В настоящем протоколе описан способ интраназального введения агрегатов α-синуклеина. Этот метод дает представление о распространении α-синуклеина от обонятельной слизистой оболочки к обонятельной луковице при болезни Паркинсона.
Методическая статья
В настоящем протоколе описан способ интраназального введения агрегатов α-синуклеина. Этот метод дает представление о распространении α-синуклеина от обонятельной слизистой оболочки к обонятельной луковице при болезни Паркинсона.
Болезнь Паркинсона (БП) — нейродегенеративное заболевание, характеризующееся наличием телец Леви, которые представляют собой агрегаты α-синуклеина (α-Syn). Недавно было высказано предположение, что болезнь развивается и прогрессирует за счет прионоподобного размножения агрегатов α-Syn из обонятельной луковицы (OB) или дорсального ядра блуждающего нерва. Хотя происхождение агрегатов α-Syn в OB остается неясным, недавно было высказано предположение об их распространении из обонятельной слизистой оболочки. Ранее мы показали, что интраназальное введение агрегатов α-Syn на мышиной модели индуцировало патологию α-Syn в OB мышей. В данном исследовании мы представляем способ интраназального введения агрегатов α-Syn, индуцировавших патологию α-Syn в ОВС мышей. Интраназальное введение агрегатов α-Syn является очень простым и понятным методом, и мы считаем, что он будет полезным инструментом в исследованиях для выяснения происхождения патологии α-Syn в OB и пути распространения α-Syn через обонятельную систему.
Болезнь Паркинсона (БП), которая характеризуется двигательными симптомами, такими как брадикинезия, тремор в покое и ригидность мышц, является вторым по распространенности нейродегенеративным расстройством1. БП также проявляется немоторными симптомами, включая обонятельную дисфункцию, когнитивные нарушения, депрессию, галлюцинации, запоры и ортостатическую гипотензию. Его патологическими признаками являются гибель дофаминергических клеток в черной субстанции и наличие агрегатов α-синуклеина (α-Syn), называемых тельцами Леви2.
Следует отметить, что α-Syn представляет собой белок из 140 аминокислот, который существует в форме растворимого мономера (или тетрамера) в нормальных условиях. Однако в аномальных условиях растворимый мономер превращается в нерастворимые высокомолекулярные агрегаты, включая олигомеры и фибриллы. Сообщается, что переход α-Syn в олигомеры и фибриллы связан с клеточнойтоксичностью3.
Недавние исследования показали прионоподобное распространение агрегатов α-Syn между нейронами. Основываясь на многочисленных посмертных исследованиях, Braak et al. в 2003 году выдвинули гипотезу о том, что патология тельца Леви постепенно распространяется в мозге несколько стереотипным образом (гипотеза Браака)4,5. В 2008 году патологоанатомическое исследование пациентов с БП, перенесших трансплантацию среднего мозга плода, выявило тельца Леви в дофаминергических нейронах, полученных из тканей плода 6,7. Эти исследования показали, что агрегаты α-Syn могут распространяться от больного мозга к трансплантатам, что подтверждает гипотезу Браака.
После этих наблюдений эксперименты с использованием первичных нейронных культур и внутримозговой инъекции агрегатов α-Syn у мышей воспроизвели распространение агрегатов, подобных тельцу Леви, что является еще одним доказательством распространения α-Syn прионоподобным образом 8,9.
Braak et al. показали, что патология тельца Леви при БП начинается в обонятельной луковице (OB) и/или дорсальном ядре блуждающего нерва (dmX)4. Основываясь на гипотезе Браака, в нескольких исследованиях сообщалось о введении агрегатов α-Syn или экстрактов телец Леви из мозга пациентов с болезнью Паркинсона в OB и желудочно-кишечный тракт экспериментальных животных 10,11,12. В 2018 году исследование показало, что введение агрегатов α-Syn в OB мышей дикого типа индуцировало распространение патологии α-Syn по обонятельному пути, что приводило к обонятельной дисфункции13. Ранее мы инокулировали агрегаты α-Syn в OB трансгенных мышей α-Syn и обнаружили, что это приводит к атрофии гиппокампа и ухудшениюпамяти.
В 2022 году мы инокулировали агрегаты α-Syn в OB мартышек, небольшого нечеловекообразного примата; это приводило к распространению патологии α-Syn по обонятельному пути, атрофии OB и распространенному гипометаболизму глюкозы в головноммозге10.
