Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

아 밀 로이드-β42 독성 그리고 Zebrafish 두뇌에서 Neurodegeneration 모델링

Published: October 25, 2017 doi: 10.3791/56014

Summary

합성, 특성, 및 성인 zebrafish 조직학 분석 및 탐지 하는 Alzheimer의 질병 모델을 설정 하에 아 밀 로이드 독성을 생성 하기 위한 단위체 아 밀 로이드-β42 펩 티 드의 사출이이 프로토콜에 설명 합니다. 집계입니다.

Abstract

Alzheimer의 질병 (광고) 이며 독성 아 밀 로이드-β42의 어떤 축적에 펩 티 드 (Aβ42) 시 냅 스 변성, 염증, 신경 죽음에 이르게 하는 신경 퇴행 성 질병을 쇠 약하게 적자를 학습. 인간 신경 줄기/뿌리 세포 (NSPCs)와 감소 된 성체의 장애인된 증식 능력 때문에 광고의 경우 손실된 신경을 재생성 수 없습니다. 따라서, 효율적인 재생 치료 또한 확산을 강화 한다 neurogenic 용량의 NSPCs. Zebrafish (Danio rerio) 재생 유기 체, 그리고 우리는 설계할 수 있는 기본적인 분자 프로그램을 배울 수 있는 광고를 태 클에 치료 접근입니다. 이러한 이유로, zebrafish에 광고와 같은 모델의 생성이 필요 했다. 우리의 방법론을 사용 하 여, 성인 zebrafish 뇌 조직 관통 기능 Aβ42 펩 티 드의 합성 파생 상품을 소개 하 고 질병 병 리 및 재생 응답 분석 수 있습니다 우리. 기존의 방법 또는 동물 모델에 장점은 그 zebrafish 수 우리를 가르쳐 어떻게 척추 뇌 수 자연스럽 게 재생성, 따라서 생 NSPCs를 대상으로 하 여 더 나은 인간의 신경 퇴행 성 질환을 치료 하는 데 도움이. 따라서, 성인 zebrafish 뇌에 아 밀 로이드 독성 모델의 신경 과학 및 임상 의학 분야에서 연구를 위한 새로운도 열 수 있습니다. 또한,이 방법의 간단한 실행 비용 효과적이 고 효율적인 실험 평가 대 한 수 있습니다. 이 원고는 합성 zebrafish 두뇌에 Aβ42 펩 티 드의 주입을 설명합니다.

Introduction

광고 뉴런의 손실에 의해 특징 만성 진보적인 질병 이며 대뇌 피 질1,2,3,,45synapses. 광고의 고전 neuropathological 특징 녹말 체 펩 티 드의 증 착 이며 형성 된 neurofibrillary tangles (NFTs)6. 치 패, 녹말 체 패로 알려진 뇌 실질5β 주름을 잡은 구조를 형성 하는 아 밀 로이드 β (Aβ) 펩 티 드 구성 됩니다. 광고 환자에서 Aβ42의 축적 질병의 진행에는 초기 하 고 중요 한 역할을 하고있다. 광고의 시 냅 스 기능 장애, 장애인된 소성 및 신경 손실7,8,,910이벤트를 트리거합니다.

Teleost zebrafish의 두뇌의 줄기 세포가 소성11,12,13,,1415, 의 규칙을 공부 하는 우수한 모델 역할 16,,1718,,1920 및 광고21,22,23 포함 하 여 중앙 신경 시스템 (CNS)에 다양 한 질병 ,24. 사용할 수 있는 실험 방법을19,20,25,26,,2728,29, 의 광대 한 배열을 때문 30 , 31이 학문은 유익 하 고 실현. Zebrafish는 CNS13,15,32,33,,3435,36,37, 보충 수 있습니다. 38, 일부 신경 손실19,39,40,41,,4243, 후에 활성화 하는 분자 프로그램을 사용 하 여 44. 따라서, zebrafish neurodegenerative 질병 모델 수립 척 추가 있는 두뇌에서 재생 능력 및 줄기 세포 생물학에 관한 주소 소설 질문을 도울 수 있다.

최근에, 우리는 합성 Aβ42 펩 티 드 (표 1)39를 주입 하 여 성인 zebrafish 뇌에 아 밀 로이드 독성 모델 개발. 이 주입 발생 neurodegeneration 고기 (예를 들어, 세포 죽음, microglial 활성화, 시 냅 스 변성 및 메모리 적자), 인간의 두뇌 병 리를 연상 시키는 그 zebrafish 도출을 위해 사용할 수 있습니다 나타내는 zebrafish 뇌에서 neurodegeneration, 펩 티 드 immunohistochemical stainings, 및 CNS 수 성인 zebrafish에 중생의 분자 메커니즘으로 검출 될 수 있다 Aβ4239식별. 이 프로토콜에서 사용 하는 cerebroventricular 주입 (CVMI) 방법27,39,,4546 제 브라 두뇌에 합성 녹말 체 펩 티 드의 주입 시연 모방 녹말 체 증 착 (그림 1). CVMI 주입 β 장 구조에 따라 집계 하 고 독성을 발휘 펩 티 드를 제공의 새로운 방법을 제공 합니다. 펩 티 드 전체 rostro 꼬리 축45를 따라 심 실 지역 대상으로 뇌에 걸쳐 균등 하 게 배포 됩니다. 또한이 메서드는 녹말 체 포함에 따라 성인 zebrafish 두뇌에 있는 NSPCs의 형태학 및 분자 응답을 분석 하기 위한 수 있습니다. 이러한 연구 결과 제공할 것입니다 우리에 게 통찰력 포유류에서 성공적인 뇌 수리에 대 한. 광고 같은 증상이 보충 손실 된 신경 세포의 기능 회복을 유도 후 성공적인 재생 응답의 필요한 분자 메커니즘을 이해 하 우리의 메서드를 사용할 수 있습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

