Tibialnerven transection - en standardiserad modell för Denervation-inducerad skelettmuskelatrofi hos möss
Summary
Den tibialnerven transection modellen är en väl tolererad, validerade och reproducerbar modell för skelettmuskelatrofi. Modellen kirurgiska protokoll beskrivs och demonstreras i C57Black6 möss.
Abstract
Den tibialnerven transection modellen är en väl tolererad, validerade och reproducerbar modell för denervering-inducerad skelettmuskelatrofi hos gnagare. Även ursprungligen utvecklades och används flitigt i råttan på grund av sin större storlek, är den tibial nerv i möss stor nog att det lätt kan manipuleras med antingen krossa eller transektion, lämnar peroneala och sural nerv grenar av ischiasnerven intakt och därmed bevara deras mål muskler. Således erbjuder denna modell fördelarna med induktion mindre sjuklighet och hinder för förflyttningar än ischiasnerven transection modell och gör också att utredare för att studera fysiologiska, cellulära och molekylära biologiska mekanismer som reglerar processen med muskelatrofi i genetiskt modifierade möss. Den tibiala nerv levererar gastrocnemius, soleus och muskler plantaris, så dess transektion medger studiet av denerverad skelettmuskel sammansatt av snabba II twitch typ fibrer och / eller långsam twitch typ Ifibrer. Här kan vi visa den tibial modellen nerv transection i C57Black6 musen. Vi bedömer atrofi av gastrocnemius, som en representativ muskel, vid 1, 2, och 4 veckor efter denervering genom att mäta muskler vikter och fibertyp specifik tvärsnittsarea på paraffininbäddad histologiska snitt immunostained för snabb ryckning myosin.
Introduction
Skelettmuskel denervering, på grund av traumatisk perifer nervskada, sjukdom eller farmakologisk ingripande, resulterar i en omedelbar förlust av muskel frivillig kontraktila funktion. Muscle börjar samtidigt att förtvina och denna atrofi är reversibla om tid, bra kvalitet reinnervation inträffar 1,2. I avsaknad av reinnervation, fortskrider myofiber atrofi och irreversibla biologic förändringar i muskel inträffa med muskel fibros och myofiber död. Här kan vi visa den tibial modellen nerv transection, en modell av denervering inducerad-skelettmuskelatrofi och fibros, i möss. Denna modell gör det möjligt för forskare att studera fysiologiska, cellulära och molekylära biologiska mekanismer som ligger bakom muskelatrofi in vivo i yttre och inre vadmuskeln muskler. Även historiskt använts främst råttor, låter mer senare tillämpning av denna modell knockout och transgena linjer mus specifikt, utredare för att bedöma betydelsen av sinasärskilt protein (er) av intresse vid induktion, utveckling och underhåll, eller alternativt att lösa, muskelatrofi och fibros in vivo.
Den tibiala nerv är en blandad motor-sensorisk perifer nerv i gnagare bakben, och är en av de tre terminala grenarna av ischiasnerven. Transektion av tibialnerven denervates gastrocnemius, soleus och muskler plantaris (med de tre små djupa flexor musklerna i foten inklusive tibialis posterior, flexor digitorum longus och flexor hallicus longus), och är en väl standardiserad och validerad modell i råttor 3,4 . De yttre och inre vadmuskeln muskler kan lätt dissekeras på seriella tidpunkter efter tibialnerven transection, fixeras och bearbetas för bedömning av muskel histologi och muskelfiber Morfometri, eller flash-fryst för utvinning av muskel-RNA och protein för att studera, till exempel, de cellulära signalerande knyter reglerar muskelatrofi. Den gastrocnemius muskel är en blandad fibertyp muskel (typ I och typ II, fastän övervägande typ II) och soleusmuskeln är sammansatt av en stor del av typ I-fibrer, vilket ger både snabb och långsam muskelfibrerna för bedömning 5,6. Den tibialnerven transection modell är lämplig för att studera processen denerveringen-inducerad muskelatrofi både på kort sikt (dagar) 7 och lång sikt (veckor till månader) 4,8.
I motsats till ischiasnerven transection modell (en andra modell av denervering-inducerad muskelatrofi vanligen används i gnagare), inducerar tibialnerven transection mindre sjuklighet hos djuret, vilket gör det till en mer attraktiv modell. Transektion av ischiasnerven denervates alla musklerna i benet (under knät) och fot, vilket försämrar djurets förmåga att pendla 2, medan transektion av tibialnerven lämnar det PERONEAL och sural nerv grenar av ischiasnerven intakt och därmed skyddaderas mål muskler och sensoriska territorier. Musen är inte plantar flex eller invertera foten, men har möjlighet att pendla lätt och vikten bär lika mycket på båda bakbenen, vilket avsevärt minskar dödligheten i modellen. Gånganalys studier som utvärderar gångmönster har utförts på råttor efter sken-och ischiasnerven skador och visa att fotavtryck och viktbärande bättre bevaras med tibia skada 9,10. Dessutom i tibialnerven transection modell kan den peronealnerven mobiliseras vid en senare tidpunkt och överföras som en källa för fördröjd reinnervation, om studiens utformning kräver 3. I motsats härtill kräver fördröjd reinnervation i ischiasnerven transection modell användningen av en nerv transplantat till ischiasnerven underskott, mycket avsevärt öka den tekniska svårigheten av modellen och begränsar dess användning till skickliga kirurger.
Medan den tibialnerven transection modell requires förtrogenhet av operatören med steril operationsteknik i djur kirurgi, både tibialnerven och muskler kalv den innerverar är lättillgängliga och identifierbar för manipulation, så att individer som inte är kirurger, eller mycket erfarna med djur kirurgi, lätt kan behärska denna modell .
