Новый метод моделирования хронической травматической энцефалопатии в<em> Drosophila</em
Summary
Здесь мы описываем новый подход к травмированию черепно-мозговой травмы головного мозга у Drosophila melanogaster . Наш метод имеет то преимущество, что он обеспечивает непосредственную доставку повторяющихся ударов с регулируемой прочностью только на голову. Дальнейшее исследование беспозвоночной системы поможет осветить патогенез хронической травматической энцефалопатии.
Abstract
Хроническая травматическая энцефалопатия (CTE) представляет собой установленное нейродегенеративное заболевание, которое тесно связано с воздействием повторяющейся легкой травматической травмы головного мозга (mTBI). Механизмы, ответственные за его сложные патологические изменения, остаются в значительной степени неуловимыми, несмотря на недавний консенсус по определению невропатологических критериев. Здесь мы описываем новый метод разработки модели CTE у Drosophila melanogaster ( Drosophila ) в попытке идентифицировать ключевые гены и пути, которые приводят к характерному гиперфосфорилированному накоплению тау и гибели нейронов в головном мозге. Удары с регулируемой силой для нанесения мягкой закрытой травмы доставляются непосредственно на головку мухи, подвергая головку быстрое ускорение и замедление. Наш метод устраняет потенциальные проблемы, присущие другим моделям TROBI Drosophila ( например, смерть животных может быть вызвана повреждениемДругие части тела или внутренние органы). Менее трудоемкий и дорогостоящий уход за животными, короткая продолжительность жизни и обширные генетические инструменты делают плод идеальной для изучения патогенеза СТЭ и позволяют проводить крупномасштабные генетические и фармакологические экраны с геномом. Мы ожидаем, что текущая характеристика модели будет иметь важное механическое представление о профилактике заболеваний и терапевтических подходах.
Introduction
Хроническая травматическая энцефалопатия (КТР) недавно была признана явным нейродегенеративным расстройством, отделенным от других тауопатий, таких как болезнь Альцгеймера 1 . В отличие от болезни Альцгеймера и других распространенных тауопатий, наиболее важными факторами риска которых являются возраст возраста и семейная история деменции, CTE, как указано по его названию, подразумевает тесную связь с историей травм мозга, скорее всего, у спортсменов-контактных спортсменов, Таких как боксеры и футболисты, а также военные ветераны 2 , 3 , 4 , 5 . Считается, что он инициируется повторными ударными и сухожильными ударами по голове. Пациенты могут проявлять симптомы и признаки, такие как когнитивный дефицит, изменения настроения и поведения и дисфункция движения, которые значительно перекрываются с болезнью Альцгеймера,Деменция, деменция тела Льюи и болезнь Паркинсона 6 . Напротив, посмертные исследования ткани головного мозга выявляют четкую картину гиперфосфорилированного накопления тау, окружающего небольшие кровеносные сосуды на глубинах корковых сосудов, патогномоническую особенность, не наблюдаемую в других дегенеративных условиях 7 . Однако до сих пор очень мало известно о патогенезе, ведущем к проявлению болезни. Это во многом связано с отсутствием верной модели на животных – только недавно были созданы модели грызунов 5 , 8 . У этих модельных организмов есть недостатки дорогостоящего ухода и относительно длительный срок службы, которые не подходят для исследований нейродегенеративных заболеваний.
По сравнению с аналогами млекопитающих беспозвоночные животные, такие как Drosophila, являются отличной альтернативой, с их экономически эффективным обслуживанием,Обширные инструменты для рассечения генетических детерминант и относительно короткий срок службы 9 . Примечательно, что муха и человеческий мозг разделяют эволюционно сохраняющиеся молекулярные и клеточные пути, а также анатомические сходства 10 , 11 , 12 . Ранее сообщалось о двух гениальных моделях Drosophila для изучения травматической черепно-мозговой травмы 13 , 14 . Первое устройство «High Impact Trauma» (HIT), разработанное Катценбергером и коллегами, содержало свободно движущиеся мухи в пластиковом флаконе, который был привязан к свободному концу металлической пружины 13 , 15 . Когда пластиковый флакон был повернут вертикально и выпущен, он попал на полиуретановую подушечку и передал муравьям, когда они отскочили к стене флакона и отскочили. Напротив, Барекат и его коллеги разработали другой способ доставки насНа платформе гомогенизатора Omni Bead Ruptor-24 14 . Мухи были выведены из строя с CO 2 и помещены в 2-миллилитровую отвертку, которая была прикреплена к гомогенизатору и подвергнута предварительно запрограммированным условиям встряхивания. Одним из преимуществ использования системы тканевого гомогенизатора является то, что экспериментатор может модулировать интенсивность травм, продолжительность травмы и количество травм. Тем не менее, оба режима имеют такой же недостаток: первичные травмы головы случайным образом определяются с точки зрения местоположения и силы удара. Кроме того, оба метода привели к значительной смертности, вызванной неизбежным побочным повреждением других частей тела и внутренних органов. Здесь мы описываем новый метод индуцирования mTBI у плодовых мух. Наш аппарат состоит из газового баллистического ударника. По сравнению с существующими моделями 14 , 15 Drosophila , наш метод имеет уникальное преимущество -С уловимым воздействием, направленным только на свободно движущуюся головку летательного аппарата, что позволяет точно контролировать различные факторы, такие как тяжесть удара, временной интервал между воздействиями и общее количество ударов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модели животных, которые добросовестно моделируют функции CTE, включая нейрофизиологические изменения, невропатологические признаки и нейробиологические дефициты, необходимы для выявления механизмов заболевания и для разработки диагностических и терапевтических целей. Понятно, что…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторам нечего раскрывать.