이 프로토콜은 EU 지침에 의해 제안 된 표준 절차 (2010/63) 및 생물학 및 의학 (EuFishBioMed)에서 칼 스루 Insitute의 기술 (KIT)에서 물고기 모델에 대 한 유럽 사회. 여기 후 설명 하는 모든 메서드 (Landesdirektion 드레스덴; 문서 번호 TVV-52/2015) 윤리 위원회에 의해 승인 되었습니다.

1. Aβ42 펩 티 드의 준비

  1. 종합 펩 티 드 (표 1 참조) 2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-와 표준 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) 화학을 사용 하 여 tetramethyluronoiumhexafluorphosphate (HBTU) 자동화 된 단단한 단계 펩 티 드 합성기 52에 결합 시 약으로. 합성의 규모는 100 µmol.
  2. 단단한 단계 (0.2 m m o l/g의 용량 로드)로 자동된 펩타이드 합성기 Fmoc 보호 수 지의 500 mg와 로드. 녹은 Fmoc 보호 아미노산 농도 0.5 M에 로드에 필요한 볼륨 및 각 합성기에 대 한 계산으로.
    참고: 계산 수 지 47 각 빌딩 블록의 5 배 초과로 두 번 각 보호 Fmoc 아미노산의 결합 수 있도록 만들어집니다.
  3. 는 Dimethlyformamide (DMF)에 펩 티 드 합성에 필요한 시 약 분해. 예를 들어 비 반작용 하는 아미노 그룹 모자는 활성 제, HBTU, 0.48 M, 45 %v / v N-Methylmorpholine (NMM) (베이스), 그리고 5 %v / v 아세트산 무수 물 (상한 혼합물)의 농도에 준비.
  4. Trifluoroacetic 산 (TFA)의 구성 된 갓된 분열 혼합물에 교 반기를 사용 하 여 고체 지원 지속적으로 혼합 하 여 수 지에서 모든 펩 티 드를 쪼개 다: Triisopropylsilane(TIS): 물: 90 (v/v)에 Dithiothreitol (DTT): 5 (v/v): 2.5 (v/v): 2.5 (m/v), 4 헤 사용 10 mL 100 µmol의 합성 규모.
  5. 100 mL 차가운 diethyl 에테르를 분열 혼합물을 추가 하 여 쪼개진된 제품 침전. 0.45 μ m의 기 공 크기와 소계 (PTFE) 필터와 20 mL 차가운 diethyl 에테르와 세척을 포함 하 여과 장치를 통과.
  6. 필터 종이에서 필터링 된 펩 티 드를 수집 하 고 디졸브 100mg 5 mL에 침전 된 펩타이드의 이온을 제거 된 증류수: 1: 1에서 이기.
  7. 구슬 크기 10 µ m의 다공성 폴리스 티 렌 divinylbenzene 열을 갖춘 반 대리점 HPLC에 역 상 고압 액체 크로마토그래피 (HPLC)를 통해 Purify.
    1. 전 열이 열 하 고 열 난방 장치를 사용 하 여 50 ° C에서 유지 합니다. 5%에서 100% 용 매 B 4 mL/분에서 25 분 이상으로 그라디언트를 적용 하 여 자동된 분수 수집기를 사용 하 여 모든 주요 분수 수집
      참고: 용 매 A는 0.1 %TFA 물과 용 매 B에는 0.1 %TFA 이기 52.
    2. 220에서 크로마 모니터링, 적절 한 봉우리를 수집 및 LC-씨를 사용 하 여 분석
  8. 확인 분석 역에 의해 순도 단계 초고 압력 액체 크로마토그래피 (UPLC)에서 220 nm UV 검출기 분석 C18 열 (구슬 크기 1.7 µ m)를 통해 샘플을 전달 하는 동안 모니터링 하 여. 질량 분석에 의해 펩 티 드 제품을 확인.
    참고: 있는 UPLC 분무 이온화 질량 분석 (ESI-MS)와 협력 하 여 사중 극 자 검출기를 결합 이다.
  9. 무성 한 분말 0.052 mbar의 진공을 적용 하 여 둥근 바닥 플라스 크에 원하는 펩 티 드의 정확한 분수를 lyophilize. -80 ° C에서-78 ° C. 점에서 무기한 유지 냉동 장치에 진공 펌프를 커플.
  10. 이기의 혼합물에 1 mM의 재고 솔루션을 준비 하는 동결 건조 된 펩 티 드를 사용 하 여: DMF: 분석 학년 물 1:1: 1은 실험에 대 한. 이 솔루션으로는 펩 티 드가이 솔루션에서 집계 하지 않는 6 개월 이상 저장 될 수 있다.

