신경 질환의 리피도혈 및 전사학
Summary
이 기사에서는 지질학 및 전사학, 그리고 지질의 근본적인 염증 및 신경 활동, 막 지질, 다운스트림 메신저 및 mRNA 인코딩 효소/수용체를 대상으로 하는 신경 질환 마우스 모델의 혈장 지질학에 대한 모듈식 프로토콜을 제시합니다. 샘플링, 샘플 처리, 추출 및 정량화 절차가 설명되어 있습니다.
Abstract
지질은 신경 질환에 도움이되는 뇌 모욕이나 자극에 대한 기본 인터페이스 역할을하며 질병의 발병 및 진행을 강조 할 수있는 다양한 신호 또는 리간드 기능을 가진 지질 합성을위한 저수지입니다. 종종 전증상 수준에서 변화, 지질은 약물 표적과 바이오 마커의 신흥 소스입니다. 많은 신경 질환은 신경 염증을 전시, 신경 변성, 일반적인 특징으로 신경 흥분성, 부분적으로 특정 지질 신호 시스템에 의해 변조. 다양한 지질의 합성의 상호 의존성 및 상호 관계는 신경학적 맥락의 공통점과 특이성을 도출하고 질병 발병 및 진행의 기계적 측면의 해명속도를 촉진하기 위해 다중 지질, 다효소 및 다수용체 분석을 자극한다. 뚜렷한 뇌 영역에 지질 역할을 아스포딩하는 것은 신경 질환과 관련된 지질 분자 표현형 및 형태학의 결정을 진행합니다.
여기에 제시된 모듈식 프로토콜은 특정 신경 질환 및/또는 조건에 관련있는 이산 뇌 영역에서 추출된 기능의 근간이 되는 효소 및 중재자의 mRNA와 함께 멤브레인 지질 및 하류 지질 신호의 분석에 적합한 모듈식 프로토콜이다. 정확한 비교 지질 프로파일링을 보장하기 위해, 워크플로우 및 운영 기준은 최적화 및 표준화되었다: i) 뇌 샘플링 및 관심 영역의 해부, ii) 다중 지질 신호 및 멤브레인 지질의 공동 추출, iii) 이중 지질/mRNA 추출, iv) 액체 크로마토그래피 다중 반응 모니터링(LC/MRM), 및 v) 표준 mRNA 프로파일링에 의한 정량화. 이러한 워크플로우는 기능적으로 이산뇌 하위 영역(즉, 뇌 펀칭에 의한)의 샘플링에 의해 얻어진 낮은 조직량에 대해 가능하므로 조직 이질성 및/또는 동물 적 변이성으로 인한 다분자 분석의 편견을 방지할 수 있습니다. 신경 질환의 말초 결과를 밝히고 신경 질환 상태의 번역 분자 판독을 확립하기 위해 말초 장기 샘플링, 처리 및 후속 지방 피도혈 분석뿐만 아니라 혈장 리피도믹도 추구되고 설명됩니다. 프로토콜은 급성 간질 마우스 모델에서 입증된다.
Introduction
지질의 기능과 신경 질환의 발병 및 진행에 대한 역할의 최근 발전은 새로운 치료 목표 및 질병 메커니즘 의 새로운 연구 및 개발 장소를 열어1. 질량 분석 영상 및 고급 질량 분광 프로파일링과 같은 현대 분자 이미징 기술에 의해 강조되는 다른 뇌 영역에서 지질 조성에 대한 문서화 된 차이는 전체 뇌에서 지질 조사의 패러다임을 기능적으로 뚜렷하고 이산적인 뇌 영역으로 전환합니다. 지질 성분이 다른 뇌 영역에서 다르다는 사실은 기능적으로 뚜렷한 뇌 영역을 가로지르는 뇌 모욕이나 자극에 대응하여 멤브레인 지질 감수성과 하류 지질 신호의 새로운 개념화를 자극합니다. 따라서 지질 프로토콜은 더 높은 공간 분해능 검출 및 정량화, 그리고 동시에 세포막 및 신호 경로의 여러 지질 성분의 분석을 위해 낮은 조직 량의 과제를 해결하기 위해 새로운 개발이 필요합니다. 또한, 효소의 결정, 지질 리간드, 그들의 수준 및 기능의 조절에 관련 된 수용 체는 신경 질환에 영향을 받는 신호 경로를 해명 하 고 병리학적 맥락에서 새로운 기계분석 조사를 안내 하는 것이 가장 중요 하다.
