JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biologia

Induktion och olika bedömningsindikatorer för experimentell autoimmun encefalomyelit

Published: September 09, 2022
doi:
10.3791/63866
, , , , , , , , , , ,
1Putuo People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Signaling and Disease Research, School of Life Sciences and Technology,Tongji University, 2National Laboratory of Biomacromolecules, CAS Center for Excellence in Biomacromolecules, Institute of Biophysics,Chinese Academy of Sciences, 3Department of Infectious Diseases, Shanghai Key Laboratory of Infectious Diseases and Biosafety Emergency Response, National Medical Center for Infectious Diseases, Huashan Hospital,Fudan University

Summary

Detta protokoll beskriver induktionen av experimentell autoimmun encefalomyelit i en musmodell med myelinoligodendrocytglykoprotein och övervakning av sjukdomsprocessen med hjälp av ett kliniskt poängsystem. Experimentella autoimmuna encefalomyelitrelaterade symtom analyseras med hjälp av muslårmikrodatortomografianalys och öppet fälttest för att bedöma sjukdomsprocessen omfattande.

Abstract

Multipel skleros (MS) är en typisk autoimmun sjukdom i centrala nervsystemet (CNS) som kännetecknas av inflammatorisk infiltration, demyelinering och axonal skada. För närvarande finns det inga åtgärder för att bota MS helt, men flera sjukdomsmodifierande terapier (DMT) finns tillgängliga för att kontrollera och mildra sjukdomsprogressionen. Det finns signifikanta likheter mellan de CNS-patologiska egenskaperna hos experimentell autoimmun encefalomyelit (EAE) och MS-patienter. EAE har använts i stor utsträckning som en representativ modell för att bestämma MS-läkemedels effekt och utforska utvecklingen av nya terapier för MS-sjukdom. Aktiv induktion av EAE hos möss har en stabil och reproducerbar effekt och är särskilt lämplig för att studera effekterna av läkemedel eller gener på autoimmun neuroinflammation. Metoden för immunisering av C57BL/6J-möss med myelinoligodendrocytglykoprotein (MOG35-55) och den dagliga bedömningen av sjukdomssymtom med hjälp av ett kliniskt poängsystem delas huvudsakligen. Med tanke på den komplexa etiologin för MS med olika kliniska manifestationer kan det befintliga kliniska poängsystemet inte tillfredsställa bedömningen av sjukdomsbehandling. För att undvika bristerna i en enda intervention skapas nya indikatorer för att bedöma EAE baserat på kliniska manifestationer av ångestliknande stämningar och osteoporos hos MS-patienter för att ge en mer omfattande bedömning av MS-behandling.

Introduction

Autoimmuna sjukdomar är ett spektrum av störningar som orsakas av immunsystemets immunsvar mot sina egna antigener som resulterar i vävnadsskada eller dysfunktion1. Multipel skleros (MS) är en kronisk autoimmun sjukdom av polyneuropati i centrala nervsystemet (CNS), kännetecknad av inflammatorisk infiltration, demyelinering och neuronal axonal degeneration 2,3. För närvarande har MS påverkat så många som 2,5 miljoner människor runt om i världen, mestadels unga och medelålders människor i åldern 20-40 år, som ofta är ryggraden i deras familjer och samhälle. Detta har orsakat betydande konsekvenser och skador för familjer och samhälle 2,4.

MS är en multifaktoriell sjukdom med olika och komplexa kliniska manifestationer. Förutom klassiska neurologiska störningar som kännetecknas av inflammatorisk infiltration och demyelinering visar MS ofta synnedsättning, bendyskinesi och kognitiva och känslomässiga störningar 5,6,7. Om MS-patienter inte får rätt och korrekt behandling kommer hälften av dem att leva i rullstol efter 20 år, och nästan hälften av dem kommer att uppleva depressiva och ångestsymtom, vilket leder till mycket högre nivåer av självmordstankar än den allmänna befolkningen 8,9.

Trots en lång forskningsperiod är etiologin för MS fortfarande svårfångad, och patogenesen av MS har ännu inte klarlagts. Djurmodeller av MS har gjort det möjligt att fungera som testverktyg för att utforska sjukdomsutveckling och nya terapeutiska metoder, trots de betydande skillnaderna mellan gnagare och människors immunsystem, samtidigt som de delar vissa grundläggande principer. Experimentell autoimmun encefalomyelit (EAE) är för närvarande den idealiska djurmodellen för att studera MS, som använder autoantigenimmunitet från myelinproteiner för att inducera autoimmunitet mot CNS-komponenter hos mottagliga möss, med tillägg av komplett Freunds adjuvans (CFA) och kikhosttoxin (PTX) för att förbättra det humorala immunsvaret. Beroende på den genetiska bakgrunden och immunantigener erhålls olika sjukdomsprocesser, inklusive akut, skovvis förlöpande eller kronisk, för att efterlikna olika kliniska former av MS10,11,12. De relevanta immunogenerna som vanligtvis används vid konstruktion av EAE-modeller kommer från själv-CNS-proteiner, såsom myelinbasiskt protein (MBP), proteolipidprotein (PLP) eller myelinoligodendrocytglykoprotein (MOG). MBP- eller PLP-immuniserade SJL/L-möss utvecklar en skovvis förlöpande kurs, och MOG utlöser kronisk progressiv EAE hos C57BL/6-möss11,12,13.