Protocol
Representative Results
Discussion
Den tibialnerven transection modell av denervering-inducerad skelettmuskelatrofi är en allmänt använda och väl validerad modell på råttor. Vi har anpassat modellen för användning i möss, vilket gör det möjligt för forskaren att dra fördel av förekomsten av genetiskt modifierade möss och studera processen muskelatrofi in vivo i frånvaro av proteiner viktiga för regleringen av muskelmassa 7,8. De yttre och inre vadmuskeln muskler, både denervated i denna modell, kan vara enkelt och sn…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har finansierats med bidrag från CIHR neuromuskulära Research Partnership (JNM – 90.959, till Jaeb).
Materials
| Reagents and Materials | |||
| 10-0 Nylon suture | Ethicon | 2850G | |
| 5-0 Vicryl suture | Ethicon | J553G | |
| Equipment | |||
| Spring microdissecting scissors | Fine Surgical Tools | 15021-15 | |
| Ultra fine forceps | Fine Surgical Tools | 11370-40 | |
| Non locking micro needle holder (driver) | Fine Surgical Tools | 12076-12 | |
| Spring retractor | Fine Surgical Tools | 17000-02 |
References
- Fu, S. Y., Gordon, T. Contributing factors to poor functional recovery after delayed nerve repair: prolonged denervation. J. Neurosci. 15, 3886-3895 (1995).
- Kobayashi, J., Mackinnon, S. E., Watanabe, O., Ball, D. J., Gu, X. M., Hunter, D. A., Kuzon, W. M. The effect of duration of muscle denervation on functional recovery in the rat model. Muscle Nerve. 20, 858-866 (1997).
- Bain, J. R., Veltri, K. L., Chamberlain, D., Fahnestock, M. Improved functional recovery of denervated skeletal muscle after temporary sensory nerve innervation. Neuroscience. , 103-503 (2001).
- Batt, J., Bain, J., Goncalves, J., Michalski, B., Plant, P., Fahnestock, M., Woodgett, J. Differential gene expression profiling of short and long term denervated muscle. FASEB J. 20, 115-117 (2006).
- Sher, J., Cardasis, C. Skeletal muscle fiber types in the adult mouse. Acta Neurol. Scand. 54, 45-56 (1976).
- Agbulut, O., Noirez, P., Beaumont, F., Butler-Browne, G. Myosin heavy chain isoforms in postnatal muscle development of mice. Biol. Cell. 95, 399-406 (2003).
- Nagpal, P., Plant, P. J., Correa, J., Bain, A., Takeda, M., Kawabe, H., Rotin, D., Bain, J. R., Batt, J. A. The ubiquitin ligase nedd4-1 participates in denervation-induced skeletal muscle atrophy in mice. PLoS ONE. 7, e46427 (2012).
- Plant, P. J., Bain, J. R., Correa, J. E., Woo, M., Batt, J. Absence of caspase-3 protects against denervation-induced skeletal muscle atrophy. J. Appl. Physiol. 107, 224-234 (2009).
- Varejao, A. S., Meek, M. F., Ferreira, A. J., Patricio, J. A., Cabrita, A. M. Functional evaluation of peripheral nerve regeneration in the rat: walking track analysis. J. Neurosci. Methods. 108, 1-9 (2001).
- Willand, M. P., Holmes, M., Bain, J., Fahnestock, M., de Bruin, H. Electrical muscle stimulation after immediate nerve repair reduces muscle atrophy without affecting reinnervation. Muscle Nerve. 48, 219-225 (2013).
- Sterne, G. D., Coulton, G. R., Brown, R. A., Green, C. J., Terenghi, G. Neurotrophin-3-enhanced nerve regeneration selectively improves recovery of muscle fibers expressing myosin heavy chains 2b. J. Cell Biol. 139, 709-715 (1997).
- Plant, P. J., North, M. L., Ward, A., Ward, M., Khanna, N., Correa, J., Scott, J. A., Batt, J. Hypertrophic airway smooth muscle mass correlates with increased airway responsiveness in a murine model of asthma. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 46, 532-540 (2012).
- Bain, J. R., Mackinnon, S. E., Hunter, D. A. Functional evaluation of complete sciatic, peroneal, and posterior tibial nerve lesions in the rat. Plast. Reconstr. Surg. 83, 129-138 (1989).
- Hare, G. M., Evans, P. J., Mackinnon, S. E., Best, T. J., Midha, R., Szalai, J. P., Hunter, D. A. Walking track analysis: utilization of individual footprint parameters. Ann. Plast. Surg. 30, 147-153 (1993).
- McLean, J., Batt, J., Doering, L. C., Rotin, D., Bain, J. R. Enhanced rate of nerve regeneration and directional errors after sciatic nerve injury in receptor protein tyrosine phosphatase sigma knock-out mice. J. Neurosci. 22, 5481-5491 (2002).
- Richner, M., Bjerrum, O. J., Nykjaer, A., Vaegter, C. B. The spared nerve injury (SNI) model of induced mechanical allodynia in mice. J. Vis. Exp. (54), e3092 (2011).
- Rogoz, K., Lagerstrom, M. C., Dufour, S., Kullander, K. VGLUT2-dependent glutamatergic transmission in primary afferents is required for intact nociception in both acute and persistent pain modalities. Pain. 153, 1525-1536 (2012).
- Thornell, L. E. Sarcopenic obesity: satellite cells in the aging muscle. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 14, 22-27 (2011).
