Vi udviklede en metode til kvantitativ 3D in silico modellering (q3DISM) af cerebral amyloid-β (Ap) fagocytose af mononukleære fagocytter i gnavermodeller for Alzheimers sygdom. Denne metode kan generaliseres til kvantificering af næsten enhver fagocytisk begivenhed in vivo.
Neuroinflammation er nu anerkendt som en vigtig ætiologisk faktor i neurodegenerativ sygdom. Mononukleære fagocytter er medfødte immunceller er ansvarlige for fagocytose og clearance af snavs og efterladenskaber. Disse celler omfatter CNS-residente makrofager kendt som mikroglia og mononukleære fagocytter infiltrerer fra periferien. Lysmikroskopi har generelt været brugt til at visualisere fagocytose i gnavere eller menneskelige hjerne prøver. Imidlertid har kvalitative metoder ikke givet endegyldige bevis for in vivo fagocytose. Her beskriver vi kvantitativ 3D i silico modellering (q3DISM), en robust metode giver mulighed for ægte 3D kvantificering af amyloid-β (Ap) fagocytose af mononukleære fagocytter i gnavere Alzheimers sygdom (AD) modeller. Fremgangsmåden involverer fluorescerende visualisering Ap indkapslet i phagolysosomes i gnaver hjernesektioner. Store z-dimensionelle konfokale datasæt derefter 3D rekonstrueres til kvantificering af A &# 946; rumligt colocalized inden fagolysosomet. Vi viser den vellykkede anvendelse af q3DISM til muse- og rottehjerner, men denne metode kan udvides til stort set alle fagocytisk begivenhed i helst væv.
Alzheimers sygdom (AD), den mest almindelige aldersrelateret demens 1, er karakteriseret ved cerebral amyloid-β (Ap) akkumulering som "senile" p-amyloid plaques, kronisk lavt niveau neuroinflammation, tauopati, neurontab og kognitive forstyrrelser 2 . I AD patient hjerner, er neuroinflammation øremærket af reaktiv astrocytter og mononukleære fagocytter (benævnt mikroglia, selv om deres centrale vs. perifer oprindelse er fortsat uklart) omgiver Ap indskud 3. Da de medfødte immunforsvar vagtposter i CNS, er mikroglia centralt placeret for at rydde hjernen Ap. Imidlertid er mikroglial rekruttering til Ap plaques ledsaget af meget lidt, om nogen, Ap fagocytose 4,5. En hypotese er, at mikroglia er oprindeligt neurobeskyttende ved fagocyterende små forsamlinger Ap. Men i sidste ende disse celler bliver neurotoksisk som overvældende Ap-byrde og / eller aldersrelaterede funktionelle decline, provokerer mikroglia i en dysfunktionel proinflammatorisk fænotype, der bidrager til neurotoksicitet og kognitiv tilbagegang 6.
Nylige genom-dækkende Association Studies (GWAS) har identificeret en klynge af AD risikofaktorer alleler tilhører centrale medfødte immun veje 7, som modulerer fagocytose 8-11. Derfor har immunresponset på cerebral amyloid aflejring blevet en vigtig område af interesse, både med hensyn til forståelsen af AD ætiologi og for at udvikle nye terapeutiske tilgange 12-14. Men der er et vitalt behov for metode til at vurdere Ap fagocytose in vivo. For at løse dette uopfyldt behov, har vi udviklet kvantitativ 3D i silico modellering (q3DISM) for at muliggøre ægte 3D kvantificering af cerebral Ap fagocytose med mononukleære fagocytter i gnavermodeller for Alzheimer-lignende sygdom.
Kun begrænset af det omfang, hvori de rekapitulere sygdom, dyremodeller harvist sig uvurderlig for forståelsen AD pathoetiology og for at vurdere eksperimentelle lægemidler. På grund af det faktum, at mutationer i Presenilin (PS) og amyloidprecursorprotein (APP) gener uafhængigt forårsage autosomal dominant AD, er disse mutante transgener blevet grundigt anvendt til at generere transgene gnavermodeller. Transgene APP / PS1-mus samtidigt at co-udtrykke "svenske" mutant human APP (APP SWE) og Δ exon 9 mutant human presenilin 1 (PS1ΔE9) til stede med accelereret cerebral amyloidosis og neuroinflammation 15,16. Endvidere har vi skabt bi-transgene rotter coinjiceret med APP swe og PS1ΔE9 konstruktioner (line TgF344-AD, på en Fischer 344 baggrund). I modsætning til transgene musemodeller af cerebral amyloidose, TgF344-AD rotter udvikler cerebral amyloid, der går forud tauopati, apoptotiske tab af neuroner, og adfærdsmæssig svækkelse 17.
I denne rapport beskriver vi en protokol for immunostaining mikroglia, phagolysosomes og Ap indskud i hjernen sektioner fra APP / PS1 mus og TgF344-AD rotter og erhvervelse af store z-dimensionelle konfokale billeder. Vi detaljer i silico generation og analyse af ægte 3D-rekonstruktioner fra konfokale datasæt tillader kvantificering af Ap optagelse i microgliale phagolysosomes. Mere bredt kan den metode, we detaljer her anvendes til at kvantificere stort set enhver form for fagocytose in vivo.