Huvudsyftet med sjukdomsmodifierande terapi (DMT) är att minimera sjukdomssymtom och förbättra funktion6. Flera läkemedel används kliniskt för att lindra MS, men inget läkemedel har ännu använts för att fullständigt bota det, vilket avslöjar behovet av synergistisk behandling. C57BL/6-möss är för närvarande de vanligaste för att konstruera transgena mus, och i detta arbete användes en EAE-modell inducerad av MOG35-55 i C57BL/6J-möss med en 5-punktsskala för att övervaka sjukdomsprogressionen. EAE-modeller lider också av ångestliknande stämningar och benförlust och de allmänt kända demyeliniserande lesionerna. Här beskrivs också metoden för att bedöma symtomen på EAE ur flera perspektiv med hjälp av open-field test och mikro-datortomografi (Micro-CT) analys.

Protocol

Djurvårdskommittén vid Tongji University godkände det nuvarande arbetet och alla riktlinjer för djurvård följdes. Manliga eller kvinnliga C57BL/6J-möss mellan 8-12 veckors ålder användes för experimenten. Det säkerställdes att ålder och kön var desamma i experimentgrupperna; Annars påverkades mottagligheten för sjukdomen. Möss inhystes i en specifik patogenfri miljö med alternerande 12 timmars ljus och mörka cykler under konstanta förhållanden (rumstemperatur 23 ± 1 °C, luftfuktighet 50% ± 10%), m…

Representative Results

Efter immunisering av mössen registreras mössens kroppsvikt dagligen och deras kliniska symtom utvärderas enligt protokollet som beskrivs ovan (steg 4). I C57BL / 6J möss immuniserade med MOG peptid, eftersom platsen för lesionen huvudsakligen är begränsad till ryggmärgen,patogenesen av EAE-möss sprider sig från svansänden till huvudet. I början av sjukdomen uppvisar EAE-möss svaghet och hängande i svansen, följt av svaghet i bakbenen, okoordinerad rörelse och förlamning. När sjukdomen förvärras utvec…

Discussion

MS är en demyeliniserande inflammatorisk sjukdom i CNS och är en av de vanligaste neurologiska störningarna som orsakar kronisk funktionsnedsättning hos unga människor, vilket innebär en enorm börda för familjer och samhälle 3,4. MS har alltid klassificerats som en organspecifik T-cellsmedierad autoimmun sjukdom, vilket får det autoimmuna systemet att långsamt erodera CNS, vilket kommer att involvera flera system i hela kroppen27</sup…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Författarna erkänner stödet från National Natural Science Foundation of China (32070768, 31871404, 31900658 32270754) och State Key Laboratory of Drug Research.