2. 사출 혼합물의 준비

  1. 인산 염 버퍼 식 염 수 (PBS) (137 m m NaCl, 2.7 m m KCl, 10mm 나 2 HPO 4, 2mm KH 24, pH 7.4) 동결 건조 된 펩 티 드를 diluting에 대 한 준비.
  2. 는 PBS에서 20 µ M의 최종 농도에 펩 티 드를 분해. 이 솔루션 신선한 준비. 잘 혼합 하 고 주사까지 얼음에 저장 합니다. 솔루션에서 집계를 방지 하기 위해 30 분을 초과 하지 마십시오.

3. 마 취

  1. 준비 마 취약, 0.1% 에틸-m-aminobenzoate methanesulphonate (MESAB)는 순환에서 일반 물고기 물에서의 재고 솔루션 시스템. 0.0025% (v/v)의 최종 농도에 anaesthetization 솔루션 준비.
  2. 시스템 물 5 l 운송 컨테이너에 그들의 탱크에서 물고기의 원하는 번호를 제거.
  3. 절반 채우기 플라스틱 페 트리 접시 (90mm) 40 mL 마 취약. 이 접시를 사용 하 여 주사.
  4. Opercular 운동 정지 했습니다 때까지 마 취약에 물고기를 품 어.

4. Cerebroventricular Microinjection

  1. 사출 기구 준비
    1. 준비 유리 주입 모세 혈관 바늘 끌어당기는 사람을 사용 하 여 다음 매개 변수: 난방 사이클, 537, 당기 주기, 250, 속도, 1.5 s; 시간, 80 양
    2. 25 psi 압력 소스에 압력 설정을.
    3. 다음에 microinjector 매개 변수를 설정: 보류 20 psi 압력, 압력 추출 10 psi; 기간 값 2.5 제어 값 100 양
    4. 주입 솔루션 유리 모 세관을 로드합니다. Microinjection 홀더에 유리 모 세관을 삽입 합니다. 45 ° 분사 각도 조정.
      참고: 참조 27 , 46에 설명 된 대로 찾을 수 있습니다 더 자세한 프로토콜.
  2. Anaesthetization 솔루션 (3.3 단계)로 가득한 장소 새로운 배양 접시에 생선.
  3. 집게와 주입에 대 한 동양 물고기 잡고.
  4. 생성 사용 하 여 30 G 바늘의 팁 두개골에 광섬유 tectum에 두 개의 측면 판 만나는 슬릿. 뇌 조직에는 팁을 삽입 하지 마십시오,이 출혈과 손상을 일으킬 것입니다. 27 , , 45 46 대 한 자세한 내용은 참조 하는 참조 하십시오.
  5. 슬릿 유리 모 세관 삽입.
    1. 바늘의 팁만을 사용 하 고 두개골을 통해 1 m m 이상 침투 하지 않습니다. 물고기를 잡고 유지 하 고 유리 절 개 사이트를 통해 모 세관의 끝을 삽입.
    2. 동양 유리 쪽으로 45 ° 각도로 telencephalon 모 세관의 끝. 솔루션의 1 µ L을 주입. 액체 주입 직후 분 광.

5. 복구

  1. 물고기 다시 복구 될 때까지 전송 컨테이너 장소. 최적의 수 질을 보장 하기 위해 정기적으로 순환 물고기 물에 컨테이너를 연결.
    참고: 복구를 일반적으로 1 분 소요 됩니다. 오래 걸리면, 물고기는 마 취약에서 (이 실험에 의해 최적화가 필요한) 짧은 시간에 대 한 보관 해야 합니다.

6. 조직 준비 및 단면화

  1. 물고기를 희생 하기 전에 원하는 기간에 대 한 대기.
    참고:이 실험 질문에 따라 달라 집니다. 아 밀 로이드 증 착 주입 후 1 일 일찍 볼 수 있습니다.
  2. 윤리 규정에 따라 적절 한 방법을 사용 하 여 물고기를 희생 (, 0.1 M MESAB 물고기 치료).
  3. 지적된 forcep 등 쪽 측에 사용 하 여 광섬유 tectum 위에 두개골을 자르면 고 메스를 사용 하 여 가슴 지 느 러 미 바로 뒤에 머리 부.
  4. 수정 2 %paraformaldehyde (PFA)를 사용 하 여 머리 하룻밤 플라스틱 튜브에 인당 PFA의 4 ° C. 사용 3 mL에 나사 뚜껑.
    주의: PFA를 처리할 때 적절 한 개인 보호 장비를 착용.
  5. Cryoprotection, decalcification, 0.1 m M에서 세 번 머리를 세척에 대 한 인산 염 버퍼 (pH 7.4), 20% sucrose/20% ethylenediaminetetraacetic (EDTA) 솔루션으로 그들을 전송 그리고 4에서 밤새 품 어 ° c.
  6. 수 지, 단면으로 조직을 포함
  7. 드라이 아이스 (블록을 고정 하려면 약 3-5 분)에 플라스틱 조직학 금형에 7.5 %gelatin/20% 자당 솔루션에 머리 고정. -80 ° C에서 샘플을 저장 하거나 (cryosectioning) 다음 단계로 진행.
  8. 12 µ m 두께 cryosections 설명된 28 , 42는 cryostat를 사용 하 여에 머리를 섹션. 유리 슬라이드에 직접 cryosections를 전송 및 장기 사용-20 ° C에서 저장.

