Summary

ラットの脳神経デュラMaterのカルシトニン遺伝子関連ペプチド免疫反応性インナーケイを免疫蛍光と神経トレースによる可視化

Published: January 06, 2021
doi:

Summary

ここでは、CGRPおよびファロイジンを用いた免疫蛍光および蛍光組織化学を用いて、頭蓋デュラマー中のカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)免疫反応性神経線維および血管の空間相関を可視化するプロトコルを提示する。また、これらの神経線維の起源は、蛍光神経トレーサーで逆行トレースした。

Abstract

本研究の目的は、免疫蛍光、三次元(3D)再構成および逆行トレーシング技術を用いた頭蓋硬膜のカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)免疫反応性感覚神経線維の分布と起源を調べることであった。ここで、神経線維と血管は、それぞれCGRPおよび蛍光ファロイジンを用いた免疫蛍光および組織化学技術を用いて染色した。硬膜CGRP-インミュール活性神経線維と血管の空間的相関を3D再構成によって実証した。一方、CGRP免疫反応神経線維の起源は、頭蓋頭膜神経節(TG)および子宮頸部側神経節(DrGs)の中髄膜動脈(MMA)周辺領域からフルオロゴールド(FG)を用いた神経学的追跡技術によって検出された。また、TGおよびDRGにおけるFG標識ニューロンの化学的特徴も、二重免疫蛍光を用いたCGRPと併せて調べた。透明な全実装サンプルと3D再構成を利用して、CGRP免疫反応性神経線維とファロイジン標識動脈が一緒に動くか、または別々に3Dビューで神経血管網を形成することを示した、 一方、FG標識ニューロンは、TGの眼、上顎、下顎の枝、およびFG標識ニューロンの一部がCGRP-免疫反応性を示すトレーサー適用の側にC2-3 DRGのイプシララルで発見された。これらのアプローチにより、頭蓋硬膜の血管周囲のCGRP免疫反応性神経線維の分布特性、ならびにTGおよびDRGからのこれらの神経線維の起源を実証した。方法論の観点から、生理学的または病理学的状態下での頭蓋硬膜の複雑な神経血管構造を理解するための貴重な参考文献を提供し得る。

Introduction

頭蓋硬膜は、脳を保護するための髄膜の最外層であり、豊富な血管と神経線維の異なる種類1、2が含まれています。多くの研究は、感作頭蓋硬膜が異常な血管拡張およびインナーベーション3、4、5を含む頭痛の発生につながる重要な要因である可能性があることを示しているしたがって、頭蓋硬膜における神経血管構造の知識は、特に片頭痛の発病を理解するために重要である。

硬膜の内膜は従来の免疫検査で以前に研究されてきたが、頭蓋硬膜における神経線維と血管の空間的相関は6、7、8、9より少なかった。より詳細に神経血管構造を明らかにするために、カルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)およびファロイジンを、免疫蛍光および蛍光組織化学10を有する全実装頭蓋デュラ・マテルにおける硬膜神経線維および血管をそれぞれ染色するためのマーカーとして選択した。神経血管構造の三次元(3D)ビューを得るのに最適な選択であり得る。さらに、 フルオロゴールド(FG)は、脳神経筋の中髄膜動脈(MMA)周辺領域に適用され、CGRP免疫反応性神経線維の起源を決定し、3叉神経節(TG)および子宮頸部(C)後頭根神経節(DRG)に追跡され、FG標識ニューロンは免疫伝達を用いてさらに一緒に検査した。

本研究の目的は、CGRP免疫反応性の内挿とその起源に対する頭蓋硬膜の神経血管構造を調査するための有効なツールを提供することであった。透明な全実装型DURa materを利用し、免疫蛍光、逆行トレーシング、共焦点技術、および3D再構成を組み合わせることで、頭蓋デュラマーターにおける神経血管構造の新しい3Dビューを提示することが期待された。これらの方法論的アプローチは、異なる頭痛の病因を探索するためにさらに役立つ可能性がある。

