Scheenbeen Nerve doorsnijding - Een gestandaardiseerd model voor denervatie-geïnduceerde Skeletal Muscle Atrofie in Muizen
Summary
De scheenbeenzenuw doorsnijding model is een goed verdragen, gevalideerde en reproduceerbaar model van de skeletspier atrofie. Het model chirurgische protocol wordt beschreven en gedemonstreerd in C57Black6 muizen.
Abstract
De scheenbeenzenuw doorsnijding model is een goed verdragen, gevalideerde en reproduceerbaar model van denervatie-geïnduceerde skeletspier atrofie bij knaagdieren. Hoewel oorspronkelijk ontwikkeld en uitgebreid in de rat door zijn grotere omvang, het tibiale zenuw in muizen is groot genoeg dat het gemakkelijk kan worden gemanipuleerd met ofwel verbrijzeling of doorsnijden, waardoor de peroneale en suralis takken van de nervus ischiadicus intact en daardoor behouden hun doel spieren. Zo, dit model biedt de voordelen van het induceren minder morbiditeit en belemmering van ambulantie dan de heupzenuw doorsnijding model en maakt het ook mogelijk onderzoekers om de fysiologische, cellulaire en moleculaire biologische mechanismen reguleren van het proces van spieratrofie in genetisch gemanipuleerde muizen te bestuderen. De scheenbeenzenuw levert de gastrocnemius, soleus en plantaris spieren, zodat haar doorsnijding maakt de studie van gedenerveerde skeletspier bestaat uit fast twitch type II vezels en / of slow twitch type Ivezels. Hier laten we zien de nervus tibialis doorsnijding model in de C57Black6 muis. We evalueren de atrofie van de gastrocnemius spier als vertegenwoordiger spier, bij 1, 2 en 4 weken na denervatie door meting spier gewichten vezeltype specifieke doorsnede on paraffine ingebedde histologische secties immunologisch gekleurd voor fast twitch myosine.
Introduction
Skeletspieren denervatie, vanwege traumatische perifere zenuwschade, ziekte of farmacologische interventies, heeft het onmiddellijk verlies van spierweefsel vrijwillige contractiele functie. Muscle gelijktijdig begint te atrofie en deze atrofie is omkeerbaar indien tijdig, goede kwaliteit reïnnervatie optreedt 1,2. Aangezien reïnnervatie, myofiber atrofie vordert en onomkeerbare biologische veranderingen in de spieren optreden met spierfibrose en myofiber dood. Hier laten we zien de nervus tibialis doorsnijding model, een model van denervatie-geïnduceerde skeletspier atrofie en fibrose, in muizen. Dit model kunnen wetenschappers de fysiologische, cellulaire en moleculaire biologische mechanismen die ten grondslag liggen spieratrofie in vivo in de gastrocnemius en soleus spieren te bestuderen. Terwijl historisch voornamelijk gebruikt in ratten, meer recente toepassing van dit model knockout en transgene muizenlijnen bijzonder kunnen onderzoekers de rol van hun beoordelenbepaalde proteïne (s) van belang in de inductie, ontwikkeling en onderhoud, of alternatief de resolutie, spieratrofie en fibrose in vivo.
De nervus tibialis is een gemengd motor-sensorische perifere zenuw in het knaagdier achterbeen, en is een van de drie terminal takken van de nervus ischiadicus. Doorsnijding van de nervus tibialis denervates de gastrocnemius, soleus en plantaris spieren (en de drie kleine diepe flexoren van de voet, waaronder tibialis posterior, flexor digitorum longus en flexor hallicus longus), en het is een goed gestandaardiseerd en gevalideerd model bij ratten 3,4 . De gastrocnemius en soleus spieren kunnen gemakkelijk worden ontleed op seriële tijdstippen onderbrengen tibialis doorsnijding, gefixeerd en verwerkt voor histologische evaluatie van spier en spiervezel morfometrie of flash bevroren extractie van spier-RNA en eiwitten voor de te bestuderen, bijvoorbeeld, de cellulaire signalerende netwerken reguleren spieratrofie. De gastrocnemius spier is een gemengde vezel spiertype (type I en type II, hoewel voornamelijk type II) en soleus spier bestaat uit een groot deel van type I vezels, waardoor zowel snelle als langzame krampspier voor beoordeling 5,6. De scheenbeenzenuw doorsnijding model is geschikt voor het bestuderen van het proces van denervatie-geïnduceerde spieratrofie in zowel de korte termijn (dagen) 7 en lange termijn (weken tot maanden) 4,8.
In tegenstelling tot de heupzenuw doorsnijding model (een tweede model van denervatie-geïnduceerde spieratrofie vaak gebruikt bij knaagdieren), scheenbeenzenuw doorsnijding induceert minder morbiditeit bij het dier, waardoor het een aantrekkelijk model. Doorsnijding van de nervus ischiadicus denervates alle spieren van het been (onder de knie) en de voet, beperkten de mogelijkheden van het dier te ambulate 2, terwijl doorsnijding van de nervus tibialis verlaat de peroneus en suralis takken van de nervus zenuw intact, waardoor het behoud vanhun doel spieren en sensorische gebieden. De muis kan niet plantar flex invertsiropen de voet, maar gemakkelijk kan ambulate en het gewicht draagt gelijkmatig op beide achterpoten, waardoor aanzienlijk verminderen van de morbiditeit van het model. Ganganalyse studies ter evaluatie van het lopen patronen werden uitgevoerd bij ratten na scheenbeen en heupzenuw verwondingen en aantonen dat footprint en het gewicht dragen beter wordt geconserveerd met scheenbeen blessure 9,10. Bovendien, in de tibialis doorsnijding model, de peroneale zenuw kan worden ingezet op een later tijdstip en overgebracht als een bron van vertraagde reinnervation, indien de studie ontwerp vereist 3. In tegenstelling, vertraagde reïnnervatie in de heupzenuw doorsnijding model is het gebruik van een zenuwtransplantaat aan de heupzenuw tekort, zeer aanzienlijke verhoging van de technische moeilijkheidsgraad van het model en het gebruik ervan te beperken tot ervaren chirurgen.
Terwijl de nervus tibialis doorsnijding model requires vertrouwdheid van de operator met steriele operatietechniek in dierlijke chirurgie, zowel de nervus tibialis en kuitspieren het innervates zijn gemakkelijk toegankelijk en herkenbaar zijn voor manipulatie, zodat personen die geen chirurgen, of zeer ervaren met dierlijke chirurgie, kan gemakkelijk onder de knie dit model .
Protocol
Representative Results
Discussion
De scheenbeenzenuw doorsnijding model van denervatie-geïnduceerde skeletspier atrofie is een algemeen gebruikte en goed gevalideerd model bij ratten. We hebben dit model aangepast voor gebruik in muizen, waarmee de onderzoeker te profiteren van de aanwezigheid van genetisch gemanipuleerde muizen en de studie van het proces van spieratrofie in vivo bij afwezigheid van eiwitten essentieel voor de regulatie van spiermassa 7,8. De gastrocnemius en soleus spieren, zowel gedenerveerde in dit model, gemakk…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de CIHR Neuromusculaire Research Partnership (JNM – 90.959; naar 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. 신경과학. , 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).
