Usando vírus adeno-associado como uma ferramenta para o estudo da retina Barreiras na Doença
Summary
To investigate the blood-retinal barrier permeability and the inner limiting membrane integrity in animal models of retinal disease, we used several adeno-associated virus (AAV) variants as tools to label retinal neurons and glia. Virus mediated reporter gene expression is then used as an indicator of retinal barrier permeability.
Abstract
Células de Müller são as principais células gliais da retina. Os finais pés formam os limites da retina nas membranas limitantes exteriores e interiores (ILM), e em conjunto com os astrócitos, células endoteliais e pericitos eles estabelecer a barreira hemato-retiniana (BRB). BRB limita o transporte de material entre a corrente sanguínea e da retina, enquanto o ILM actua como uma membrana basal que define histologicamente a fronteira entre a retina e a cavidade do vítreo. Rotular células de Müller é particularmente relevante para estudar o estado físico das barreiras da retina, uma vez que estas células são uma parte integrante da BRB e a ILM. Ambos BRB e ILM são freqüentemente alterados em doenças da retina e são responsáveis por sintomas da doença.
Existem vários métodos bem estabelecidos para estudar a integridade do BRB, tais como o ensaio de azul de Evans ou angiografia com fluoresceína. No entanto, estes métodos não fornecem informações sobre o grau de permeabilidade BRB to moléculas maiores, em escala nanométrica. Além disso, eles não fornecem informações sobre o estado de outras barreiras da retina, tais como a ILM. Para estudar a permeabilidade ao lado BRB ILM da retina, utilizou-se um método baseado AAV que fornece informações sobre a permeabilidade do BRB para moléculas maiores, enquanto que indica o estado das proteínas e de ILM da matriz extracelular em estados de doença. Duas variantes de AAV são úteis para tal estudo: AAV5 e ShH10. AAV5 tem um tropismo natural para os fotorreceptores, mas ela não pode passar para a retina externa, quando administrada no vítreo quando a ILM está intacto (ou seja, em retinas de tipo selvagem). ShH10 tem uma forte tropismo para células gliais e rotular selectivamente glia Müller em ambas as retinas saudáveis e doentes. ShH10 prevê a entrega gene mais eficiente em retinas onde ILM está comprometida. Essas ferramentas virais juntamente com imunohistoquímica e-DNA do sangue análise lançar luz sobre o estado das barreiras da retina na doença.
Introduction
Células de Müller são o principal componente da glia da retina. Morfologicamente, a envolver o retina radialmente e sua endfeet, em contacto com o vítreo, enfrentar o ILM e componentes secretos do último. A ILM é uma membrana basal composta por cerca de dez diferentes proteínas da matriz extracelular (laminina, agrina, perlecano, nidog�io, colagénio e proteoglicanos de sulfato de heparina vários). Durante o desenvolvimento, a sua presença é indispensável para a histogénese de retina, a navegação de axónios óptica, e a sobrevivência de células ganglionares 1-3. No entanto, não é essencial na ILM adulto retina e pode ser removido cirurgicamente em determinadas patologias, sem causar danos na retina 4. Em terapia génica, esta membrana torna-se uma barreira física para a transdução eficiente da retina utilizando AAV por injecção intravítrea 5.
Através da vasta arborização de seus processos, as células de Müller fornecer suppo nutricional e regulamentarrt para ambos os neurónios da retina e células vasculares. Müller células estão também envolvidas na regulação da homeostase da retina, na formação e manutenção da BRB 6. Junções apertadas entre as células endoteliais dos capilares da retina, células de Müller, astrócitos e pericitos formar o BRB. BRB impede certas substâncias de entrar nas retina.In muitas doenças como a retinopatia diabética, oclusão da veia da retina e doenças respiratórias, hipóxia da retina provoca fuga através do BRB 7-9. Esta ruptura é associada com um aumento da permeabilidade vascular que conduz ao edema vasogénico, descolamento da retina e danos na retina.
Células de Müller estão fortemente associados com os vasos sanguíneos e a membrana basal, desempenhando um papel importante tanto na integridade BRB e ILM. Consequentemente, marcação das células gliais de Müller é particularmente relevante para o estudo do estado físico dessas barreiras da retina.
Clássicoaliado, BRB permeabilidade é medida utilizando o ensaio de azul de Evans que consiste em injecção sistémica de corante azul de Evans, que se liga de forma não covalente à albumina do plasma. Este ensaio mede a perda de albumina (proteína de tamanho intermediário, ~ 66 kDa) de vasos sanguíneos na retina (ver protocolos Seção 5) 10. Como alternativa, o vazamento vascular podem ser visualizados por angiografia fluorescência retinal atestando por vazamento de fluoresceína (molécula pequena, ~ 359 Da; consulte Protocolos Seção 6) 11. No entanto, ambos os métodos permitem a avaliação da permeabilidade BRB para pequenas moléculas e proteínas, mas eles não fornecem informações sobre a integridade ILM.
