes de parafina foram usados para avaliar a patologia α-Syn no GO, pois a pequena estrutura do BO é melhor preservada em cortes de parafina em comparação com os cortes congelados. Este estudo mostrou que a patologia α-Syn foi induzida no GO; no entanto, a patologia α-Syn observada foi leve e limitada e foi representada principalmente por agregados semelhantes a fios conhecidos como neuritos de Lewy nos glomérulos.
Deve-se notar que mudanças comportamentais aparentes em camundongos experimentais não foram observadas no presente estudo. A patologia α-Syn induzida por este método pode ser insuficiente para induzir alterações no fenótipo de comportamento. Mais investigações são necessárias para elucidar as condições específicas que levam a patologias graves e alterações comportamentais. No futuro, se pudéssemos estabelecer uma maneira mais eficiente de propagação da mucosa nasal para a OB, esse método simples fornece uma maneira alternativa de avaliar a propagação de α-Syn sem técnica cirúrgica.
Além disso, usamos o OB no lado contralateral nos camundongos tratados como controle. No entanto, a propagação retrógrada do núcleo olfatório anterior ou córtex piriforme para o OB contralateral pode ocorrer em um acompanhamento de longo prazo. Nesse caso, camundongos não tratados foram usados como controle.
Embora este método simples forneça informações valiosas sobre a propagação do α-Syn da mucosa nasal para o GO, mais estudos são necessários para entender de forma abrangente os mecanismos subjacentes à DP.
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Todos os experimentos foram apoiados por Rie Hikawa. Agradecemos a Yasuko Matsuzawa pela papelada. Este estudo foi apoiado por JSPS KAKENHI (MS, No. JP19K23779, JP20K16493 e JP20H00663).
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