7. Immunohistochemical 얼룩 및 현미경

참고: 습도 챔버에 모든 인큐베이션 단계를 수행 하십시오. 그리고, 모든 세척 단계 10 분.

  1. 건조 실 온에서 30 분 동안 섹션. 녹고, 후 PBS에 두 번, 한 번 PBSTx에 섹션을 세척 (0.03 %PBS-x-100).
  2. 품에서 4 ° C 하룻밤. 주 항 (안티-Aβ42 항 체; PBSTx에서 1: 500 희석)와 함께 다음 날, 세척 한 번 PBS에 PBSTx에 두 번.
  3. DAPI 함께 보조 항 (형광 결합 감지, 1: 500 희석)와 섹션을 품 어 (1 μ g/mL) 실 온에서 2 h에 대 한 PBSTx에.
  4. PBSTx에 세 번 세척입니다. 최종 세척 후 coverslip 100 μ 70% 글리세롤을 사용 하 여 슬라이드 마운트.
  5. 취득 형광 이미지 confocal 현미경을 사용 하 여 (예를 들어와 20 X PL APO 없음 0.7 목표 488 여기 범위와 표준 녹색 필터; 그림 2) 39.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

HPLC는 합성된 펩 티 드를 정화 하는 데 사용 되었다 그리고 질량 분석 순화 된 아 밀 로이드 β 펩 티 드를 특성화 하는 데 사용 되었습니다. HPLC 열 Aβ 펩 티 드의 분리를 개선 하는 50 ° C에가 열 되었다 그리고 모든 분수 수집 했다. 올바르게 합성된 펩 티 드를 식별 하기 위해 모든 분수에 대 한 질량 분광학 분석 수행 되었다. UPLC 크로마 화합물의 순도 보여준다. UPLC (, 충전 필요한 아 밀 로이드 β 펩 티 드의 정확한 질량)에 대 한 피크를 나왔고 HPLC 분수 실험 (그림 2)에 대 한 추가 처리 했다.

다양 한 분 광 방법39,,4849를 사용 하 여 집계를 형성에서 펩 티 드의 기능을 평가할 수 있습니다 그리고 또한 잠복기 1 시간 이상 실 온에서 PBS에 펩 티 드, 여는 것입니다. 집계를 산출 한다. 이 경우에, 침전 및 큰 집계 솔루션에서 볼 수 합니다.

Cerebroventricular microinjection 후에 펩 티 드 두뇌와 양식 녹말 체 증언 (그림 3)에서 집계. 이러한 집계는 주로 혈관 주위 뿐만 아니라 세포내 증언으로 보인다. 이러한 집계는 조직에 아 밀 로이드 펩 티 드의 성공적인 축적의 표시.

Figure 1
그림 1: 펩 티 드 종합, 정화, 주입, 및 분석의 도식 대표. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 기본 아 밀 로이드-β42 펩 티 드의. 질량 분석의 특성화 기본 아 밀 로이드-β42 펩 티 드 (A) 및 CPP 태그 아 밀 로이드-β42 펩 티 드 (TR-Aβ42; B). (C)의 정화, 크로마 토 그래프 기본, 그리고 TR Aβ42 펩 티 드에는 지역 압력 액체 크로마토그래피 (UPLC). X-axes 질량-전 비 (m/z) (A, B)와 분 (C)에 차입 시간을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: 녹말 체 증 착 성인 zebrafish 뇌 섹션에 주입 후 1 일의 Immunohistochemical 얼룩. Aβ42 녹색, 그리고 파랑에는 핵. 녹색 클러스터의 효율적인 Aβ42 집계를 나타냅니다. 바 규모 = 100 µ m. 이 그림은 참조39에서 수정 되었습니다.

펩 티 드 펩 티 드 순서 MW (g/mol)
AΒ42 DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA 4514.1
TR AΒ42 GWTLNSAGYLLGKINLKALAALAKKILDAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA 5919.8

표 1: Aβ42와 TR Aβ42 펩 티 드 시퀀스.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

녹말 체 펩 티 드 순서 변화 또는 다양 한 태그를 포함 하도록 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 스크램블된 녹말 체 펩 티 드 생성 될 수 있습니다, 그리고는 펩 티 드 펩 티 드 끝의 N-말단에 형광 태그와 함께 표시 하거나 캐리어 펩 티 드39태그 수 있습니다. 마찬가지로,이 프로토콜에 캐리어 펩타이드는 세포 관통 펩 티 드 TR 전송 화물 깊은 그 효과 때문에 뇌 조직39에입니다. 또한, 우리의 메서드는 주입 및 독성 집계50,51을 일으킬 수 있는 다양 한 펩 티 드의 분석에 대 한 수 있습니다. 따라서, 우리의 시스템 zebrafish 두뇌와 같은 독성 세포 효과 분석으로 독성 단백질의 수동 삽입에 대 한 다양 한 방법을 제공 합니다.