Protocol

この研究は、中国医学アカデミー鍼灸研究所の倫理委員会(参考番号D2018-09-29-1)によって承認されました。すべての手順は、実験動物のケアと使用のための国立衛生研究所ガイド(国立アカデミー出版局、ワシントンD.C、1996)に従って行われました。この研究では、12匹の成人スプレイグ・ドーリー雄ラット(体重220±20g)を使用した。動物[ライセンス番号SCXK(JING)2017-0005]は、国立食品医薬品管理研?…

Representative Results

頭蓋硬膜の神経血管構造CGRPおよびファロイジンによる免疫蛍光および蛍光組織化学的染色の後、CGRP免疫反応性神経線維およびファロイジン標識された硬動脈および結合組織は、3Dパターンで全身に明示された(図2C、D、E、F)。厚くて薄いCGRP免疫反応神経線維は、両方とも、血管壁の周り、または血管間の硬膜動脈に?…

Discussion

本研究では、免疫蛍光、3D再構成、および神経トレーサーによる神経トレーサによる脳神経障害におけるCGRP免疫反応性神経線維の分布と起源を実証し、神経血管網の理解を深める組織学的および化学的証拠を提供した。

それが知られていたように、CGRPは片頭痛4、17の病因において重要な役割を果たしている。増加したCGRPは、3…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、中国国家キーR&Dプログラム(プロジェクトコード番号2019YFC1709103;No.2018YFC1707804)と中国国立自然科学財団(プロジェクトコード番号81774211;no.81774432;no.818015611)のプロジェクトによって支えられました。

Materials

Alexa Fluor 488 donkey anti-mouse IgG (H+L) Invitrogen by Thermo Fisher Scientific A21202 Protect from light; RRID: AB_141607
Brain stereotaxis instrument Narishige SR-50
CellSens Dimension Olympus Version 1.1 Software of fluorescent microscope
Confocal imaging system Olympus FV1200
Fluorogold (FG) Fluorochrome 52-9400 Protect from light
Fluorescent imaging system Olympus BX53
Freezing microtome Thermo Microm International GmbH
Olympus FV10-ASW 4.2a Olympus Version 4.2 Confocal image processing software system
Micro Drill Saeyang Microtech Marathon-N7
Mouse anti-CGRP Abcam ab81887 RRID: AB_1658411
Normal donkey serum Jackson ImmunoResearch 017-000-121
Phalloidin 568 Molecular Probes A12380 Protect from light
Photoshop and  Illustration Adobe CS6 Photo editing software
Rabbit anti- Fluorogold Abcam ab153 RRID: AB_90738
Sprague Dawley National Institutes for Food and Drug Control SCXK (JING) 2014-0013
Superfrost plus microscope slides Thermo #4951PLUS-001 25x75x1mm