증가 된 뇌 공간 해상도 뿐만 아니라, 새로운 신경 지질 도성 접근의 개발에 도전 하는 두 가지 주요 어려움이 있다. 첫째, 지질 신호 분자는 일반적으로 막 구성 지질에 비해 매우 낮은 풍부의. 둘째, 리피돔은 단일 분석 접근법을 사용하여 해부하기 어려운 높은 구조적 이질성을 나타낸다. 따라서 추출 및 분석 방법은 다른 지질 범주에 맞게 조정되며 일반적으로 뚜렷한 조직 샘플에서 수행됩니다.2. 산탄총 리피도믹 방법3 막 지질의 광범위한 프로파일을 빠르게 드러내는 우수한 도구이며, 표적 발견 및 정량화 질량 분광 방법에 의해 제공되는 감도와 선택성이 증가하면서: i) 염증지질 및 ii) 지질을 포함하는 낮은 풍부한 신호 지질의 조사를 위해 자본화되어 있습니다. 등.4,5. 신경 질환 모델의 뇌 영역에서 발생하는 세포막 및 신호 수준 모두에서 지질 변화를 포괄하기 위해, 전형적으로 지질 추출 및 분석은 뚜렷한 조직 샘플에서 수행되며, 뚜렷한 동물 배치 또는 다른 반구로부터 얻어지거나, 더 큰 조직 영역을 여러 조각으로 해부함으로써 수행된다. 효소 수용체의 mRNA 수준이 또한 관심있는 때, 그들의 조사는 일반적으로 명백한 조직 견본의 조달을 요구합니다. 예를 들어, 막 지질, 내인성 카나비노이드 및 mRNA의 조사는 3개의 다른 조직 샘플(예를 들어, 2개의 지질 추출 방법-막 지질 및 신호 지질에 대한 2개의 샘플-및 mRNA 분석을 위한 1개의 샘플)을 요구할 것이다. 염증성 지질 및 내인성 카나비노이드에 대한 조사는 각각 두 가지 조직 샘플, 추출 방법 및 분석 방법을 필요로합니다. 또 다른 예는 mRNA와 뇌 펀치 또는 레이저 미세 절 샘플에서 임의의 지질 범주의 조사로, 결과적으로 뇌 (하위) 지역 당 두 개의 샘플을 조달하기 위해 두 개의 별개의 동물을 필요로합니다. 결과의 가변성 및/또는 나쁜 재현성의 상당한 정도는 생물학적 가변성 및/또는 조직 이질성에서 기인하는 그러한 경우에 자주 발생합니다. 특히 뇌의 높은 공간 해상도에서 발생하는 다분자 분석의 이러한 실질적인 한계에 의해 유도된 3모듈 신경지질학 프로토콜은 염증지질의 LC/MRM(예를 들어, eicosanoids(eiC)에 의한 코추출 및 공동 분석을 포괄하도록 설계되었으며, eCB와 같은 뉴런 활동의 변조에 관여하는 지질2; 2) 후속 멀티스캔 LC/MRM 및 전구체/중립 손실 스캔 분석을 통해 인지질(PL) 및 ECB의 공동 추출2; 및 3) 후속 LC/MRM 및 qPCR 또는 RNA 염기서열 분석과 함께 막(인)과 eCB뿐만 아니라 mRNA의 이중 추출6. 신경질환과 관심있는 뇌 영역에서 다루어야 할 생물학적 질문에 따라, 제1 및 제2 프로토콜의 조합, 또는 제 1 및 제 3 프로토콜의 조합은 약 4 mg의 조직을 위한 동일한 조직 표본에 적용될 수 있다. 첫 번째 및 세 번째 프로토콜은 약 2 mg의 조직에 독립적으로 적용할 수 있습니다. 두 번째 프로토콜은 0.5 mg의 무게 조직에 적용할 수 있습니다. 선택된 신경지질성 프로토콜 모듈에 관계없이, 조직 샘플링 및 사전 분석 처리, 뇌 격리 및 영역 해부뿐만 아니라 동물 모델을 희생하는 절차는 프로토콜의 세 모듈 모두에 대해 표준화되고 동일하다. 