Materials

1 mL syringe(with 26 G needle) Shanghai Kindly Medical Instruments Co., Ltd 60017031
2 mL microcentrifuge tube HAIKELASI KY-LXG2A
22 G needle Shanghai Kindly Medical Instruments Co., Ltd 60017208
Complete Freund’s Adjuvant Sigma F5881 Stored at 4 °C, 1 mg of heat-inactivated MTB (H37Ra) per mL
Conditioned place preference system Shanghai Jiliang Software Technology Co., Ltd Animal behavior
Ethanol Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd 10009218 Stored at RT
Locomotion activity (open field) video analysis system Shanghai Jiliang Software Technology Co., Ltd DigBehv-002 Animal behavior
MOG35-55 peptide Gill Biochemical Co., Ltd GLS-Y-M-03590 Stored at -20 °C
Mycobacterium tuberculosis H37Ra BD 231141 Stored at 4 °C
Open field reaction chamber Shanghai Jiliang Software Technology Co., Ltd Animal behavior
Pertussis toxin Calbiochem 516560 Stored at 4 °C
Phosphate Buffered Saline Made in our laboratory
Scissor Shanghai Medical Instrument (group) Co., Ltd J21010
Sealing film Heathrow Scientific HS 234526B
Sorvall Legend Micro 21R Microcentrifuge Thermo Scientific 75002447
Steel ball QIAGEN 69975
TissueLyser II QIAGEN 85300
Tweezer Shanghai Medical Instrument (group) Co., Ltd JD1060
μCT 35 desktop microCT scanner Scanco Medical AG, Bassersdorf, Switzerland
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Zhernakova, A., Withoff, S., Wijmenga, C. Clinical implications of shared genetics and pathogenesis in autoimmune diseases. Nature Reviews Endocrinology. 9 (11), 646-659 (2013).
  2. Filippi, M., et al. Multiple sclerosis. Nature Reviews Disease Primers. 4 (1), 43 (2018).
  3. Dobson, R., Giovannoni, G. Multiple sclerosis – a review. Europen Journal of Neurology. 26 (1), 27-40 (2019).
  4. Rietberg, M. B., Veerbeek, J. M., Gosselink, R., Kwakkel, G., van Wegen, E. E. Respiratory muscle training for multiple sclerosis. Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2017).
  5. O’Brien, K., Gran, B., Rostami, A. T-cell based immunotherapy in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis. Immunotherapy. 2 (1), 99-115 (2010).
  6. Feinstein, A., Freeman, J., Lo, A. C. Treatment of progressive multiple sclerosis: what works, what does not, and what is needed. Lancet Neurology. 14 (2), 194-207 (2015).
  7. Li, H., Lian, G., Wang, G., Yin, Q., Su, Z. A review of possible therapies for multiple sclerosis. Molecular and Cellular Biochemistry. 476 (9), 3261-3270 (2021).
  8. Lewis, V. M., et al. depression and suicide ideation in people with multiple sclerosis. Journal of Affective Disorders. 208, 662-669 (2017).
  9. Boeschoten, R. E., et al. Prevalence of depression and anxiety in Multiple Sclerosis: A systematic review and meta-analysis. Journal of the Neurological Sciences. 372, 331-341 (2017).
  10. Constantinescu, C. S., Farooqi, N., O’Brien, K., Gran, B. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) as a model for multiple sclerosis (MS). British Journal of Pharmacology. 164, 1079-1106 (2011).
  11. Glatigny, S., Bettelli, E. Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) as Animal Models of Multiple Sclerosis (MS). Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 8 (11), 028977 (2018).
  12. Procaccini, C., De Rosa, V., Pucino, V., Formisano, L., Matarese, G. Animal models of Multiple Sclerosis. European Journal of Pharmacology. 759, 182-191 (2015).
  13. Mix, E., Meyer-Rienecker, H., Hartung, H. P., Zettl, U. K. Animal models of multiple sclerosis-potentials and limitations. Progress in Neurobiology. 92 (3), 386-404 (2010).
  14. DiToro, D., et al. Insulin-like growth factors are key regulators of T helper 17 regulatory T cell balance in autoimmunity. Immunity. 52 (4), 650-667 (2020).
  15. Jain, R., et al. Interleukin-23-induced transcription factor Blimp-1 promotes pathogenicity of T helper 17 cells. Immunity. 44 (1), 131-142 (2016).
  16. Du, C., et al. Kappa opioid receptor activation alleviates experimental autoimmune encephalomyelitis and promotes oligodendrocyte-mediated remyelination. Nature Communications. 7, 11120 (2016).
  17. Yang, C., et al. Betaine Ameliorates Experimental Autoimmune Encephalomyelitis by Inhibiting Dendritic Cell-Derived IL-6 Production and Th17 Differentiation. The Journal of Immunology. 200 (4), 1316-1324 (2018).
  18. McGinley, A. M., et al. Interleukin-17A serves a priming role in autoimmunity by recruiting IL-1β-producing myeloid cells that promote pathogenic T cells. Immunity. 52 (2), 342-356 (2020).
  19. Kocovski, P., et al. Differential anxiety-like responses in NOD/ShiLtJ and C57BL/6J mice following experimental autoimmune encephalomyelitis induction and oral gavage. Laboratory Animals. 52 (5), 470-478 (2018).
  20. Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. (96), e52434 (2015).
  21. Walsh, R. N., Cummins, R. A. The Open-Field Test: a critical review. Psychological Bulletin. 83 (3), 482-504 (1976).
  22. Tauil, C. B., et al. Depression and anxiety disorders in patients with multiple sclerosis: association with neurodegeneration and neurofilaments. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 54 (3), 10428 (2021).