Referencias

  1. Kekere, V., Alsayouri, K. Anatomy, Head and Neck, Dura Mater. StatPearls. , (2020).
  2. Shimizu, T., et al. Distribution and origin of TRPV1 receptor-containing nerve fibers in the dura mater of rat. Brain Research. 1173, 84-91 (2007).
  3. Jacobs, B., Dussor, G. Neurovascular contributions to migraine: moving beyond vasodilation. Neurociencias. 338, 130-144 (2016).
  4. Dodick, D. W. A phase-by-phase review of migraine pathophysiology. Headache. 58, 4-16 (2018).
  5. Amin, F. M., et al. Investigation of the pathophysiological mechanisms of migraine attacks induced by pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide-38. Brain: A Journal of Neurology. 137, 779-794 (2014).
  6. Keller, J. T., Marfurt, C. F. Peptidergic and serotoninergic innervation of the rat dura mater. The Journal of Comparative Neurology. 309 (4), 515-534 (1991).
  7. Messlinger, K., Hanesch, U., Baumgärtel, M., Trost, B., Schmidt, R. F. Innervation of the dura mater encephali of cat and rat: ultrastructure and calcitonin gene-related peptide-like and substance P-like immunoreactivity. Anatomy and Embryology. 188 (3), 219-237 (1993).
  8. Lennerz, J. K., et al. Calcitonin receptor-like receptor (CLR), receptor activity-modifying protein 1 (RAMP1), and calcitonin gene-related peptide (CGRP) immunoreactivity in the rat trigeminovascular system: differences between peripheral and central CGRP receptor distribution. The Journal of Comparative Neurology. 507 (3), 1277-1299 (2008).
  9. Eftekhari, S., Warfvinge, K., Blixt, F. W., Edvinsson, L. Differentiation of nerve fibers storing CGRP and CGRP receptors in the peripheral trigeminovascular system. The Journal of Pain: Official Journal of the American Pain Society. 14 (11), 1289-1303 (2013).
  10. Xu, D. S., et al. Characteristics of distribution of blood vessels and nerve fibers in the skin tissues of acupoint “Taichong” (LR3) in the rat. Zhen Ci Yan Jiu. 41 (6), 486-491 (2016).
  11. Cui, J. J., et al. The expression of calcitonin gene-related peptide on the neurons associated Zusanli (ST 36) in rats. Chinese Journal of Integrative Medicine. 21 (8), 630-634 (2015).
  12. Andres, K. H., von Düring, M., Muszynski, K., Schmidt, R. F. Nerve fibres and their terminals of the dura mater encephali of the rat. Anatomy and Embryology. 175 (3), 289-301 (1987).
  13. Leng, C., Chen, L., Li, C. Alteration of P2X1-6 receptor expression in retrograde Fluorogold-labeled DRG neurons from rat chronic neuropathic pain model. Biomedical Reports. 10 (4), 225-230 (2019).
  14. Huang, T. L., et al. Factors influencing the retrograde labeling of retinal ganglion cells with fluorogold in an animal optic nerve crush model. Ophthalmic Research. 51 (4), 173-178 (2014).
  15. Huang, T. L., Chang, C. H., Lin, K. H., Sheu, M. M., Tsai, R. K. Lack of protective effect of local administration of triamcinolone or systemic treatment with methylprednisolone against damages caused by optic nerve crush in rats. Experimental Eye Research. 92 (2), 112-119 (2011).
  16. Tsai, R. K., Chang, C. H., Wang, H. Z. Neuroprotective effects of recombinant human granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) in neurodegeneration after optic nerve crush in rats. Experimental Eye Research. 87 (3), 242-250 (2008).
  17. Iyengar, S., Ossipov, M. H., Johnson, K. W. The role of calcitonin gene-related peptide in peripheral and central pain mechanisms including migraine. Pain. 158 (4), 543-559 (2017).
  18. Russell, F. A., King, R., Smillie, S. J., Kodji, X., Brain, S. D. Calcitonin gene-related peptide: physiology and pathophysiology. Physiological Reviews. 94 (4), 1099-1142 (2014).
  19. Kou, Z. Z., et al. Alterations in the neural circuits from peripheral afferents to the spinal cord: possible implications for diabetic polyneuropathy in streptozotocin-induced type 1 diabetic rats. Frontiers in neural circuits. 8, 6 (2014).
  20. Alarcon-Martinez, L., et al. Capillary pericytes express α-smooth muscle actin, which requires prevention of filamentous-actin depolymerization for detection. eLife. 7, 34861 (2018).
  21. Wang, J., et al. A new approach for examining the neurovascular structure with phalloidin and calcitonin gene-related peptide in the rat cranial dura mater. Journal of Molecular Histology. 51 (5), 541-548 (2020).
  22. Liu, Y., Broman, J., Edvinsson, L. Central projections of sensory innervation of the rat superior sagittal sinus. Neurociencias. 129, 431-437 (2004).
  23. Liu, Y., Broman, J., Edvinsson, L. Central projections of the sensory innervation of the rat middle meningeal artery. Brain Research. 1208, 103-110 (2008).
  24. Schmued, L. C., Fallon, J. H. Fluoro-Gold: a new fluorescent retrograde axonal tracer with numerous unique properties. Brain Research. 377 (1), 147-154 (1986).

Play Video

Citar este artículo
Wang, J., Xu, D., Cui, J., She, C., Wang, H., Wu, S., Zou, L., Zhang, J., Bai, W. Visualizing the Calcitonin Gene-Related Peptide Immunoreactive Innervation of the Rat Cranial Dura Mater with Immunofluorescence and Neural Tracing. J. Vis. Exp. (167), e61742, doi:10.3791/61742 (2021).

View Video