Однако, если распространение агрегатов α-Syn происходит из OB, то возникает критический вопрос: по какому механизму первоначально появляются агрегаты α-Syn? Saito et al. ранее сообщали о наличии телец Леви в слизистой оболочке носа15. Наличие агрегатов α-Syn было обнаружено в слизистой оболочке носа пациентов с БП и множественной системной атрофией (МСА) с помощью анализа конверсии, индуцированной дрожанием в реальном времени (RT-QUIC)16. Примечательно, что анализ образцов слизистой оболочки носа у пациентов с расстройством поведения во сне с быстрым движением глаз (RBD), которое считается продромальной стадией БП, выявил повышение уровня α-Syn17. Это исследование показало, что патология α-Syn может существовать в слизистой оболочке носа даже в продромальной фазе БП.
Хотя эти результаты предполагают потенциальный путь от слизистой оболочки носа к акушерскому отделению, существуют ограниченные экспериментальные данные, подтверждающие этот сценарий. Чтобы восполнить этот пробел, мы вводили агрегаты α-Syn в носовую полость мышей и исследовали распространение патологии α-Syn от слизистой оболочки носа к акушерскому отделению. Наш экспериментальный подход показал, что однократное интраназальное введение агрегатов α-Syn мышам дикого типа индуцировало патологию α-Syn в OB, что дало экспериментальные доказательства пути распространения от слизистой оболочки носа к OB.
Для исследования были использованы мыши-самцы C57BL/6J в возрасте 2 месяцев. Все экспериментальные процедуры проводились в соответствии с национальными рекомендациями. Комитет по исследованиям на животных Киотского университета предоставил этическое одобрение и разрешение на проведение этого исследования (MedKyo 23,544).
1. Интраназальное введение преформированных фибрилл α-Syn
2. Подготовка образцов
3. Иммуногистохимическое окрашивание OB
На рисунке 3 показано несколько примеров агрегатов α-Syn в OB. В настоящем исследовании мы вводили агрегаты α-Syn в одностороннюю ноздрю. Две носовые полости разделены носовой перегородкой, и каждый акушер проецирует обонятельные сенсорные нейроны в каждую носовую полость отдельно. Поэтому ОБ на контралатеральной стороне можно использовать в качестве контрольного.
Патология P-α-Syn не наблюдалась у акушера на стороне лечения через 1 и 3 месяца (рис. 3А, В). Неврит-подобные агрегаты p-α-Syn Леви наблюдались в клубочках на стороне лечения через 6 и 12 месяцев. (Рисунок 3C, D, F, G). Эти агрегаты не наблюдались в OB на контрольной стороне (рисунок 3E).
Мы можем оценить патологию α-Syn путем подсчета агрегатов α-Syn или изучения размера и т. д. с помощью ImageJ (Table of Materials). Например, ранее мы подсчитывали и сообщали количество агрегатов α-Syn в этой модели20. При ПТ на стороне лечения нейритоподобные агрегаты Леви в ПТС достоверно увеличивались в течение 12 месяцев (односторонний ANOVA, за которым следовал тест Даннетта, p < 0,01; Рисунок 3H). В OB на стороне управления имеется несколько агрегатов α-Syn.
Предыдущее исследование показало, что введенные PFF в мозг мыши деградировали в течение недели, а эндогенный мышиный α-Syn превращался в агрегаты α-Syn19. В настоящем исследовании увеличение патологии α-Syn с течением времени указывает на то, что эндогенный мышиный α-Syn был преобразован в агрегаты α-Syn путем однократного интраназального введения PFF. Эти результаты указывают на то, что патология α-Syn может распространяться от обонятельной слизистой оболочки к акушерству.

