Summary

Istituzione di un modello chirurgicamente indotta nei topi per indagare il ruolo protettivo di progranulina in osteoartrite

Published: February 25, 2014
doi:

Summary

Descriviamo un protocollo per la destabilizzazione del menisco mediale (DMM) modello nei topi, uno strumento efficace per l'osteoartrite (OA) la ricerca. Inoltre, abbiamo dimostrato che la carenza di progranulincan esagerata sviluppo OA e progressione utilizzando questo modello, indicando che progranulin svolge un ruolo protettivo nella patogenesi di OA.

Abstract

Destabilizzazione del menisco mediale (DMM), il modello è uno strumento importante per studiare i ruoli fisiopatologici di numerosi artrite molecole associate nella patogenesi dell'osteoartrosi (OA) in vivo. Tuttavia, il dettaglio, in particolare il protocollo visualizzato per la creazione di questo modello complicato nei topi, non è disponibile. Qui abbiamo approfittato di tipo selvatico e progranulin (PGRN) – / – mice come esempi di introdurre un protocollo per indurre il modello DMM nei topi, e confrontato l'insorgenza di OA in seguito all'istituzione di questo modello indotta chirurgicamente. Le operazioni eseguite su topi erano o operazione simulata, che ha appena aperto capsula articolare, o il funzionamento DMM, che ha tagliato il legamento menisco-tibiale e ha causato la destabilizzazione del menisco mediale. Artrosi gravità è stata valutata utilizzando test istologico (ad es safranina O colorazione), espressioni di geni OA-associati, la degradazione della cartilagine molecole della matrice extracellulare, e osteofiti formazione. Funzionamento DMM indotto successo OA iniziazione e la progressione sia di tipo selvatico e PGRN-/ – mice, e la perdita del fattore di crescita PGNR portato ad una più grave fenotipo OA in questo modello indotta chirurgicamente.

Introduction

L'osteoartrite (OA), noto anche come l'artrite degenerativa, colpisce il 15% della popolazione mondiale e più di 46 milioni di persone negli Stati Uniti, ed è caratterizzata da sinovite, degenerazione della cartilagine, e la formazione di osteofiti 1. Può essere il risultato di una complessa interazione di fattori genetici, metabolici, biomeccanici e biochimici. I meccanismi alla base di OA continuare a sottrarsi alla comunità scientifica. Attualmente ci sono numerosi modelli animali che possono mimare la patogenesi dell'OA 2,3. È importante stabilire modelli animali nei topi a causa sia della disponibilità di vari topi geneticamente modificati e la convenienza di sperimentazione. Tra i diversi tipi di modelli OA sperimentali, la destabilizzazione indotta chirurgicamente del menisco mediale (DMM) è un modello ben accettato OA per la sua buona riproducibilità e una progressione relativamente più lenta durante lo sviluppo OA. Entrambi questi attributi hannostato fondamentale per la valutazione della progressione OA in differenti trattamenti o transgeni 3-8. Tuttavia, la consistenza del modello OA chirurgica è influenzata da diversi fattori durante l'intervento chirurgico e, di conseguenza, l'applicazione del modello chirurgica topo è limitato.

Progranulin (PGRN) è un fattore di crescita multi-funzionale espressa in varie cellule. E 'noto che PGRN gioca un ruolo critico in vari processi fisiologici e malattie come la guarigione delle ferite 9, tumorigenesi 10, 11-15 e infiammazione. Studi hanno anche dimostrato che l'insufficienza di PGRN può causare malattie degenerative del sistema nervoso sia in esseri umani e topi 16-18. E 'noto che PGRN è espresso nella cartilagine articolare umana, e il suo livello è significativamente elevato nella cartilagine di pazienti con OA e artrite reumatoide 19. Inoltre, PGRN gioca un ruolo cruciale nella proliferazione di condrociti 20, differenziazione e endochondralossificazione della cartilagine di accrescimento durante lo sviluppo 21,22. Recentemente, abbiamo riportato che PGRN antagonized TNF-α attraverso il legame a recettori TNF ed espone una funzione anti-infiammatoria in modelli di artrite infiammatoria 13,14,23,24. Tuttavia, il ruolo di PGRN in OA, specialmente in vivo, resta un enigma. Qui, vi presentiamo la procedura di indurre un modello DMM chirurgico, e indagare il ruolo della PGRN nello sviluppo OA attraverso la creazione del modello DMM in WT e PGRN-/ – mice.