녹말 체 펩 티 드 집계 신속 하 게, 따라서, 주식 물 DMF 이기 솔루션에 보관 해야 합니다 그리고 PBS 유일한 0.5 주사 하기 전에 h와 혼합 한다. 솔루션에 큰 집계 경우 주입 솔루션만 10 분 주사 전에 준비 되어야 한다. 주입 효율은 일관 된 결과 대 한 중요 한 매개 변수입니다. 우리의 이전 정돈 종이46 좋고 일관 된 주입을 수행를 참조 하십시오. 없는 집계 주입 후 본 주입 방법 최적화 해야 합니다.

우리의 방법은 주입 될 분자의 크기 면에서 제한 됩니다. 그러나 우리는 이전 그 플라스 미드 또는 짧은 올리고 채택 될 수 있다 효율적으로 심 실 세포45,46에 의해, 깊은 뇌 조직으로 효율적인 배달에 대 한 큰 분자 (, 항 체, 큰 보였다 단백질)를 사용할 수 없습니다. 또한, 질 성 분자 수 있습니다 쉽게 침투 하지 깊은 조직 때문에 이러한 분자 심 실 세포의 처음 몇 층에 의해 분리 된 것입니다.

Neurodegeneration의 마우스 모델의 생성 시간이 많이 걸리는 이며 이러한 모델의 유지 보수는 매우 비싼. 주입 방법은 우리의 독성 아 밀 로이드 증 착 및 neurodegeneration 빠른 모델입니다. 또한,는 zebrafish 포유류 모델에 비해 뛰어난 재생 능력 있으며 어떻게 척 추가 있는 두뇌에 초점을 맞추고 조사 neurodegeneration 확실히 빠른 분석 결과 시스템에서 혜택 후 재생 응답 탑재 수 있습니다. 제 브라입니다.

합성된 펩 티 드 및 그것의 순수성의 품질 실험의 성공을 위해 중요 하다. 이 품질을 보장 하기 위해, 합성된 펩 티 드 해야 합니다 수 완전히 특징 액체 크로마토그래피 및 질량 분광학을 사용 하 여. 또한, 원형이 색 성 및 집계 연구 설명39 건의 된다.

물고기 뇌에 주입은 일관 된 집계 및 병 적인 결과 보장 하기 위해 중요 한 단계 이다. 원하는 경우에 녹말 체 펩 티 드의 집계 및 클리어런스 역학을 분석 하는 종 적 연구를 수행할 수 있습니다. 우리는 동등 하 게 분배 하 고 뇌 조직으로 침투 캐리어 펩 티 드에 결합 하는 녹말 체 펩 티 드를 사용 합니다. Uncoupled 녹말 체 펩 티 드 또한 비슷한 결과 제공 하지만 배포 및 집계의 타임 라인은 다른39. 실험 목적에 따라 녹말 체 펩 티 드의 원하는 버전을 선택할 수 있습니다.

다른 조작 연구와 함께에서 우리의 방법의 사용에 대 한 큰 잠재력이 있다. 녹말 체 펩 티 드의 CVMI는 약물 치료 또는 질병 상태에 다양 한 분자의 시너지 효과 테스트 하는 다른 화합물의 주사와 결합할 수 있습니다. 궁극적으로, 우리의 신속 하 고 새로운 모델 쉽게 실험실에서 소규모 마약 검사 방법에 대 한 또한 사용할 수 있습니다.

성인 zebrafish 뇌의 아 밀 로이드 증 착을 모방 녹말 체 펩 티 드를 주입 하 우리의 수동 microinjection 메서드를 효율적으로 사용할 수 있습니다. 두뇌에 있는 녹말 체 증언 유도 세포 독성 효과 광고 병리학, 따라서 급성 신경 상태 표시 결과. 이 방법에 대 한 미래의 전망 zebrafish 두뇌에 있는 neuropathology 재생 응답 그를 공부 하 고 심각한 퇴행 성 모델에 그것을 활용 하는 것입니다. 이러한 이해는 새로운 치료 전략을 디자인 하는 중요 한 플랫폼을 제공할 것입니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