Рисунок 1: Метод введения в носовую полость мыши. (A) Мышь располагается в положении лежа на спине, голова слегка наклонена вниз. (B) Ноздри мыши обозначены желтыми наконечниками стрелок. (С, Г) Раствор фибрилла α-Syn капают в ноздрю мыши (С, красная стрелка) и быстро вдыхают (D, красные стрелки). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Схема шагов по получению неповрежденных обонятельных луковиц. (А) С помощью ножниц надрежьте черепную кость сагиттально и латерально (желтая пунктирная линия). (B) Полностью удалите черепную кость на обонятельных луковицах (OB). (В) Переверните голову и осторожно удалите мозг. Разорвите нервы мозга. (D) Перережьте обонятельные нервы, прикрепленные к черепной кости. (E) Весь мозг с интактными OBs. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: P-α-Syn агрегирует в клубочках обонятельной луковицы. (A-G) P -α-Syn (EP1536Y) иммуногистохимический анализ OB на (A-D) обработанной стороне через 1, 3, 6 и 12 месяцев (1 м, 3 м, 6 м и 12 м соответственно) после интраназального введения и (E) на контрольной стороне через 12 месяцев после интраназального введения. (С, Г) Вокруг клубочков появляются нитевидные агрегаты α-Syn Леви. (Ф, Г) Увеличенные изображения представляют собой изображения нейритоподобного p-α-Syn Леви с высоким увеличением через 6 месяцев и через 12 месяцев после интраназального введения. (H) Количество нейрит-подобного отложения p-α-Syn Леви в OB на обработанной и контрольной сторонах (n = 4-5). Графики показывают среднее значение ± SEM. Односторонний ANOVA с последующим тестом Даннетта; **<0.01. Эта цифра была изменена по сравнению с предыдущим отчетом20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
В предыдущем исследовании введение агрегатов α-Syn в носовую полость макак вызывало гибель дофаминергических клеток и отложение железа в черной субстанции, хотя агрегатов α-Syn не наблюдалось21. Сообщалось, что ежедневное введение агрегатов A53T человеческого α-Syn в носовую полость трансгенных мышей с промотором прионов α-Syn (мышами M83) в течение 28 дней вызывало патологию α-Syn в мозге и двигательные симптомы у мышей19,22. В настоящем исследовании мы продемонстрировали, что однократное введение α-Syn агрегатов в носовую полость мышей дикого типа индуцировало патологию α-Syn в OB. Этот простой метод можно считать ценным для исследования распространения α-Syn от слизистой оболочки носа к акушерскому отделению.
Достаточная ультразвуковая обработка фибрилл α-Syn в этом методе имеет решающее значение, поскольку предыдущие исследования показали, что малый размер фрагментированных агрегатов α-Syn является наиболее эффективным для запуска патологии α-Syn23,24. Недостаточная ультразвуковая обработка фибрилл α-Syn приведет к небольшому распространению в OB. Поскольку разные ультразвуковые аппараты имеют разную мощность ультразвуковой обработки, необходима оптимизация этого процесса. Положение мыши на спине при введении раствора α-Syn в ноздри мыши также имеет решающее значение. Если голова мыши поднята, раствор α-Syn будет поступать в легкие и пищевод. Неправильная поза может привести к неожиданной смерти или недостаточному размножению α-Syn.
В настоящем исследовании и.. использовал комбинированный анестетик MMB для анестезии. Сообщалось, что комбинированная анестезия MMB обеспечивает хороший седативный эффект и анальгезию, а ее эффект может быть быстро обращен на нет с помощью атипамезола23. Поскольку ингаляционная анестезия требует закрытия ноздрей маской для поддержания анестезии, вводить раствор α-Syn интраназально сложнее. Кроме того, модель ротенона была широко изучена и является очень полезной моделью25. Тем не менее, это лекарственно-индуцированная модель, и она может иметь другие патомеханизмы, чем идиопатическая болезнь Паркинсона (ИБП)25. Поскольку эта модель индуцировала распространение α-Syn, мы считаем, что она ближе к iPD.
Наше исследование также показало, что экзогенные агрегаты α-Syn могут передаваться через слизистую оболочку носа. Поэтому, когда исследователи проводят эксперименты с использованием агрегатов α-Syn, следует соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать вдыхания агрегатов α-Syn. Например, аэрозоли α-Syn могут образовываться на этапе ультразвуковой обработки. Мы рекомендуем использовать ультразвуковой аппарат герметичного типа или ультразвуковую обработку в безопасном шкафу. Кроме того, мыши могут чихать, потенциально образуя аэрозоли α-Syn. Чтобы снизить этот риск, все операции должны выполняться в защитном шкафу. Кроме того, исследователи должны использовать средства индивидуальной защиты, такие как одноразовые перчатки, маски и защитные очки, чтобы предотвратить воздействие α-Syn. После всех процедур исследователям необходимо протереть скамейку коммерческими моющими средствами, если поверхность загрязнена α-Syn. Предыдущие отчеты показали, что как коммерческие моющие средства, так и SDS отделяют заполнители от загрязненных поверхностей26,27.