Protocol

Tutte le procedure chirurgiche relative agli animali devono essere approvati dalla cura degli animali e Comitato Etico della Istituzione locale, con uno sforzo fatto per ridurre al minimo il dolore e il disagio causato da un intervento chirurgico. 1. Preparazione Selezionare 8-12 settimane maschio C57BL / 6 topi con un peso corporeo di circa 25 g per la chirurgia. Anestetizzare gli animali mediante iniezione intraperitoneale di un cocktail contenente sia xilazina (5 mg /…

Representative Results

Modello DMM è stato istituito con successo nei topi, e la carenza di PGRN esagerato sviluppo OA chirurgicamente indotto. Operazioni fittizie e DMM (Figura 1) sono stati eseguiti in WT e PGRN-/ – mice. 8 settimane dopo l'operazione, i topi sono stati sacrificati, e safranina O colorazione è stata eseguita su sezioni di articolazioni del ginocchio, seguito da analisi statistica del punteggio artrite basata sulla istologia. Come mostrato in Figura…

Discussion

È stato riferito che il ceppo di topi è molto importante per il modello DMM induzione, come diversi ceppi di topi sono meno gravi di OA dopo DMM, con livello più alto nel ceppo 129/SvEv, seguita da C57BL6, 129/SvInJ e poi FVB / n 26. Una gran parte di transgeni sono stabiliti nei topi C57BL6, come PGRN-/ – mice che abbiamo usato in questo studio, che sono relativamente sensibili alla DMM. Tuttavia, se il transgene si riferiscono al ceppo insensibile come FVB / n topi, è necessario backcross questi topi co…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal NIH borse di ricerca R01AR062207, R01AR061484, R56AI100901, K01AR053210, e una malattia mirata Research Grant da Rheumatology Research Foundation (a CJ Liu).