저자 공개할 게 없다

Acknowledgments

이 작품은 DZNE와 헬름홀츠 협회 (VH-NG-1021), CRTD에 의해 지원 되었다 TU 드레스덴 (FZ-111, 043_261518), 그리고 DFG (KI1524/6) (C.K.); 그리고에 의해 Leibniz 협회 (보고-2011-IPF-2) BMBF (BioLithoMorphie 03Z2E512) (Y.Z.). 우리는 또한 감사 하 Ulrike 호프만 펩 티 드 종합을 위한 Nandini Asokan, Prayag Murawala, 그리고 엘리 다나카 절차를 촬영 하는 동안 도움 싶습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fmoc-protected amino acids IRIS Biotech GmbH (Marktredwitz, Germany) Fmoc-based amino acids for solid phase peptide synthesis (SPPS)
N,N,N′,N′-Tetramethyl-O-(1H-benzotriazol-1-yl)uronium hexafluorophosphate (HBTU) IRIS Biotech GmbH (Marktredwitz, Germany) RL-1030 Activator
Oxyma IRIS Biotech GmbH (Marktredwitz, Germany) RL-1180 Racemization supressor
N,N-Diisopropylethylamine IRIS Biotech GmbH (Marktredwitz, Germany) SOL-003 Base
Dimethylformamide IRIS Biotech GmbH (Marktredwitz, Germany) SOL-004 Solvent
N-Methylmorpholine Thermo Fisher (Kandel) GmbH, Germany A12158 Base
1-Hydroxybenzotriazole hydrate (HOBT) Sigma-Aldrich Co. LLC. (St. Louis, MO, USA) 157260 ALDRICH Activator
Piperidine MERCK KGaA (Darmstadt, Germany) 822299 Fmoc deprotection reagent
Dichlormethane (DCM) MERCK KGaA (Darmstadt, Germany) 106050 Solvent
Formic acid (FA) MERCK KGaA (Darmstadt, Germany) 100264 Buffer component for HPLC
Trifluoroacetic acid (TFA) MERCK KGaA (Darmstadt, Germany) 808260 Clevage Mixture reagent
Triisopropylsilane(TIS) MERCK KGaA (Darmstadt, Germany) 233781 ALDRICH Clevage Mixture reagent
Acetonitrile (for UPLC/LCMS) Sigma-Aldrich Laborchemikalien GmbH 34967-1L Solvent
Acetonitrile (for HPLC) VWR International Ltd, England 83639.320 Solvent
Diethylether VWR International Ltd, England 23811.326 Solvent for peptide precipitation
Dithiotritol (DTT) VWR International Ltd, England 0281-25G Clevage Mixture reagent
TentaGel S RAM Fmoc rink amide resin Rapp Polymere GmbH (Tuebingen, Germany) S30023 Solid phase for SPPS
Peptide synthesis 5 ml syringes with included filters Intavis AG (Cologne, Germany) 34.274 Reaction tube for SPPS and for clevage from the Solid Phase
Polytetrafluoroethylene (PTFE) filter Sartorius Stedtim (Aubagne, France) 11806-50-N Filteration of precipitated peptides
Polyvinylidenefluoride (PVDF) syringe filter Carl Roth GmbH + Co. KG Karlsruhe KC78.1 Pre-filteration for HPLC
Peptide Synthesizer Intavis, Cologne, Germany ResPep SL Automated solid-phase peptide synthesizer
Water Alliance HPLC Waters, Milford Massachusetts, USA Waters 2998, Waters e2695 Semi-preparative reverse-phase high pressure liquid chromatography (HPLC)
PolymerX, bead size 10μm, 250x10 mm Phenomenex Ltd. Germany 00G-4328-N0 Porous polystyrene divinylbenzene HPLC column
Milli-Q Advantage A10, with a Milli-Q filter EMD Millipore Corporation, Billerica, MA, USA LCPAK0001 Water purification system
Filtration Unit Sartorius Stedtim (Aubagne, France) 16307 Filtration unit for peptide precipitation
UPLC Aquity with UV Detector Waters, Milford Massachusetts, USA M09UPA 664M Analytical reverse phase ultra HPLC for LC-MS
ACQUITY UPLC BEH C18, bead size 1.7 μm, 50x2.1 mm Waters, Milford Massachusetts, USA 186002350 Analytical C18 column
ACQUITY TQ Detector Waters, Milford Massachusetts, USA QBB908 Electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS)
CHRIST ALPHA 2-4 LD plus + vacuubrand RZ6 Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH, Germany 16706, 101542 Lyophilizer with vaccum pump
Paradigm plate reader Beckman Coulter
MESAB (ethyl-m-aminobenzoate methanesulphonate) Sigma-Aldrich A5040
Petri dishes Sarstedt 821.472
Phosphate-buffered saline Life Technologies, GIBCO 10010-056
Needle Becton-Dickinson 305178
Dissecting microscope Olympus, Leica, Zeiss Varies with the manufacturer
Dumont Tweezers World Precision Instruments 501985
Gillies Dissecting Forceps World Precision Instruments 501265
Glass injection capillaries World Precision Instruments TWF10
PicoNozzle World Precision Instruments 5430-12
Pneumatic PicoPump World Precision Instruments SYS-PV820
Ring illuminator; Ring Light Guide Parkland Scientific ILL-RLG
Cryostat Leica CM1950

