Akutte og kroniske modeller af hyperglykæmi i zebrafisk: En metode til vurdering af virkningen af hyperglykæmi på neurogenese og biodistribution af radiomærkede molekyler
Summary
Dette værk beskriver metoder til etablering af akutte og kroniske hyperglykæmi modeller i zebrafisk. Målet er at undersøge virkningen af hyperglykæmi på fysiologiske processer, såsom konstitutiv og skadefremkaldt neurogenese. Arbejdet fremhæver også brugen af zebrafisk for at følge radiomærkede molekyler (her, [ 18 F] -FDG) ved anvendelse af PET / CT.
Abstract
Hyperglykæmi er et stort sundhedsproblem, der fører til hjerte-kar-og cerebral dysfunktion. For eksempel er det forbundet med øgede neurologiske problemer efter slagtilfælde og er vist at svække neurogene processer. Interessant nok har den voksne zebrafisk for nylig fremkommet som en relevant og nyttig model til at efterligne hyperglykæmi / diabetes og at undersøge konstitutiv og regenerativ neurogenese. Dette arbejde giver metoder til udvikling af zebrafiskmodeller af hyperglykæmi for at undersøge virkningen af hyperglykæmi på hjernecelleproliferation under homeostatiske og hjernedannelsesbetingelser. Akut hyperglykæmi er etableret ved intraperitoneal injektion af D-glucose (2,5 g / kg legemsvægt) til voksen zebrafisk. Kronisk hyperglykæmi induceres ved nedsænkning af voksne zebrafisk i D-glucose (111 mM) indeholdende vand i 14 dage. Målinger af blodglukose er beskrevet for disse forskellige tilgange. Metoder til at undersøge virkningen af hyperglykæmi på konstitutiv aNd regenerativ neurogenese ved at beskrive telencephalonens mekaniske skade, dissekere hjernen, paraffinindlejring og snitning med et mikrotom og udføre immunhistokemeprocedurer, påvises. Endelig beskrives også fremgangsmåden til anvendelse af zebrafisk som en relevant model til undersøgelse af biodistribution af radioaktivt mærkede molekyler (her [18F] -FDG) ved anvendelse af PET / CT.
Introduction
Hyperglykæmi er defineret som overdrevne blodglukoseniveauer. Selvom det kunne afspejle en akut stress situation, er hyperglykæmi også en tilstand, der ofte fører til diagnose af diabetes, en kronisk lidelse af insulinsekretion og / eller resistens. I 2016 er antallet af voksne, der lever med diabetes, nået 422 millioner over hele verden, og hvert år dør 1,5 millioner mennesker af denne sygdom, hvilket gør det til et stort sundhedsproblem 1 . Faktisk fører ukontrolleret diabetes til flere fysiologiske lidelser, som påvirker hjerte-kar-systemet, nyrerne og perifere og centrale nervesystemer.
Interessant nok kan akut og kronisk hyperglykæmi ændre kognition og bidrage til både demens og depression 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Derudover er adgangen til patienter wIth hyperglykæmi har været forbundet med dårligere funktionelle, neurologiske og overlevelsesresultater efter iskæmisk slagtilfælde 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . Det blev også vist, at hyperglykæmi / diabetes påvirker voksen neurogenese, en proces, der fører til dannelsen af nye neuroner, ved at påvirke neural stamcelleaktivitet og neuronal differentiering, migration og overlevelse 2 , 12 .
I modsætning til pattedyr viser teleostfisk som zebrafisk intensiv neurogen aktivitet i hele hjernen og udviser en fremragende kapacitet til hjernearbejde i voksenalderen 13 , 14 , 15 , 16 . Navnlig er sådanne kapaciteter mulige på grund af neu's vedholdenhedRal stam / progenitor celler, herunder radial glia og neuroblaster 17 , 18 , 19 . Desuden har zebrafisken for nylig fremkommet som en model til undersøgelse af stofskifteforstyrrelser, herunder fedme og hyperglykæmi / diabetes 20 , 21 , 22 .
Selv om zebrafisken er en velkendt model for hyperglykæmi og neurogenese, har få undersøgelser undersøgt virkningen af hyperglykæmi på hjernens homeostase og kognitive funktion 12 , 23 . For at bestemme virkningen af hyperglykæmi på konstitutiv og skadefremkaldt hjernecelleproliferation blev der skabt en model af akut hyperglykæmi ved intraperitoneal injektion af D-glucose. Derudover blev en model af kronisk hyperglykæmi reproduceret ved nedsænkning af fisk i vand suppleret wMed D-glucose 12 . Zebrafish udviser mange fordele ved forskningen. De er billige, nemme at hæve og gennemsigtige i de første udviklingsstadier, og deres genom er blevet sekventeret. I forbindelse med dette arbejde viser de også flere yderligere fordele: (1) de deler lignende fysiologiske processer med mennesker, hvilket gør dem til et kritisk redskab til biomedicinsk forskning; (2) de giver mulighed for hurtig undersøgelse af virkningen af hyperglykæmi på hjernens homeostase og neurogenese under hensyntagen til deres udbredt og stærke neurogene aktivitet; Og (3) de er en alternativ model, der muliggør reduktion af antallet af pattedyr, der anvendes i forskning. Endelig kan zebrafisk bruges som en model til testning af biodistribution af radioaktivt mærke molekyler og potentielle terapeutiske midler ved anvendelse af PET / CT.
Det overordnede mål med følgende procedure er at visuelt dokumentere, hvordan man opstiller modeller af akut og kronisk hyperglykæmi i zebrafisk, brug zebRafish til at vurdere hjernemodellering i hyperglykæmiske tilstande og overvåge radioaktivt mærket molekyler (her [18F] -FDG) ved anvendelse af PET / CT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dette arbejde beskriver forskellige metoder til at etablere akutte og kroniske modeller af hyperglykæmi hos zebrafisk. De vigtigste fordele ved disse procedurer er, at: 1) de giver mulighed for en reduktion i antallet af pattedyr, der anvendes til forskning, (2) de er enkle at etablere og hurtige at gennemføre, og (3) de er økonomiske. Derfor tillader sådanne modeller at undersøge virkningen af hyperglykæmi på et stort antal dyr for at studere dens indvirkning på forskellige fysiologiske processer, herunde…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker i høj grad Direction des Usages du Numérique (DUN) fra La Réunion Universitet til redigering af videoen (især Jean-François Février, Eric Esnault og Sylvain Ducasse), Lynda-Rose Mottagan til voiceover, Mary Osborne-Pellegrin til korrekturlæsning Voice-over og CYROI-platformen. Dette arbejde blev støttet af tilskud fra La Réunion University (Bonus Qualité Recherche, Dispositifs incitatifs), Conseil Régional de La Réunion, Den Europæiske Union (CPER / FEDER) og Philancia-foreningen. ACD er modtager af stipendium fra Ministère de l'Education Nationale de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, La Réunion Universitet (Contrat Doctoral).
Materials
| 1mL Luer-Lok Syringe | BD, USA | 309628 | |
| 4',6'-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma-Aldrich, Germany | D8417 | |
| 7 mL bijou container plain lab | Dutscher, France | 080171 | |
| D-glucose | Sigma-Aldrich, Germany | 67021 | |
| Digital camera | Life Sciences, Japan | Hamamatsu ORCA-ER | |
| Disposable base molds | Simport, Canada | M475-2 | |
| Donkey anti-rabbit Alexa fluor 488 | Life Technologies, USA | A21206 | |
| Embedding center | Thermo Scientific, USA | Shandon Histocentre 3 | |
| Fluorescence microscope | Nikon, Japan | Eclipse 80i | |
| Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) | Cyclotron, France | ||
| Glucometer test strip | LifeScan, France | One-Touch 143 Ultra | |
| Goat anti-mouse Alexa fluor 594 | Life Technologies, USA | A11005 | |
| In-Vivo Imaging System | TriFoil Imaging, Canada | Triumph Trimodality | |
| Microtome | Thermo Scientific, USA | Microm HM 355 S | |
| Monoclonal mouse anti-PCNA | DAKO, USA | clone PC10 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich, Germany | P6148-500G | |
| Polyclonal rabbit anti-GFAP | DAKO, USA | Z033429 | |
| Slide drying bench | Electrothermal, USA | MH6616 | |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium citrate trisodium salt dehydrate | Prolabo, France | 27833.294 | |
| Sterile needle | BD Microlance 3 | 30 G 1/2 ; 0.3 mm x 13 mm | |
| Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Student surgical scissors | Fine Science Tools | 91400-14 | |
| Superfros Plus Gold Slides | Thermo Scientific, USA | FT4981GLPLUS | |
| Surgical microscope | Leica, France | M320-F12 | |
| Tissue embedding cassettes | Simport, Canada | M490-10 | |
| Tissue embedding medium | LeicaBiosystems, USA | 39602004 | |
| Toluene | Sigma-Aldrich, Germany | 244511 | |
| Tricaine MS-222 | Sigma-Aldrich, Germany | A5040 | |
| Triton X100 | Sigma-Aldrich, Germany | X100-500 mL | |
| Vectashield medium | Vector Laboratories, USA | H-1000 | |
| Xylene | Sigma-Aldrich, Germany | 534056 | |
| Fish Strain | AB | ||
| Saline phosphate buffer (10X PBS) pH 7.4 (for 1 liter) | For preparing 10X PBS, add the following salts and complete to 1 liter with distilled water | ||
| Potassium chloride (MM : 74.55 g/mol): 2.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | 746436 | |
| Potassium phosphate monobasic (MM: 136,09 g/mol): 2.40g | Sigma-Aldrich, Germany | 795488 | |
| Sodium chloride (MM : 58.44 g/mol): 80.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium phosphate dibasic (MM: 141,96 g): 14,40 g | Sigma-Aldrich, Germany | 795410 |
Referências
- Ho, N., Sommers, M. S., Lucki, I. Effects of diabetes on hippocampal neurogenesis: links to cognition and depression. Neurosci Biobehav Rev. 37 (8), 1346-1362 (2013).
- Cukierman, T., Gerstein, H. C., Williamson, J. D. Cognitive decline and dementia in diabetes–systematic overview of prospective observational studies. Diabetologia. 48 (12), 2460-2469 (2005).
- Gaudieri, P. A., Chen, R., Greer, T. F., Holmes, C. S. Cognitive function in children with type 1 diabetes: a meta-analysis. Diabetes Care. 31 (9), 1892-1897 (2008).
- Brismar, T., et al. Predictors of cognitive impairment in type 1 diabetes. Psychoneuroendocrinology. 32 (8-10), 1041-1051 (2007).
- Ojo, O., Brooke, J. Evaluating the Association between Diabetes, Cognitive Decline and Dementia. Int J Environ Res Public Health. 12 (7), 8281-8294 (2015).
- Capes, S. E., Hunt, D., Malmberg, K., Pathak, P., Gerstein, H. C. Stress hyperglycemia and prognosis of stroke in nondiabetic and diabetic patients: a systematic overview. Stroke. 32 (10), 2426-2432 (2001).
- Stead, L. G., et al. Hyperglycemia as an independent predictor of worse outcome in non-diabetic patients presenting with acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 10 (2), 181-186 (2009).
- Kagansky, N., Levy, S., Knobler, H. The role of hyperglycemia in acute stroke. Arch Neurol. 58 (8), 1209-1212 (2001).
- Gilmore, R. M., Stead, L. G. The role of hyperglycemia in acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 5 (2), 153-158 (2006).
- Desilles, J. P., et al. Diabetes mellitus, admission glucose, and outcomes after stroke thrombolysis: a registry and systematic review. Stroke. 44 (7), 1915-1923 (2013).
- Dorsemans, A. C., et al. Impaired constitutive and regenerative neurogenesis in adult hyperglycemic zebrafish. J Comp Neurol. , (2016).
- Schmidt, R., Strähle, U., Scholpp, S. Neurogenesis in zebrafish – from embryo to adult. Neural Dev. 8, 3 (2013).
- Kizil, C., Kaslin, J., Kroehne, V., Brand, M. Adult neurogenesis and brain regeneration in zebrafish. Dev Neurobiol. 72 (3), 429-461 (2012).
- Grandel, H., Brand, M. Comparative aspects of adult neural stem cell activity in vertebrates. Dev Genes Evol. 223 (1-2), 131-147 (2013).
- Lindsey, B. W., Tropepe, V. A comparative framework for understanding the biological principles of adult neurogenesis. Prog Neurobiol. 80 (6), 281-307 (2006).
- März, M., et al. Heterogeneity in progenitor cell subtypes in the ventricular zone of the zebrafish adult telencephalon. Glia. 58 (7), 870-888 (2010).
- Chapouton, P., Jagasia, R., Bally-Cuif, L. Adult neurogenesis in non-mammalian vertebrates. Bioessays. 29 (8), 745-757 (2007).
- Lindsey, B. W., Darabie, A., Tropepe, V. The cellular composition of neurogenic periventricular zones in the adult zebrafish forebrain. J Comp Neurol. 520 (10), 2275-2316 (2012).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. Zebrafish. , 2611-2619 (2012).
- Oka, T., et al. Diet-induced obesity in zebrafish shares common pathophysiological pathways with mammalian obesity. BMC Physiol. 10, 21 (2010).
- Capiotti, K. M., et al. Persistent impaired glucose metabolism in a zebrafish hyperglycemia model. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 171, 58-65 (2014).
- Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio). Behav Brain Res. 274, 319-325 (2014).
- Schmidt, R., Beil, T., Strähle, U., Rastegar, S. Stab wound injury of the zebrafish adult telencephalon: a method to investigate vertebrate brain neurogenesis and regeneration. J Vis Exp. (90), e51753 (2014).
- Diotel, N., et al. Effects of estradiol in adult neurogenesis and brain repair in zebrafish. Horm Behav. 63 (2), 193-207 (2013).
- Rodriguez Viales, R., et al. The helix-loop-helix protein id1 controls stem cell proliferation during regenerative neurogenesis in the adult zebrafish telencephalon. Stem Cells. 33 (3), 892-903 (2015).
- Kaslin, J., Ganz, J., Brand, M. Proliferation, neurogenesis and regeneration in the non-mammalian vertebrate brain. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 363 (1489), 101-122 (2008).
- Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors. Development. 138 (22), 4831-4841 (2011).
- Alunni, A., Bally-Cuif, L. A comparative view of regenerative neurogenesis in vertebrates. Development. 143 (5), 741-753 (2016).
- März, M., Schmidt, R., Rastegar, S., Strähle, U. Regenerative response following stab injury in the adult zebrafish telencephalon. Dev Dyn. 240 (9), 2221-2231 (2011).
- Wullimann, M., Rupp, B., Reichert, H. . Neuroanatomy of the zebrafish brain: A topological atlas. , 1-144 (1996).
- Pellegrini, E., et al. Identification of aromatase-positive radial glial cells as progenitor cells in the ventricular layer of the forebrain in zebrafish. J Comp Neurol. 501 (1), 150-167 (2007).
- Zupanc, G. K., Hinsch, K., Gage, F. H. Proliferation, migration, neuronal differentiation, and long-term survival of new cells in the adult zebrafish brain. J Comp Neurol. 488 (3), 290-319 (2005).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. iConcept Press. , 2611-2619 (2013).
- Connaughton, V. P., Baker, C., Fonde, L., Gerardi, E., Slack, C. Alternate Immersion in an External Glucose Solution Differentially Affects Blood Sugar Values in Older Versus Younger Zebrafish Adults. Zebrafish. , (2016).
- Prasad, S., Sajja, R. K., Naik, P., Cucullo, L. Diabetes Mellitus and Blood-Brain Barrier Dysfunction: An Overview. J Pharmacovigil. 2 (2), 125 (2014).