Materials

No. 10 Surgical blades FEATHER 25-2976#10
6-0 suture APPLIED DENTAL WG-N53133

References

  1. Herndon, J. H., Davidson, S. M., Apazidis, A. Recent socioeconomic trends in orthopaedic practice. J. Bone Joint Surg. Am. 83, 1097-1105 (2001).
  2. Johnson, K., et al. A stem cell-based approach to cartilage repair. Science. 336, 717-721 (2012).
  3. Yang, S., et al. Hypoxia-inducible factor-2alpha is a catabolic regulator of osteoarthritic cartilage destruction. Nat. Med. 16, 687-693 (2010).
  4. Glasson, S. S., et al. Deletion of active ADAMTS5 prevents cartilage degradation in a murine model of osteoarthritis. Nature. 434, 644-648 (2005).
  5. Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse. Osteoarthr. Cart. 15, 1061-1069 (2007).
  6. Chia, S. L., et al. Fibroblast growth factor 2 is an intrinsic chondroprotective agent that suppresses ADAMTS-5 and delays cartilage degradation in murine osteoarthritis. Arthritis Rheum. 60, 2019-2027 (2009).
  7. Miller, R. E., et al. CCR2 chemokine receptor signaling mediates pain in experimental osteoarthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 20602-20607 (2012).
  8. Wang, Q., et al. Identification of a central role for complement in osteoarthritis. Nat. Med. 17, 1674-1679 (2011).
  9. He, Z., Ong, C. H., Halper, J., Bateman, A. Progranulin is a mediator of the wound response. Nat. Med. 9, 225-229 (2003).
  10. Bateman, A., Bennett, H. P. The granulin gene family: from cancer to dementia. Bioessays. 31, 1245-1254 (2009).
  11. Kessenbrock, K., et al. Proteinase 3 and neutrophil elastase enhance inflammation in mice by inactivating antiinflammatoryprogranulin. J. Clin. Invest. 118, 2438-2447 (2008).
  12. Yin, F., et al. Exaggerated inflammation, impaired host defense, and neuropathology in progranulin-deficient mice. J. Exp. Med. 207, 117-128 (2010).
  13. Liu, C. J. Progranulin: A promising therapeutic target for rheumatoid arthritis. FEBS Lett. , (2011).
  14. Tang, W., et al. The growth factor progranulin binds to TNF receptors and is therapeutic against inflammatory arthritis in mice. Science. 332, 478-484 (2011).
  15. Zhu, J., et al. Conversion of proepithelin to epithelins: roles of SLPI and elastase in host defense and wound repair. Cell. 111, 867-878 (2002).
  16. Baker, M., et al. Mutations in progranulin cause tau-negative frontotemporal dementia linked to chromosome 17. Nature. 442, 916-919 (2006).
  17. Cruts, M., et al. Null mutations in progranulin cause ubiquitin-positive frontotemporal dementia linked to chromosome 17q21. Nature. 442, 920-924 (2006).
  18. Wils, H., et al. Cellular ageing, increased mortality and FTLD-TDP-associated neuropathology in progranulin knockout mice. J. Pathol. , (2012).
  19. Guo, F., et al. Granulin-epithelin precursor binds directly to ADAMTS-7 and ADAMTS-12 and inhibits their degradation of cartilage oligomeric matrix protein. Arthritis Rheum. 62, 2023-2036 (2010).
  20. Xu, K., et al. Cartilage oligomeric matrix protein associates with granulin-epithelin precursor (GEP) and potentiates GEP-stimulated chondrocyte proliferation. J. Biol. Chem. 282, 11347-11355 (2007).
  21. Bai, X. H., et al. ADAMTS-7, a direct target of PTHrP, adversely regulates endochondral bone growth by associating with and inactivating GEP growth factor. Mol. Cell. Biol. 29, 4201-4219 (2009).
  22. Feng, J. Q., et al. Granulinepithelin precursor: a bone morphogenic protein 2-inducible growth factor that activates Erk1/2 signaling and JunB transcription factor in chondrogenesis. FASEB J. 24, 1879-1892 (2010).
  23. Liu, C. J., Bosch, X. Progranulin: A growth factor, a novel TNFR ligand and a drug target. Pharmacol. Therap. 133, 124-132 (2012).
  24. Wu, H., Siegel, R. M. Progranulin Resolves Inflammation. Science. 332, 427-428 (2011).
  25. Glasson, S. S., Chambers, M. G., Den Berg, W. B. V. a. n., Little, C. B. The OARSI histopathology initiative – recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthr. Cart. 18, 17-23 (2010).
  26. Glasson, S. S. In vivo osteoarthritis target validation utilizing genetically-modified mice. Curr. Drug Targets. 8, 367-376 (2007).
  27. Ma, H. L. Osteoarthritis severity is sex dependent in a surgical mouse model. Osteoarthr. Cart. 15, 695-700 (2007).
  28. Lin, A. C., et al. Modulating hedgehog signaling can attenuate the severity of osteoarthritis. Nat. Med. 15, 1421-1425 (2009).
  29. Malfait, A. M., et al. ADAMTS-5 deficient mice do not develop mechanical allodynia associated with osteoarthritis following medial meniscal destabilization. Osteoarthr. Cart. 18, 572-580 (2010).

Play Video

Cite This Article
Zhao, Y., Liu, B., Liu, C. Establishment of a Surgically-induced Model in Mice to Investigate the Protective Role of Progranulin in Osteoarthritis. J. Vis. Exp. (84), e50924, doi:10.3791/50924 (2014).

View Video