Assim, para estudar BRB permeabilidade, foi utilizado um método com base de AAV que dá informação sobre a permeabilidade BRB para moléculas maiores (por exemplo, partículas de AAV, 25 nm de diâmetro). Partículas de efeito, o nosso método pode detectar a presença de AAV de transgene no sangue, o que sugere que ~ 25 nm de diâmetro fariaser capaz de se infiltrar na corrente sanguínea. Este método também proporciona informação sobre a estrutura da ILM e proteínas da matriz extracelular em condições patológicas. Duas variantes de AAV são úteis para tal estudo: AAV5 e ShH10. Subretinally injetado, AAV5 tem um tropismo natural para fotorreceptores e epitélio pigmentar da retina 12, mas não pode passar para a retina externa quando administrada no vítreo no tipo selvagem retinas com ILM intacta 5,13. ShH10 é uma variante de AAV que foi concebida especificamente para alvejar células gliais mais neurónios 14,15. ShH10 etiquetas selectivamente células de Müller em ambas as retinas saudáveis e doentes com maior eficiência em retinas com barreiras comprometidos 16. Essas ferramentas virais juntamente com immuhistochemistry e análise em DNA de sangue fornecer informações sobre o estado das barreiras da retina e do seu envolvimento na doença (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
O BRB regula a troca de moléculas entre o sangue e da retina. A sua composição está associada com várias doenças, tais como a retinopatia diabética ou degeneração macular relacionada com a idade (AMD). Mostrámos recentemente que em um ratinho knock-out de distrofina, que exibe permeável BRB, a retina se torna mais permissiva para a entrega de genes mediada por vectores virais adeno-associados (AAV). No entanto, apesar BRB partículas de AAV permeabilidade injectado via intra-ocular permanecer confinadas ao co…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank the imaging platform of the Institut de la Vision. We acknowledge the French Muscular Dystrophy Association (AFM) for a PhD fellowship to O.V. and Allergan INC. This work performed in the frame of the LABEX LIFESENSES [reference ANR-10-LABX-65] was supported by French state funds managed by the ANR. We thank Peggy Barbe, and Mélissa Desrosiers for technical assistance with AAV preparations. We are grateful to Stéphane Fouquet for excellent technical assistance in confocal microscopy and his expert input with the interpretation of the results.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| C57BL6J mice strain | JANVIER LABS | mice | |
| Ketamine 500 | Virbac France | anesthetic | |
| Xylazine Rompun 2% | Bayer Healthcare | anesthetic | |
| Neosynephrine 5% Faure | Europhta | dilatant | |
| Mydriaticum 0,5% | Thea | dilatant | |
| Sterdex | Novartis | anti-inflammatory | |
| Cryomatrix embedding resin | Thermo Scientific | 6769006 | |
| Superfrost Plus Adhesion Slides | Thermo Scientific | 10143352 | slides |
| anti-laminin | Sigma | L9393 | antibody |
| anti-rhodopsin clone 4D2 | Millipore | MABN15 | antibody |
| anti-glutamine synthetase clone GS-6 | Millipore | MAB302 | antibody |
| Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein | Dako | 334 | antibody |
| PNA Lectin | Invitrogen | L32459 | probe |
| Alexa fluor conjugated secondary antibodies | Invitrogen | antibody | |
| Fluorsave reagent | Calbiochem | 345789 | mounting medium |
| QIAmp DNA Micro Kit | QIAGEN | 56304 | |
| GoTaq DNA polymerase | Promega | M3001 | |
| Evans Blue dye | Sigma | E2129 | dye |
| 5 µm filter | Millipore | ||
| Sodium Citrate | Sigma | S1804 | |
| Citric acid | Sigma | C1909-2.5KG | |
| Formamide spectrophotometric | Sigma | 295876-2L | |
| Fluorescein | Sigma | F2456 | dye |
| Micron III | Phoenix Research Labs | Microscopy system based on 3-CCD color camera, frame grabber, and off-the-shelf software enables researchers to image mouse retinas. | |
| Insulin Syringes | Terumo | SS30M3109 | |
| Syringe 10 µl Hamilton | Dutscher | 74487 | Seringue 1701 |
| Needle RN G33, 25 mm, PST 2 | Fisher Scientific | 11530332 | Intravitreal Injection |
| UltraMicroPump UMP3 | World Precision Instruments | UMP3 | Versatile injector uses microsyringes to deliver picoliter volumes |
| UltraMicroPump (UMP3) (one) with SYS-Micro4 Controller | UMP3-1 | Digital controller | |
| Binocular magnifier SZ76 | ADVILAB | ADV-76B2 | Zoom 0.66 x 5 x LEDs with stand epi and dia / Retinas dissection |
| Spring scissors straight – 8,5cm | Bionic France S.a.r.l | 15003-08 | Retinas dissection |
| Micro-ciseaux de Vannas courbe | 15004-08 | ||
| Pince Dumont 5 | 11254-20 | ||
| Veriti 96-Well Thermal Cycler | Life technologies | 4375786 | Thermocycler |
| Ultrasonic cleaner | Laboratory Supplies | G1125P1T | |
| Nanosep 30k omega tubes | VWR | ||
| Speedvac | Fisher Scientific | SC 110 A | |
| Spectrofluorometer | TECAN | infinite M1000 |
References
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