Materials
| Aerosol Barrier | USA Scientific | 1120-8810 | Used as an impactor |
| 200 ul Pipette Tip | USA Scientific | 1111-0706 | Used as a fly head holder |
| 1000 ul Pipette Tip | USA Scientific | 1122-1830 | Used as a connector |
| 1 ml Tuberculin Syringe | Becton Dickinson | 309625 | |
| 60 mm Petri Dishes | Fisher Scientific | FB0875713A | Used as a tracking arenas |
| Flow Regulator | Genesee Scientific | 59-122WC | |
| Standard Clamp Holder/stand | EISCO Scientific | CH0688 | |
| Fine Brush | Genesee Scientific | 59-204 | |
| Flypad | Genesee Scientific | 59-114 | |
| Sylgard Silicone Elastomer | Dow Corning | 4019862 | |
| CCD Camera | Microsoft | HD-5000 | |
| Ctrax Walking Fly Tracker | Caltech | Ctrax 0.2.11 | |
| MATLAB Image Processing Toolbox | MATLAB | R2015b |
Referenzen
- McKee, A. C., et al. The first NINDS/NIBIB consensus meeting to define neuropathological criteria for the diagnosis of chronic traumatic encephalopathy. Acta Neuropathol. 131, 75-86 (2016).
- Martland, H. S. Punch drunk. JAMA. 91 (15), 1103-1107 (1928).
- Millspaugh, J. A. Dementia pugilistica. US Naval Med Bull. 35, 297-303 (1937).
- Omalu, B. I., et al. Chronic traumatic encephalopathy in a national football league player: part II. Neurosurgery. 59 (5), 1086-1092 (2006).
- Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Sci Transl Med. 4 (134), (2012).
- Mez, J., Stern, R. A., McKee, A. C. Chronic traumatic encephalopathy: where are we and where are we going?. Curr Neurol Neurosci Rep. 13 (12), 407 (2013).
- McKee, A. C., et al. The spectrum of disease in chronic traumatic encephalopathy. Brain. 136 (Pt 1), 43-64 (2013).
- Petraglia, A. L., et al. The spectrum of neurobehavioral sequelae after repetitive mild traumatic brain injury: a novel mouse model of chronic traumatic encephalopathy. J Neurotrauma. 31 (13), 1211-1224 (2014).
- Hirth, F. Drosophila melanogaster in the study of human neurodegeneration. CNS Neurol Disord Drug Targets. 9 (4), 504-523 (2010).
- Littleton, J. T., Ganetzky, B. Ion channels and synaptic organization: analysis of the Drosophila genome. Neuron. 26 (1), 35-43 (2000).
- Appel, L. F., et al. The Drosophila Stubble-stubbloid gene encodes an apparent transmembrane serine protease required for epithelial morphogenesis. Proc Natl Acad Sci USA. 90 (11), 4937-4941 (1993).
- Piyankarage, S. C., Featherstone, D. E., Shippy, S. A. Nanoliter hemolymph sampling and analysis of individual adult Drosophila melanogaster. Anal Chem. 84 (10), 4460-4466 (2012).
- Katzenberger, R. J., et al. A Drosophila model of closed head traumatic brain injury. Proc Natl Acad Sci USA. 110 (44), E4152-E4159 (2013).
- Barekat, A., et al. Using Drosophila as an integrated model to study mild repetitive traumatic brain injury. Sci Rep. 6, 25252 (2016).
- Katzenberger, R. J., et al. A Method to Inflict Closed Head Traumatic Brain Injury in Drosophila. J Vis Exp. (e52905), (2015).
- Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nat Methods. 6 (6), 451-457 (2009).
- Straw, A. D., Dickinson, M. H., et al. Motmot, an open-source toolkit for realtime video acquisition and analysis. Source Code Biol Med. 4 (5), 1-10 (2009).
- Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
- Theadom, A., et al. Frequency and impact of recurrent traumatic brain injury in a population-based sample. J Neurotrauma. 32 (10), 674-681 (2015).
- Drobysheva, D., et al. An optimized method for histological detection of dopaminergic neurons in Drosophila melanogaster. J Histochem Cytochem. 56 (12), 1049-1063 (2008).
