Tibial nerve transection - en standardisert modell for denervation-indusert skjelettmuskulatur Atrofi i Mus
Summary
Den tibial nerve transection modellen er et godt tolerert, validert, og reproduserbar modell av skjelettmuskulatur atrofi. Modellen kirurgisk protokollen er beskrevet og vist i C57Black6 mus.
Abstract
Den tibial nerve transection modellen er et godt tolerert, validert, og reproduserbar modell av denervation-indusert skjelettmuskulatur atrofi hos gnagere. Selv opprinnelig utviklet og brukt i stor utstrekning i rotte på grunn av sin større størrelse, er den tibial nerve hos mus stor nok til at det lett kan manipuleres med enten knuse eller transection, forlater peroneal og Sural nerve grener av isjiasnerven intakt og dermed bevare sine mål muskler. Dermed tilbyr denne modellen fordelene ved å indusere mindre sykelighet og hindring av førlighet enn isjiasnerven transection modell og også tillater etterforskere å studere fysiologiske, cellulært og molekylært biologiske mekanismene som regulerer prosessen med muskel atrofi i genmanipulerte mus. Den tibial nerve forsyner gastrocnemius, soleus og plantaris muskler, så det transection tillater studier av denerveres skjelettmuskulatur består av raske rykk type II fibre og / eller langsomme type Ifibre. Her kan vi demonstrere tibial nerve transection modell i C57Black6 mus. Vi vurdere atrofi av gastrocnemiusmuskelen, som en representant muskel, ved 1, 2 og 4 uker post-denervering ved å måle muskel vekter og fibertype spesifikk tverrsnittsareal på parafininnstøpte histologiske seksjoner immunostained for raske rykk myosin.
Introduction
Skjelettmuskulatur denervering, på grunn av traumatisk perifer nerveskade, sykdom eller farmakologisk intervensjon, resulterer i øyeblikkelig tap av muskel frivillig kontraktil funksjon. Muscle begynner samtidig å bli svekket og dette atrofi er reversibel hvis tidsriktig, god kvalitet reinnervation oppstår 1,2. I fravær av reinnervation, utvikler myofiber atrofi, og irreversible biologiske endringer i muskel oppstå med muskel fibrose og myofiber død. Her har vi demonstrere den tibiale nerve transection-modellen, en modell av denervering-indusert skjelettmuskel atrofi og fibrose, i mus. Denne modellen gjør det mulig for forskere å studere fysiologiske, cellulært og molekylært biologiske mekanismene som ligger bak muskelatrofi in vivo i gastrocnemius og soleus muskler. Mens historisk brukt hovedsakelig i rotter, gir nyere anvendelse av denne modellen til knockout og transgene mus linjer spesielt, etterforskere for å vurdere rollen sinbestemt protein (er) av interesse i induksjon, utvikling og vedlikehold, eller alternativt oppløsningen av, muskelatrofi og fibrose in vivo.
Den tibial nerven er en blandet sensorisk-motorisk perifere nerve i gnager med bakbena, og er en av de tre terminale grener av isjiasnerven. Transection av tibial nerve denervates gastrocnemius, soleus og plantaris muskler (og de tre små dype flexor musklene i foten, inkludert tibialis posterior, flexor digitorum longus og flexor hallicus longus), og er et godt standardisert og validert modell hos rotter 3,4 . Gastrocnemius og soleus muskler kan lett dissekert på serielle tidspunkter legge tibial nerve transection, fast og behandlet for vurdering av muskel histologi og muskel fiber morphometrics, eller flash frosset for utvinning av muskel RNA og protein for å studere, for eksempel, mobilnettet signalering nettverk som regulerer muskelatrofi. Den gastrocnemius muskelen er en blandet fibertype muskel (type I og type II, selv om overveiende type II) og soleus muskel er sammensatt av en stor andel av type I-fibrene, og derved gir både hurtig og langsom rykk muskel for vurdering 5,6. Den tibial nerve transection modellen er egnet for å studere prosessen med denervation-indusert muskelatrofi både på kort sikt (dager) 7 og lang sikt (uker til måneder) 4,8.
I motsetning til den isjiasnerven transection modell (en andre modell av denervering-indusert muskelatrofi vanligvis brukes i gnagere), induserer tibial nerve transection mindre sykelighet i dyret, noe som gjør det til en mer attraktiv modell. Transection av isjiasnerven denervates alle musklene i bena (under kneet) og foten, svekke dyrets evne til å ambulate 2, mens transection av tibial nerve forlater peroneal og Sural nerve grener av isjiasnerven intakt, og dermed bevaresine mål muskler og sensoriske territorier. I mus er ute av stand til plantar bøye eller invertsukker foten, men er i stand til å ambulate lett og bærer vekten likt på begge bakben derved vesentlig å forringe sykelighet av modellen. Ganglag analyse studier som evaluerte gåmønstre er utført i rotter etter tibial og isjiasnerven skader og vise at fotavtrykk og vektbærende er bedre bevart med tibial skade 9,10. I tillegg, i den tibiale nerve transection modellen, kan peroneal nerve blir mobilisert på et senere tidspunkt og overføres som en kilde til forsinket reinnervation, hvis studiedesignet krever tre. I kontrast, nødvendiggjør forsinket reinnervation i hoftenervene transection modell ved bruk av en nerve pode på isjiasnerven underskudd, meget kraftig opp på tekniske problemer av modellen og å begrense bruken til dyktige kirurger.
Mens tibial nerve transection modell requires kjennskap til operatøren med steril operative teknikk i dyr kirurgi, både tibial nerve og kalv muskler den Innerverer er lett tilgjengelige og identifiserbare for manipulasjon, slik at personer som ikke er kirurger, eller lang erfaring med dyr kirurgi, kan lett mestre denne modellen .
Protocol
Representative Results
Discussion
Den tibial nerve transection modell av denervation-indusert skjelettmuskulatur atrofi er en vanlig ansatt og godt validert modell hos rotter. Vi har tilpasset denne modell for bruk i mus, noe som gjør det mulig for undersøkeren å dra fordel av eksistensen av genetisk modifiserte mus og studere prosessen med muskelatrofi in vivo i fravær av proteiner er viktige for regulering av muskelmasse 7,8. Gastrocnemius og soleus muskler, både denerveres i denne modellen, kan enkelt og raskt dissekert med m…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet med tilskudd fra CIHR nevromuskulær Research Partnership (JNM – 90 959, til 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. Neurosciences. , 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).