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. LaFerla, F. M., Green, K. N. Animal models of Alzheimer disease. Cold Spring Harb Perspect Med. 2 (11), (2012).
  2. Selkoe, D. J. Alzheimer's disease: genes, proteins, and therapy. Physiol Rev. 81 (2), 741-766 (2001).
  3. Serpell, L. C. Alzheimer's amyloid fibrils: structure and assembly. Biochim Biophys Acta. 1502 (1), 16-30 (2000).
  4. Beyreuther, K., Masters, C. L. Alzheimer's disease. The ins and outs of amyloid-beta. Nature. 389 (6652), 677-678 (1997).
  5. Glenner, G. G., Wong, C. W. Alzheimer's disease: initial report of the purification and characterization of a novel cerebrovascular amyloid protein. Biochem Biophys Res Commun. 120 (3), 885-890 (1984).
  6. Blennow, K., de Leon, M. J., Zetterberg, H. Alzheimer's disease. Lancet. 368 (9533), 387-403 (2006).
  7. Hardy, J. The amyloid hypothesis for Alzheimer's disease: a critical reappraisal. J Neurochem. 110 (4), 1129-1134 (2009).
  8. McGowan, E., et al. Abeta42 is essential for parenchymal and vascular amyloid deposition in mice. Neuron. 47 (2), 191-199 (2005).
  9. Hardy, J., Selkoe, D. J. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science. 297 (5580), 353-356 (2002).
  10. Tincer, G., Mashkaryan, V., Bhattarai, P., Kizil, C. Neural stem/progenitor cells in Alzheimer's disease. Yale J Biol Med. 89 (1), 23-35 (2016).
  11. Diotel, N., et al. Effects of estradiol in adult neurogenesis and brain repair in zebrafish. Horm Behav. 63 (2), 193-207 (2013).
  12. Grandel, H., Brand, M. Comparative aspects of adult neural stem cell activity in vertebrates. Dev Genes Evol. 223 (1-2), 131-147 (2013).
  13. Kizil, C., Kaslin, J., Kroehne, V., Brand, M. Adult neurogenesis and brain regeneration in zebrafish. Dev Neurobiol. 72 (3), 429-461 (2012).
  14. Diotel, N., et al. Cxcr4 and Cxcl12 expression in radial glial cells of the brain of adult zebrafish. J Comp Neurol. 518 (24), 4855-4876 (2010).
  15. Zupanc, G. K. Adult neurogenesis and neuronal regeneration in the brain of teleost fish. J Physiol Paris. 102 (4-6), 357-373 (2008).
  16. Adolf, B., et al. Conserved and acquired features of adult neurogenesis in the zebrafish telencephalon. Dev Biol. 295 (1), 278-293 (2006).
  17. Grandel, H., Kaslin, J., Ganz, J., Wenzel, I., Brand, M. Neural stem cells and neurogenesis in the adult zebrafish brain: origin, proliferation dynamics, migration and cell fate. Dev Biol. 295 (1), 263-277 (2006).
  18. Kaslin, J., Ganz, J., Brand, M. Proliferation, neurogenesis and regeneration in the non-mammalian vertebrate brain. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 363 (1489), 101-122 (2008).
  19. Alunni, A., Bally-Cuif, L. A comparative view of regenerative neurogenesis in vertebrates. Development. 143 (5), 741-753 (2016).
  20. Than-Trong, E., Bally-Cuif, L. Radial glia and neural progenitors in the adult zebrafish central nervous system. Glia. 63 (8), 1406-1428 (2015).
  21. Santana, S., Rico, E. P., Burgos, J. S. Can zebrafish be used as animal model to study Alzheimer's disease? Am J Neurodegener Dis. 1 (1), 32-48 (2012).
  22. Newman, M., Verdile, G., Martins, R. N., Lardelli, M. Zebrafish as a tool in Alzheimer's disease research. Biochim Biophys Acta. 1812 (3), 346-352 (2010).
  23. Paquet, D., et al. A zebrafish model of tauopathy allows in vivo imaging of neuronal cell death and drug evaluation. J Clin Invest. 119 (5), 1382-1395 (2009).
  24. Xi, Y., Noble, S., Ekker, M. Modeling neurodegeneration in zebrafish. Curr Neurol Neurosci Rep. 11 (3), 274-282 (2011).
  25. Barbosa, J. S., et al. Live imaging of adult neural stem cell behavior in the intact and injured zebrafish brain. Science. 348 (6236), 789-793 (2015).
  26. Dray, N., et al. Large-scale live imaging of adult neural stem cells in their endogenous niche. Development. 142 (20), 3592-3600 (2015).
  27. Kizil, C., Brand, M. Cerebroventricular microinjection (CVMI) into adult zebrafish brain is an efficient misexpression method for forebrain ventricular cells. PLoS One. 6 (11), e27395 (2011).
  28. Chapouton, P., Godinho, L. Neurogenesis. Methods Cell Biol. 100, 73-126 (2010).
  29. Chen, C. H., Durand, E., Wang, J., Zon, L. I., Poss, K. D. zebraflash transgenic lines for in vivo bioluminescence imaging of stem cells and regeneration in adult zebrafish. Development. 140 (24), 4988-4997 (2013).
  30. McKenna, A., et al. Whole-organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing. Science. 353 (6298), (2016).