В данном исследовании для оценки патологии α-Syn в OB использовались парафиновые срезы, так как небольшая структура OB лучше сохраняется в парафиновых срезах по сравнению с замороженными срезами. Это исследование показало, что патология α-Syn индуцирована у акушера; однако наблюдаемая патология α-Syn была легкой и ограниченной и в основном была представлена нитевидными агрегатами, известными как невриты Леви в клубочках.
Следует отметить, что явных изменений в поведении подопытных мышей в настоящем исследовании не наблюдалось. Индуцированная этим методом патология α-Syn может быть недостаточной для того, чтобы вызвать изменения в фенотипе поведения. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения конкретных состояний, приводящих к тяжелой патологии и поведенческим изменениям. В будущем, если мы сможем установить более эффективный способ распространения от слизистой оболочки носа к акушерскому отделению, этот простой метод обеспечит альтернативный способ оценки распространения α-Syn без хирургического вмешательства.
Кроме того, мы использовали OB на контралатеральной стороне у обработанных мышей в качестве контроля. Тем не менее, ретроградное распространение от переднего обонятельного ядра или грушевидной коры к контралатеральной OB может произойти при более долгосрочном наблюдении. В этом случае в качестве контроля использовались мыши, не получавшие лечения.
Хотя этот простой метод дает ценную информацию о распространении α-Syn от слизистой оболочки носа к акушерскому отделению, необходимы дальнейшие исследования, чтобы всесторонне понять механизмы, лежащие в основе БП.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Все эксперименты проводились при поддержке Риэ Хикавы. Мы выражаем нашу благодарность Ясуко Мацудзаве за оформление документов. Это исследование было поддержано JSPS KAKENHI (M.S., No. JP19K23779, JP20K16493 и JP20H00663).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Флуоресцентный микроскоп "все в одном" BZ-X710 | KEYENCE | N/A | Универсальный микроскоп |
| Ампициллин Натриевая соль | Nacalai tesque | 02739-32 | |
| Bioruptor II | Sonicbio | BR2006A | Ультразвуковой аппарат водяной бани. |
| Тартрат буторфанола | Meiji Seika Pharma | WAK-52850 | |
| Целлюлозная трубка | MISUMI | UC20-32-100 | |
| DeepWellMaximizer | TAITEC | MBR-022UP | Шейкер |
| DynaCompetent Cells Zip BL21(DE3) | BioDynamics Laboratory Inc. | DS255 | Компетентная клетка |
| Entellan | Sigma-Aldrich | 107961 | Быстросъемный монтажный материал для микроскопии |
| Graefe Extra Fine Щипцы изогнутые зубчатые | FST | 11152-10 | щипцы |
| Закаленные тонкие ножницы | FST | 14090-09 | ножницы |
| Histofine Простое окрашивание мыши MAX-PO (R) | Nichirei Bioscience | 414341 | Универсальный полимер иммунопероксидазы, анти-кролик |
| ImageJ ver 1.52p | NA | NA | https://imagej.net/ |
| innova4200 | Нью-Брансуик научный | 9105085 | Шейкер инкубатора |
| Изопропил-&бета;- D-тиогалактопиранозид | Nacalai tesque | 19742-94 | |
| LB бульон, Lennox | Nacalai tesque | 20066-24 | |
| Leica EG 1150 H | Leica | 14 0388 86 108 | Модульный центр встраивания тканей |
| Leica TP 1020 | Leica | 14 0422 85108 | Автоматический обработчик тканей |
| Медетомидин | Fuji Film | 135-17473 | |
| Microm HM325 Rotary Microtome | Thermo Scientific | 902100 | |
| Midazolam | Maruishi Seiyaku | 4987-211-76210-0 | |
| Новый гематоксилин тип G | Muto | 65-9197-38 | Раствор гематоксилина |
| Обычная крылатая игла для вен типа D, 25G | TERUMO | NN2332R | игла 25G |
| Ультрацентрифуга Optima TLX | Beckman Couler | 8043-30-1197 | Ультрацентрифуга |
| P10 пипетка | Gilson | FA10002P | |
| парафином | Leica | 39601095 | |
| параформальдегидом | Nacalai tesque | 30525-89-4 | |
| Пероксидаза Stain DAB Kit | Nacalai tesque | 25985-50 | |
| Pirece BCA Protein Straits Наборы для анализа белка | Thermo Scientific | 23225 | Анализ BCA |
| pRK172 | Addgene | #134504 | Плазмида |
| Q-сефароза Fast Flow. | Цитива | 17051001 | Ионообменная смола |