Den protokol, som vi beskriver i denne rapport for ægte 3D kvantificering af Ap fagocytose in vivo ved mononukleære fagocytter afhængig særlig mærkning af cellulære og subcellulære rum samt Ap indskud. Specifikt anvender vi Iba1 (ioniseret-calciumbindende Adaptor molekyle 1), et protein, der er involveret i membranen ruffling og fagocytose ved celleaktivering 18, 19, til at farve cerebrale mononukleære fagocytter. Mens Iba1 + celler generelt betragtes som hjer…
The authors have nothing to disclose.
M-V.G-S. is supported by a BrightFocus Foundation Alzheimer’s Disease Research Fellowship Award (A2015309F) and an Alzheimer’s Association, California Southland Chapter Young Investigator Award. T.M.W. is supported by an ARCS Foundation and John Douglas French Alzheimer’s Foundation Maggie McKnight Russell-JDFAF Memorial Postdoctoral Fellowship. This work was supported by the National Institute on Neurologic Disorders and Stroke (1R01NS076794-01, to T.T.), an Alzheimer’s Association Zenith Fellows Award (ZEN-10-174633, to T.T.), and an American Federation of Aging Research/Ellison Medical Foundation Julie Martin Mid-Career Award in Aging Research (M11472, to T.T.). We are grateful for startup funds from the Zilkha Neurogenetic Institute, which helped to make this work possible.
Isoflurane | Abbott | NDC 0044-5260-05 | |
Dissecting scissors | VWR | 82027-582 | |
Dissecting scissors Blunt tip | VWR | 82027-588 | |
Tweezers | VWR | 94024-408 | |
23G needle | VWR | BD305145 | |
peristaltic pump FH10 | Thermo Scientific | 72-310-010 | |
PBS 10X | Bioland Scientific | PBS01-02 | Working concentration 1X |
Adult Mouse Brain Matrix, Coronal slices, Stainless Steel 1mm | Kent Scientific | RBMS-200C | |
Adult Rat Brain Matrix, Coronal slices, Stainless Steel 1mm | Kent Scientific | RBMS-305C | |
32% Paraformaldehyde aqueous solution | EMS | 15714-S | Caution: Toxic. Working concentration 4% in PBS |
Ethanol | VWR | 89125-188 | Various concentrations, see protocol |
Tissue-Tek Uni-cassettes Sakura | VWR | 25608-774 | |
Embedding and Infiltration Paraffin | VWR | 15147-839 | |
Microtome Leica RM2125 | Leica Biosystems | ||
Disposable Microtome Blades | VWR | 25608-964 | |
Water bath Leica HI 1210 | Leica Biosystems | ||
Micro slide Superfrost plus | VWR | 48311-703 | |
Xylene | Sigma-Aldrich | 534056-4X4L | Caution: Toxic |
Target Retrieval Solution 10X | DAKO | S1699 | Working concentration 1X |
KimWipes | VWR | 21905-026 | |
Hydrophobic PAP pen | VWR | 95025-252 | |
Triton X-100 | VWR | 97062-208 | |
Normal Donkey Serum | Jackson Immuno | 017-000-121 | |
Coverslips | VWR | 48393081 | |
Prolong Gold antifade reagent with DAPI | Life Technologies | P36935 | |
Glass Slide Rack | VWR | 100492-942 | |
Iba1 antibody (polyclonal, rabbit) | Wako | 019-19741 | Working concentration 1:200 |
Iba1 antibody (polyclonal, goat) | LifeSpan Bioscience | LS-B2645 | Working concentration 1:200 |
rat CD68 [KP1] antibody (monoclonal, mouse) | Abcam | ab955 | Working concentration 1:200 |
mouse CD68 [FA-11] antibody (monoclonal, rat) | Abcam | ab53444 | Working concentration 1:200 |
mouse CD107a (LAMP1) antibody (monoclonal, rat) | Affymetrix | 14-1071 | Working concentration 1:100 |
Beta-Amyloid, 17-24 (4G8) antibody (monoclonal, mouse) | Covance | SIG-39220 | Working concentration 1:200 |
Beta-Amyloid, 1-16 (6E10) antibody (monoclonal, mouse) | Covance | SIG-39320 | Working concentration 1:200 |
OC antibody (polyclonal, rabbit) | Gifted by D. H. Cribbs and C. G. Glabe (UC Irvine) | Working concentration 1:200 | |
Alexa Fluor 488 mouse secondary antibody | Invitrogen | A-11001 | Working concentration 1:1000 |
Alexa Fluor 488 rat secondary antibody | Invitrogen | A-11006 | Working concentration 1:1000 |
Alexa Fluor 594 rabbit secondary antibody | Invitrogen | A-11037 | Working concentration 1:1000 |
Alexa Fluor 594 goat secondary antibody | Invitrogen | A-11080 | Working concentration 1:1000 |
Alexa Fluor 647 mouse secondary antibody | Invitrogen | A-21235 | Working concentration 1:1000 |
Alexa Fluor 647 rabbit secondary antibody | Invitrogen | A-21443 | Working concentration 1:1000 |
Immersion oil | Nikon | ||
A1 Confocal microscope | Nikon | ||
NIS Elements Advanced Research software | Nikon | ||
Imaris:Bitplane software version 7.6 | Bitplane | "coloc" and "supass" modules are used. Alternatively, the open-source freeware ImageJ can be used for colocalization analysis of confocal z-stacks datasets. | |