신경 질환에 대한 우리의 조사에서, 질병의 병리학적 결과에 관련있는 말초 기관은 항상 이러한 모듈형 프로토콜을 사용하여 수집및 분석됩니다. 또한, 혈액은 정기적으로 플라즈마 리피도믹스를 위해 샘플링되어 미래의 번역 응용 분야에 대한 견해를 가진 신경 질환의 판독 도구로 사용됩니다. 여기에 제시 된 모듈식 리피도믹스 프로토콜은 매우 다재다능합니다 : 더 큰 조직 양으로 확장 가능하고 거의 모든 조직 유형및 질병에 쉽게 적용 할 수 있습니다. 모듈식 프로토콜의 적용을 위해(그림 1)) 신경질환에서는 외상성 뇌손상, 파킨슨병, 알츠하이머병, 간질 등 신경질환의 발병 및 진행의 표준화된 설치류 모델이 가능하다.
이러한 프로토콜은 kainic acid (KA)유도 마우스 모델인 간질의 급성 단계에서 조직 립피돔 및/또는 전사체의 변화를 연구하기 위해 광범위하게 적용되었으며, 인간 측두엽 간질(TLE)과 유사하기 때문에 전임상 연구에서 널리 사용되는 모델이다.8,911.11. 이러한 프로토콜을 이용하여, 팔미토일레탄올라미드(PEA)12,13과 같은 약물의 치료 잠재력은 간질의 동일한 마우스 모델에서 평가되었다. 이 연구는 뇌와 주변의 높고 낮은 공간 해상도에서 지질 및 mRNA 의 변화를 확인, 최대 급성 발작 강도의 시점에서 (60 분 발작 유도), 4 개의 다른 시점에서 완두콩과 과급성 및 급성 치료에 (20, 60, 120, 180 분) 후 KA 발작 후 급성 시간 감이, 시간 감전. 치료되지 않은 KA 주입 마우스의 플라즈마, 뇌 및 말초 기관, 급성 및 하위 완두콩 처리 마우스뿐만 아니라 차량 및 완두콩 차량 제어 마우스는 매 시점 12,13에 수집되었으며, 이러한 분자 분석을 통해 조사하였다. 분자 데이터는 급성 간질 단계및 PEA의 잠재력의 진행을 해명하기 위해 발작 점수에 의해 얻어진 행동 표현형뿐만 아니라 신경 퇴행성 과정에 대한 면역 조직화학 유래 데이터와 상관관계가 있었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명된 신경 지질도혈 및 전사 방법론은 뇌 및 말초 장기의 높고 낮은 공간 해상도에서 질병이나 건강한 발달을 조사하는 실행 가능한 의미입니다. 최적화된 플라즈마 샘플링 및 취급 절차로 인해 혈장 리피도믹 분석은 조직 리피도믹스 및 전사학을 위해 희생된 동일한 동물로부터 수행될 수 있으므로 조직 혈액 분자 상관관계 및 바이오마커 발견의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 3개의 …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 이 기사를 에르멜린다 로마초 박사에게 헌납합니다. 이 원고를 마무리하는 동안 에르멜린다 로마조 박사는 세상을 떠났습니다. 그녀는 의미있는 연구 목적을 달성하기 위해 연구 작업에 과학과 사심없는 참여에 대한 열정의 구현이다. 그녀는 항상 인간의 더 큰 복지에 의미 있는 기여를 꿈꿔주었다. 그녀의 선한 성격은 과학과 삶의 격렬한 길로 인해 결코 타협되지 않았습니다. 그녀는 우리의 마음에 귀중하고 영원히 남아있을 것입니다.
줄리아 M. 포스트는 요하네스 구텐베르크 대학 마인츠의 대학 의료 센터에서 번역 신경 과학 (FTN)에 대한 초점 프로그램에 의해 투자되었으며, 현재 LB에 SPP-2225 EXIT 프로젝트에 의해 투자된다. 이러한 연구에 대 한 부분 자금 은 리피도믹스 코어 시설에 의해 제공 되었다, 생리 화학 연구소, 그리고 교내 기금 (LB에) 요하네스 구텐베르크 대학 마인츠의 대학 의료 센터에서.
Materials
| 12(S)-HETE | Biomol | Cay10007248-25 | Lipid Std |
| 12(S)-HETE-d8 | Biomol | Cay334570-25 | Lipid Std |
| 1200 series LC System | Agilent | Instrumentation/LCMS | |
| 2100 Bioanalyzer | Agilent | Instrumentation/qPCR | |
| 5(S)-HETE-d8 | Biomol | Cay 334230 | Lipid Std |
| ABI 7300 Real-Time PCR cycler | Applied Biosystems | Instrumentation/qPCR | |
| Acetonitrile LC-MS Chroma Solv | Honeywell | 9814920 | Solvent/LCMS |
| amber eppendorf tubes | Eppendorf | Sample Prep. | |
| Analyst 1.6.2 Software | AB SCIEX, Darmstadt | Software | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | Instrumentation/Sample prep. | |
| Arachidonic Acid-d8 MS Standard | Biomol | Cay-10007277 | Lipid Std |
| Bessmann Tissue Pulverizer | Spectrum Laboratories, Inc. (Breda, Netherlands) | Instrumentation/Sample prep. | |
| Bino | Zeiss | Microscopy | |
| cleaved Caspase 3 antibody | Cellsignaling | 9661S | Microscopy |
| Cryostat, Leica CM3050 S | Leica Biosystems | Instrumentation/Sample prep. | |
| CTC HTC PAL autosampler | CTC Analytics AG | Instrumentation/LCMS | |
| Dumont Curved Forceps Dumoxel #7 | FST | 11271-30 | Surgical Tools |
| Dumont Forceps Super fine tip #5SF (x2) | FST | 11252-00 | Surgical Tools |
| EDTA 1000 A Röhrchen | Kabe Labortechnik | 078001 | Sample Prep. |
| EP-1 EconoPump | BioRAD | 700BR07757 | Instrumentation/Sample prep. |
| Fine Forceps Mirror Finish | FST | 11412-11 | Surgical Tools |
| Fine Iris Scissors straight sharp | FST | 14094-11 | Surgical Tools |
| Fine Scissor Tungsten Carbide straight | FST | 14568-09 | Surgical Tools |
| Iris Spatulae | FST | 10094-13 | Surgical Tools |
| Kainic acid | Abcam | ab120100 | Epileptic drug |
| Lipid View software | AB SCIEX, Darmstadt | Software | |
| LPC 17:0 | Avanis Polaris | 855676P | Lipid Std |
| LPC 18:0 | Avanis Polaris | 855775P | Lipid Std |
| Luna 2,5µm C18(2)- HAST 100A LC column | Phenomenex | 00D-4446-B0 | Instrumentation/LCMS |
| Magnifying lamp | Maul GmbH | Instrumentation/Sample prep. | |
| Methanol LC-MS Chroma Solv 99.9% | Honeywell | 9814920 | Solvent/LCMS |
| Motic Camara | Motic | Microscopy | |
| MTBE | Honeywell | 34875-1L | Solvent/LCMS |
| MultiQuant 3.0 quantitation software package | AB SCIEX, Darmstadt | Software | |
| NanoDrop 2000c Spectrophotometer | Thermo Scientific | Instrumentation/qPCR | |
| PA 16:0-18:1 | Avanis Polaris | 840857P | Lipid Std |
| PA 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1404 | Lipid Std |
| Palmitoyl Ethanolamide | Biomol | Cay90350-100 | Lipid Std |
| Palmitoyl Ethanolamide-d5 | Biomol | Cay9000573-5 | Lipid Std |
| PC 16:0-18:1 | Avanis Polaris | 850457P | Lipid Std |
| PC 16:0-18:1 | Avanis Polaris | 850457P | Lipid Std |
| PC 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1004 | Lipid Std |
| PE 16:0-18:1 | Avanis Polaris | 850757P | Lipid Std |
| PE 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1104 | Lipid Std |
| PG 16:0-18:1 | Avanis Polaris | 840457P | Lipid Std |
| PG 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1204 | Lipid Std |
| PI 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1504 | Lipid Std |
| Precelleys 24 | Peqlab | Instrumentation/Sample prep. | |
| Precellys Keramik-Kügelchen | Peqlab | 91-pcs-ck14p | Sample Prep. |
| Precellys Stahlkugeln 2,8mm | Peqlab | 91-PCS-MK28P | Sample Prep. |
| Precellys-keramik-kit 1,4 mm | VWR | 91-PCS-CK14 | Sample Prep. |
| Prostaglandin D2 | Biomol | Cay 12010 | Lipid Std |
| Prostaglandin D2-d4 | Biomol | Cay 312010 | Lipid Std |
| Prostaglandin E2 | Biomol | Cay10007211-1 | Lipid Std |
| Prostaglandin E2-d9 | Biomol | Cay10581-50 | Lipid Std |
| PS 17:0-14:1 | Avanis Polaris | LM-1304 | Lipid Std |
| Q Trap 5500 triple-quadrupole linear ion trap MS | AB SCIEX | AU111609004 | Instrumentation/LCMS |
| Real Time PCR System | Appliert Biosystem | Instrumentation/qPCR | |
| Resolvin D1 | Biomol | Cay10012554-11 | Lipid Std |
| Rneasy Mini Kit – RNAase-Free DNase Set (50) | Qiagen | 79254 | Sample Prep. |
| Security Guard precolumn | Phenomenex | Instrumentation/LCMS | |
| Shandon coverplates | Thermo Fisher | 72110017 | Microscopy |
| Shandon slide rack and lid | Thermo Fisher | 73310017 | Microscopy |
| SM 18:0 | Avanis Polaris | 860586P | Lipid Std |
| SM d18:1/12:0 | Avanis Polaris | LM-2312 | Lipid Std |
| Standard Forceps straight Smooth | FST | 11016-17 | Surgical Tools |
| Surgical Scissor ToughCut Standard Pattern | FST | 14130-17 | Surgical Tools |
| T3000 Thermocycler | Biometra | Instrumentation/qPCR | |
| Thromboxane B2 | Biomol | Cay19030-5 | Lipid Std |
| Thromboxane B2-d4 | Biomol | Cay319030-25 | Lipid Std |
| Tissue Lyser II | Qiagen/ Retsch | 12120240804 | Instrumentation/Sample prep. |
| Tissue Tek | Sakura Finetek | 4583 | Microscopy |
| Toluidinblau | Roth | 0300.2 | Microscopy |
| Vapotherm | Barkey | 4004734 | Instrumentation/Sample prep. |
| Wasser LC-MS Chroma Solv | VWR | 9814920 | Solvent/LCMS |
References
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