Utilizando adeno-asociado virus como una herramienta para estudiar las barreras de retina en la enfermedad
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
Las células de Müller son las principales células gliales de la retina. Sus pies finales forman los límites de la retina en las membranas limitantes exterior e interior (ILM), y en conjunción con los astrocitos, los pericitos y células endoteliales que establecen la barrera sangre-retina (BRB). BRB limita el transporte de material entre el torrente sanguíneo y la retina mientras que la ILM actúa como una membrana basal que define histológicamente la frontera entre la retina y la cavidad vítrea. Etiquetado de las células de Müller es particularmente relevante para estudiar el estado físico de las barreras de la retina, ya que estas células son una parte integral de la BRB y ILM. Tanto BRB y ILM se alteran con frecuencia en enfermedades de la retina y son responsables de síntomas de la enfermedad.
Hay varios métodos bien establecidos para estudiar la integridad de la BRB, tales como el ensayo de azul de Evans o la angiografía con fluoresceína. Sin embargo, estos métodos no proporcionan información sobre el grado de permeabilidad BRB to moléculas más grandes, en el rango nanométrico. Además, no proporcionan información sobre el estado de otras barreras de la retina tales como la ILM. Para estudiar la permeabilidad BRB junto ILM de la retina, se utilizó un método basado en AAV que proporciona información sobre la permeabilidad de BRB a moléculas más grandes, mientras que indica el estado de las proteínas de ILM y de la matriz extracelular en estados de enfermedad. Dos variantes de AAV son útiles para tal estudio: AAV5 y ShH10. AAV5 tiene un tropismo natural para fotorreceptores pero no puede conseguir a través de la retina externa cuando se administra en el vítreo cuando la ILM está intacto (es decir, en las retinas de tipo salvaje). ShH10 tiene un fuerte tropismo hacia las células gliales y etiquetará selectivamente células de Müller en ambas retinas sanas y enfermas. ShH10 proporciona la entrega de genes más eficiente en retinas donde se ve comprometida ILM. Estas herramientas virales, junto con el análisis de inmunohistoquímica y de ADN de sangre arrojan luz sobre el estado de las barreras de la retina en la enfermedad.
Introduction
Las células de Müller son el principal componente glial de la retina. Morfológicamente, que abarcan la retina radial y su endfeet, en contacto con el vítreo, se enfrentan a la ILM y componentes secretos de este último. El ILM es una membrana basal compuesta de unos diez diferentes proteínas de la matriz extracelular (laminina, agrina, perlecan, nidogen, colágeno y varios proteoglicanos de sulfato de heparina). Durante el desarrollo, su presencia es indispensable para la histogénesis de la retina, la navegación de axones ópticos, y la supervivencia de las células ganglionares de 1-3. Sin embargo, ILM no es esencial en la retina de adultos y se puede extirpar quirúrgicamente en ciertas patologías sin causar daño en la retina 4. En la terapia génica, esta membrana se convierte en una barrera física para la transducción eficiente de la retina utilizando AAV mediante inyección intravítrea 5.
A través de la extensa arborización de sus procesos, las células de Müller proporcionan suppo nutricional y regulatoriort a ambas neuronas de la retina y células vasculares. Las células de Müller también están involucrados en la regulación de la homeostasis de la retina, en la formación y mantenimiento de la BRB 6. Las uniones estrechas entre las células endoteliales de los capilares de la retina, las células de Müller, astrocitos y pericitos forman la BRB. BRB evita ciertas sustancias entren en los retina.In muchas enfermedades como la retinopatía diabética, oclusión venosa de la retina y las enfermedades respiratorias, la hipoxia de la retina provoca fugas a través de la BRB 7-9. Esta ruptura se asocia con un aumento de la permeabilidad vascular que conduce a edema vasogénico, desprendimiento de retina y daño en la retina.
Las células de Müller están estrechamente asociados con los vasos sanguíneos y la membrana basal, jugando un papel importante tanto en la integridad BRB y ILM. En consecuencia, el etiquetado de las células gliales de Müller es particularmente relevante para el estudio del estado físico de estas barreras de la retina.
Clásicoaliado, BRB permeabilidad se mide utilizando el ensayo de azul de Evans que consiste en la inyección sistémica de colorante azul de Evans, que se une no covalentemente a la albúmina plasmática. Este ensayo mide la pérdida de albúmina (proteína de tamaño intermedio, ~ 66 kDa) de los vasos sanguíneos en la retina (ver Protocolos Sección 5) 10. Alternativamente, la fuga vascular puede ser visualizado por la angiografía de fluorescencia de la retina en el que conste de fuga de fluoresceína (molécula pequeña, ~ 359 Da; véase Protocolos Sección 6) 11. Sin embargo, ambos métodos permiten la evaluación de la permeabilidad BRB a pequeñas moléculas y proteínas, pero que no proporcionan información sobre la integridad ILM.
Por lo tanto, para estudiar BRB permeabilidad, se utilizó un método basado en AAV que da información sobre la permeabilidad BRB a moléculas más grandes (por ejemplo, partículas de AAV, 25 nm de diámetro). De hecho, nuestro método puede detectar la presencia de transgen AAV en la sangre, lo que sugeriría que ~ partículas de 25 nm de diámetro haríaser capaces de infiltrarse en el torrente sanguíneo. Este método también proporciona información sobre la estructura de la ILM y las proteínas de la matriz extracelular en condiciones patológicas. Dos variantes de AAV son útiles para tal estudio: AAV5 y ShH10. Subretinally inyectado, AAV5 tiene un tropismo natural para los fotorreceptores y el epitelio pigmentario de la retina 12 pero no se puede conseguir a través de la retina externa cuando se administra en el vítreo en las retinas de tipo salvaje con ILM intacta 5,13. ShH10 es una variante de AAV que ha sido diseñado para dirigirse específicamente a las células gliales más de neuronas 14,15. ShH10 etiquetas selectivamente las células de Müller en ambas retinas sanas y enfermas con una mayor eficiencia en las retinas con barreras comprometidas 16. Estas herramientas virales junto con immuhistochemistry y el análisis de ADN de sangre proporcionan información sobre el estado de las barreras de la retina y su implicación en la enfermedad (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
El BRB regula el intercambio de moléculas entre la sangre y la retina. Su composición se asocia con varias enfermedades tales como la retinopatía diabética o la degeneración macular relacionada con la edad (AMD). Recientemente, hemos demostrado que en un ratón distrofina ronda, que muestra permeable BRB, la retina se vuelve más permisiva para la entrega de genes mediada por vectores virales adeno-asociados (AAV). Sin embargo, a pesar de BRB partículas de AAV permeabilidad intraocular inyectado mantenerse confina…
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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