  23. Gentile, A., et al. Interaction between interleukin-1beta and type-1 cannabinoid receptor is involved in anxiety-like behavior in experimental autoimmune encephalomyelitis. Journal of Neuroinflammation. 13, 231 (2016).
  24. Hearn, A. P., Silber, E. Osteoporosis in multiple sclerosis. Multiple Sclerosis. 16, 1031-1043 (2010).
  25. Gibson, J. C., Summers, G. D. Bone health in multiple sclerosis. Osteoporosis International. 22, 2935-2949 (2011).
  26. Ye, S., Wu, R., Wu, J. Multiple sclerosis and fracture. The International Journal of Neuroscience. 123, 609-616 (2013).
  27. Zamvil, S. S., et al. Lupus-prone’ mice are susceptible to organ-specific autoimmune disease, experimental allergic encephalomyelitis. Pathobiology. 62 (3), 113-119 (1994).
  28. Oh, J., Vidal-Jordana, A., Montalban, X. Multiple sclerosis: clinical aspects. Current Opinion in Neurology. 31 (6), 752-759 (2018).
  29. Smith, P. Animal models of multiple sclerosis. Current Protocols. 1 (6), 185 (2021).
  30. Aharoni, R., Globerman, R., Eilam, R., Brenner, O., Arnon, R. Titration of myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG)-Induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model. Journal of Neuroscience Methods. 351, 108999 (2021).
  31. Lassmann, H., Bradl, M. Multiple sclerosis: experimental models and reality. Acta Neuropathological. 133 (2), 223-244 (2017).
  32. Goverman, J., Perchellet, A., Huseby, E. S. The role of CD8(+) T cells in multiple sclerosis and its animal models. Current Drug Targets. Inflammation and Allergy. 4 (2), 239-245 (2005).
  33. Schultz, V., et al. Acutely damaged axons are remyelinated in multiple sclerosis and experimental models of demyelination. Glia. 65 (8), 1350-1360 (2017).
  34. McRae, B. L., et al. Induction of active and adoptive relapsing experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) using an encephalitogenic epitope of proteolipid protein. Journal of Neuroimmunology. 38 (3), 229-240 (1992).
  35. Zamvil, S., et al. T-cell clones specific for myelin basic protein induce chronic relapsing paralysis and demyelination. Nature. 317 (6035), 355-358 (1985).
  36. Jackson, S. J., Lee, J., Nikodemova, M., Fabry, Z., Duncan, I. D. Quantification of myelin and axon pathology during relapsing progressive experimental autoimmune encephalomyelitis in the Biozzi ABH mouse. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 68 (6), 616-625 (2009).
  37. Gudi, V., Gingele, S., Skripuletz, T., Stangel, M. Glial response during cuprizone-induced de- and remyelination in the CNS: lessons learned. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 73 (2014).
  38. Yu, Q., et al. Strain differences in cuprizone induced demyelination. Cell & Bioscience. 7, 59 (2017).
  39. Dehghan, S., Aref, E., Raoufy, M. R., Javan, M. An optimized animal model of lysolecithin induced demyelination in optic nerve; more feasible, more reproducible, promising for studying the progressive forms of multiple sclerosis. Journal of Neuroscience Methods. 352, 109088 (2021).
  40. Kuypers, N. J., James, K. T., Enzmann, G. U., Magnuson, D. S., Whittemore, S. R. Functional consequences of ethidium bromide demyelination of the mouse ventral spinal cord. Experimental Neurology. 247, 615-622 (2013).
  41. Haji, N., et al. TNF-alpha-mediated anxiety in a mouse model of multiple sclerosis. Experimental Neurology. 237, 296-303 (2012).
  42. Butler, E., Matcham, F., Chalder, T. A systematic review of anxiety amongst people with Multiple Sclerosis. Multiple Sclerosis and Related Disorders. 10, 145-168 (2016).
  43. Peres, D. S., et al. TRPA1 involvement in depression- and anxiety-like behaviors in a progressive multiple sclerosis model in mice. Brain Research Bulletin. 175, 1-15 (2021).
  44. Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. Journal of Bone and Mineral Research. 25 (7), 1468-1486 (2010).
  45. Chappard, D., Retailleau-Gaborit, N., Legrand, E., Baslé, M. F., Audran, M. Comparison insight bone measurements by histomorphometry and microCT. Journal of Bone and Mineral Research. 20 (7), 1177-1184 (2005).
  46. Akhter, M. P., Lappe, J. M., Davies, K. M., Recker, R. R. Transmenopausal changes in the trabecular bone structure. Bone. 41 (1), 111-116 (2007).
  47. Wei, H., et al. Identification of Fibroblast Activation Protein as an Osteogenic Suppressor and Anti-osteoporosis Drug Target. Cell Reports. 33 (2), 108252 (2020).

Tags

Experimental Autoimmune EncephalomyelitisMultiple SclerosisMyelin Oligodendrocyte Glycoprotein PeptideFreud’s AdjuvantPertussis ToxinOpen Field Reaction ChamberMouse Locomotion
check_url/it/63866?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Wang, C., Lv, J., Zhuang, W., Xie, L., Liu, G., Saimaier, K., Han, S., Shi, C., Hua, Q., Zhang, R., Shi, G., Du, C. Induction and Diverse Assessment Indicators of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis. J. Vis. Exp. (187), e63866, doi:10.3791/63866 (2022).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image