  31. Mokalled, M. H., et al. Injury-induced ctgfa directs glial bridging and spinal cord regeneration in zebrafish. Science. 354 (6312), 630-634 (2016).
  32. Kishimoto, N., Shimizu, K., Sawamoto, K. Neuronal regeneration in a zebrafish model of adult brain injury. Dis Model Mech. 5 (2), 200-209 (2012).
  33. Fleisch, V. C., Fraser, B., Allison, W. T. Investigating regeneration and functional integration of CNS neurons: lessons from zebrafish genetics and other fish species. Biochim Biophys Acta. 1812 (3), 364-380 (2010).
  34. Chapouton, P., Jagasia, R., Bally-Cuif, L. Adult neurogenesis in non-mammalian vertebrates. Bioessays. 29 (8), 745-757 (2007).
  35. Becker, T., et al. Readiness of zebrafish brain neurons to regenerate a spinal axon correlates with differential expression of specific cell recognition molecules. J Neurosci. 18 (15), 5789-5803 (1998).
  36. Rothenaigner, I., et al. Clonal analysis by distinct viral vectors identifies bona fide neural stem cells in the adult zebrafish telencephalon and characterizes their division properties and fate. Development. 138 (8), 1459-1469 (2011).
  37. Marz, M., Schmidt, R., Rastegar, S., Strahle, U. Regenerative response following stab injury in the adult zebrafish telencephalon. Dev Dyn. 240 (9), 2221-2231 (2012).
  38. Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors. Development. 138 (22), 4831-4841 (2011).
  39. Bhattarai, P., et al. IL4/STAT6 signaling activates neural stem cell proliferation and neurogenesis upon Amyloid-β42 aggregation in adult zebrafish brain. Cell Reports. 17 (4), 941-948 (2016).
  40. Cosacak, M. I., Papadimitriou, C., Kizil, C. Regeneration, Plasticity, and Induced Molecular Programs in Adult Zebrafish Brain. Biomed Res Int. , (2015).
  41. Kizil, C., et al. The chemokine receptor cxcr5 regulates the regenerative neurogenesis response in the adult zebrafish brain. Neural Dev. 7, 27 (2012).
  42. Kizil, C., et al. Regenerative neurogenesis from neural progenitor cells requires injury-induced expression of Gata3. Dev Cell. 23 (6), 1230-1237 (2012).
  43. Kyritsis, N., et al. Acute inflammation initiates the regenerative response in the adult zebrafish brain. Science. 338 (6112), 1353-1356 (2012).
  44. Katz, S., et al. A Nuclear Role for miR-9 and Argonaute Proteins in Balancing Quiescent and Activated Neural Stem Cell States. Cell Rep. 17 (5), 1383-1398 (2016).
  45. Kizil, C., et al. Efficient cargo delivery using a short cell-penetrating peptide in vertebrate brains. PLoS One. 10 (4), e0124073 (2015).
  46. Kizil, C., Iltzsche, A., Kaslin, J., Brand, M. Micromanipulation of gene expression in the adult zebrafish brain using cerebroventricular microinjection of morpholino oligonucleotides. J Vis Exp. (75), e50415 (2013).
  47. Sewald, N., Jakubke, H. Peptides: Chemistry and Biology. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. (2009).
  48. Beyer, I., et al. Solid-Phase Synthesis and Characterization of N-Terminally Elongated Abeta-3-x -Peptides. Chemistry. 22 (25), 8685-8693 (2016).
  49. Zheng, Y., et al. Kinesin-1 inhibits the aggregation of amyloid-beta peptide as detected by fluorescence cross-correlation spectroscopy. FEBS Lett. 590 (7), 1028-1037 (2016).
  50. Balducci, C., Forloni, G. In Vivo Application of Beta Amyloid Oligomers: a Simple Tool to Evaluate Mechanisms of Action and New Therapeutic Approaches. Curr Pharm Des. 20 (15), 2491-2505 (2013).
  51. Schiffer, N. W., et al. Identification of anti-prion compounds as efficient inhibitors of polyglutamine protein aggregation in a zebrafish model. J Biol Chem. 282 (12), 9195-9203 (2007).
  52. Wieduwild, R., Tsurkan, M., Chwalek, K., Murawala, P., Nowak, M., Freudenberg, U., Neinhuis, C., Werner, C., Zhang, Y. Minimal peptide motif for non-covalent peptide-heparin hydrogels. Journal of the American Chemical Society. 135 (8), 2919-2922 (2013).

Tags

신경 과학 문제 128 아 밀 로이드 β42 zebrafish neurodegeneration cerebroventricular microinjection Alzheimer의 질병 단단한 단계 펩 티 드 종합
아 밀 로이드-β42 독성 그리고 Zebrafish 두뇌에서 Neurodegeneration 모델링
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bhattarai, P., Thomas, A. K.,More

Bhattarai, P., Thomas, A. K., Cosacak, M. I., Papadimitriou, C., Mashkaryan, V., Zhang, Y., Kizil, C. Modeling Amyloid-β42 Toxicity and Neurodegeneration in Adult Zebrafish Brain. J. Vis. Exp. (128), e56014, doi:10.3791/56014 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter