Summary

Bioluminescens Billeddannelse af Neuroinflammation i transgene mus efter perifer Inokulering af alfa-synuclein Fibriller

Published: April 13, 2017
doi:

Summary

Perifer injektion af alfa-synuclein fibriller i peritoneum eller tunge af Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus, som udtrykker humant alfa-synuclein med familiær A53T mutation og ildflueluciferase, kan inducere neuropatologi, herunder neuroinflammation , i det centrale nervesystem.

Abstract

For at undersøge prion-lignende opførsel af misfoldet alfa-synuclein, er brug musemodeller, der tillader hurtig og enkel transmission af alfa-synuclein prionoids, som forårsager neuropatologi i centralnervesystemet (CNS). Her beskriver vi, at intraglossal eller intraperitoneal injektion af alfa-synuclein fibriller i bigenic Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus, der overudtrykker humant alfa-synuclein med A53T mutation fra prionprotein-promotoren og ildflueluciferase fra promotoren for glial fibrillært surt protein (GFAP), er tilstrækkelig til at inducere neuropatologisk sygdom. I sammenligning med homozygot Tg (M83 + / +) mus, der udvikler alvorlige neurologiske symptomer begynder i en alder af 8 måneder, heterozygote Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) dyr forblive fri for spontan sygdom, indtil de når en alder på 22 måneder. Interessant injektion af alfa-synukleinfibriller via intraperitoneal rute induceret neurologisk sygdom med lammelse i fire af fem Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus med en median inkubationstid på 229 ± 17 dage. Syge dyr viste alvorlige forekomster af phosphoryleret alfa-synuclein i deres hjerner og rygmarv. Ophobninger af alfa-synuclein var sarkosyl-uopløselige og co-lokaliseret med ubiquitin og p62, og var ledsaget af en inflammatorisk respons, der resulterer i astrocytisk gliose og mikrogliose. Overraskende podning af alfa-synuclein fibriller i tungen var mindre effektiv til at forårsage sygdom med kun én af fem injicerede dyr viser alfa-synuclein patologi efter 285 dage. Vores resultater viser, at podning via intraglossal rute og mere så via den intraperitoneale vej er egnet til at fremkalde neurologisk sygdom med relevante kendetegnende for synucleinopatier i Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus. Dette giver en ny model til at studere prion-lignende patogenese fremkalded fra alfa-synuclein prionoids mere detaljeret.

Introduction

Der er stigende tegn på, at alfa-synuclein har egenskaber, der ligner dem af prionproteinet, især i dets evne til at selv-frø og udbreder misfoldning mellem celler og langs nervebaner. Denne egenskab af alfa-synuclein er også benævnt 'prion-lignende' eller 'prionoid', og er støttet af observationer i transplantationsforsøg, der antyder muligheden for overførsel af fejlfoldet alfa-synuclein fra syge neuroner til nyligt transplanterede sunde neuroner 1, 2 , 3, 4. Også direkte injektion af misfoldet alfa-synuclein i hjernen eller i periferien, f.eks bagbenet muskel eller tarmvæggen, resulterer i en spredning af alfa-synuclein patologi til distale dele af CNS 5, 6, 7, <sup class = "xref"> 8, 9, 10. Vi analyserede transmission af alfa-synuclein prionoids via perifere ruter mere detaljeret og behandlet spørgsmålet om, hvorvidt misfoldet alfa-synuclein kan neuroinvade CNS efter en enkelt intraglossal eller intraperitoneal injektion, en funktion, der tidligere var blevet vist for prioner, men ikke for misfoldet alfa- synuclein. Efter injektion af prioner i tungen, er neuroinvasion af CNS opnås via udbredelse langs nervus hypoglossus af tungen, der fører til kernen af nerven under tungen, som er placeret i hjernestammen 11. Som en musemodel vi valgte Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus, som overudtrykker A53T mutant af humant alfa-synuclein fra prion-promotoren, og ildflueluciferase under kontrol af en GFAP promotor for at overvåge astrocytaktivering ved bioluminescens, som tidligere vist i hjernen hosprion-inficerede mus 12. I vores hænder bigenic Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) gjorde musene ikke udvikle sygdommen indtil 23 måneder, som er blevet vist af andre 13. En enkelt injektion af humane alfa-synukleinfibriller via intraglossal eller intraperitoneale vej induceret neurologisk sygdom med patologi i hjernen og rygmarven hos Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus understøtter den hypotese, at alfa-synuclein prionoids dele vigtige karakteristika med prioner 14.

Protocol

Alle procedurer, herunder dyr blev udført med godkendelse af dyrebeskyttelse udvalg af Nordrhein-Westfalen Stat Miljøagentur (LANUV). Dyrene blev holdt og plejes i overensstemmelse med standardbetingelser med en 12 timers lys / mørkecyklus og fri adgang til foder og vand. 1. Animalske Model Intercross hemizygote Tg (GFAP -Luc +/-) mus med hemizygote Tg (M83 +/-) mus til at generere hemizygote bigenic Tg (M83 +/-: GFAP -Luc <sup…

Representative Results

Perifer injektion af alfa-synuclein prionoids via tungen eller bughinden induceret neuropatologi i CNS af bigenic Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) mus (tabel 1 og figur 1). Efter en enkelt intraperitoneal injektion med alfa-synukleinfibriller, fire af fem mus udviklede neurologiske sygdom med en median inkubationstid på 229 ± 17 dage. Overraskende kun én af fem mus udviklede CNS sygdom efter intraglossal injektion med alfa-sy…

Discussion

Perifer injektion af alfa-synuclein fibriller i peritoneum af Tg (M83 +/-: GFAP -Luc +/-) -mus betegner en let metode til at inducere neurologisk sygdom ledsaget af neuroinflammation at rekapitulere vigtige kendetegn ved synucleinopatier. Tilsvarende tungen injektion repræsenterer en anden rute for neuroinvasion med alfa-synuclein prionoids i transgene mus, men er mindre effektiv. Vi valgte at opsige vores eksperimenter på 420 dage efter injektion, og vi kan ikke udelukke, at flere eller…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne takker Olga Sharma, Theresa Hundt, og personalet i de DZNE mikroskopi og dyrefaciliteter for teknisk support.

Materials

anti-actin antibody Merck Millipore MAB1501
anti-alpha-synuclein, phospho S129 antibody [pSyn#64] Wako 015-25191
anti-alpha-synuclein, phospho S129 antibody [EP1536Y] Abcam ab51253
anti-GFAP antibody Dako Z0334 01
anti-IBA-1 antibody Wako 019-19741
anti-Sequestosome-1 (p62) antibody Proteintech 18420-1-AP
anti-ubiquitin antibody [Ubi-1] Merck Millipore MAB1510
Phosphate-buffered saline (PBS) Invitrogen 14190169
Ketamine  Ratiopharm 100 mg/kg
Xylazine Ratiopharm 10 mg/kg
27-gauge syringe VWR 613-4900
Isoflurane  Piramal Healthcare PZN  4831850
Depilatory cream Veet
Secureline lab marker  Neolab 25040
D-luciferin potassium salt Acris LK10000 30 mg/mL stock solution
Thermomixer Eppendorf 5776671
Sonopuls Mini20 sonicator Bandelin 3648
IVIS Lumina II imaging system PerkinElmer
Living Image 3.0 Software PerkinElmer
Tg(M83+/-) mice or B6;C3-Tg(Prnp-SNCA*A53T)83Vle/J mice The Jackson Laboratory 004479
Standard pattern forceps Fine Science Tools 11000-16
Narrow pattern forceps Fine Science Tools 11002-12
N-laurylasarcosyl Sigma L5125-100G
Optima Max-XP ultracentrifuge  Beckman Coulter TLA-110 rotor 
Thickwall polycarbonate tubes Beckman Coulter 362305
NuPAG Novex 4-12% Bis-Tris Midi Protein Gels Thermo Fisher Scientific WG1401BOX
HRP conjugated antibody Cayman Cay10004301-1
IR Dye 680 conjugated antibody  LI-COR Biosciences 926-68070
SuperSignal West Dura Extended Duration Substrate Thermo Fisher Scientific 34075
Stella 3200 imaging system Raytest
Odyssey infrared imaging system  LI-COR Biosciences
Tween 20  MP Biomedicals TWEEN201
Triton X-100 Sigma SA/T8787
Immobilon-FL PVDF membrane Merck Millipore IPFL00010
Xylol Sigma Roth
Hydrogen peroxide Sigma SA/00216763/000500 working solution 3%
Bovine serum albumine (BSA)  Thermo Fisher Scientific A3294-100G
Goat serum Thermo Fisher Scientific PCN5000
4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) Thermo Fisher Scientific D1306 working dilution 1:50,000
Fluoromount media  Omnilab SA/F4680/000025
LSM700 confocal laser scanning microscope Carl Zeiss
HALT protease and phosphatase inhibitors Thermo Fisher Scientific  10516495
Precellys 24-Dual homogenizer  Peqlab 91-PCS24D
Alexa Fluor 488 conjugated antibody Thermo Fisher Scientific A31619
Alexa Fluor 594 conjugated antibody Thermo Fisher Scientific A11005
Pierce BCA Protein Assay Kit Thermo Fisher Scientific 10741395
Microtome RM2255 Leica
LSM700 confocal laser scanning microscope Carl Zeiss

Referências

  1. Aguzzi, A. Cell biology: Beyond the prion principle. Nature. 459 (7249), 924-925 (2009).
  2. Kordower, J. H., Chu, Y., Hauser, R. A., Freeman, T. B., Olanow, C. W. Lewy body-like pathology in long-term embryonic nigral transplants in Parkinson’s disease. Nat Med. 14 (5), 504-506 (2008).
  3. Li, J. Y., et al. Lewy bodies in grafted neurons in subjects with Parkinson’s disease suggest host-to-graft disease propagation. Nat Med. 14 (5), 501-503 (2008).
  4. Hansen, C., et al. alpha-Synuclein propagates from mouse brain to grafted dopaminergic neurons and seeds aggregation in cultured human cells. J Clin Invest. 121 (2), 715-725 (2011).
  5. Masuda-Suzukake, M., et al. Prion-like spreading of pathological alpha-synuclein in brain. Brain. 136 (4), 1128-1138 (2013).
  6. Holmqvist, S., et al. Direct evidence of Parkinson pathology spread from the gastrointestinal tract to the brain in rats. Acta Neuropathol. 128 (6), 805-820 (2014).
  7. Luk, K. C., et al. Pathological alpha-synuclein transmission initiates Parkinson-like neurodegeneration in nontransgenic mice. Science. 338 (6109), 949-953 (2012).
  8. Sacino, A. N., et al. Induction of CNS alpha-synuclein pathology by fibrillar and non-amyloidogenic recombinant alpha-synuclein. Acta Neuropathol Commun. 1, 38 (2013).
  9. Sacino, A. N., et al. Intramuscular injection of alpha-synuclein induces CNS alpha-synuclein pathology and a rapid-onset motor phenotype in transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (29), 10732-10737 (2014).
  10. Mougenot, A. L., et al. Prion-like acceleration of a synucleinopathy in a transgenic mouse model. Neurobiol Aging. 33 (9), 2225-2228 (2012).
  11. Bartz, J. C., Kincaid, A. E., Bessen, R. A. Rapid prion neuroinvasion following tongue infection. J Virol. 77 (1), 583-591 (2003).
  12. Tamgüney, G., et al. Measuring prions by bioluminescence imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (35), 15002-15006 (2009).
  13. Watts, J. C., et al. Transmission of multiple system atrophy prions to transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (48), 19555-19560 (2013).
  14. Breid, S., et al. Neuroinvasion of alpha-Synuclein Prionoids after Intraperitoneal and Intraglossal Inoculation. J Virol. 90 (20), 9182-9193 (2016).
  15. Giasson, B. I., et al. Neuronal alpha-synucleinopathy with severe movement disorder in mice expressing A53T human alpha-synuclein. Neuron. 34 (4), 521-533 (2002).
  16. Zhu, L., et al. Non-invasive imaging of GFAP expression after neuronal damage in mice. Neurosci Lett. 367 (2), 210-212 (2004).
  17. Bernis, M. E., et al. Prion-like propagation of human brain-derived alpha-synuclein in transgenic mice expressing human wild-type alpha-synuclein. Acta Neuropathol Commun. 3 (1), 75 (2015).
  18. Gunther, R., et al. Clinical testing and spinal cord removal in a mouse model for amyotrophic lateral sclerosis (ALS). J Vis Exp. (61), (2012).
  19. Jackson-Lewis, V., Przedborski, S. Protocol for the MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Nat Protoc. 2 (1), 141-151 (2007).
  20. Mathews, S. T., Plaisance, E. P., Kim, T. Imaging systems for westerns: chemiluminescence vs. infrared detection. Methods Mol Biol. 536, 499-513 (2009).
  21. Kim, C., et al. Exposure to bacterial endotoxin generates a distinct strain of alpha-synuclein fibril. Sci Rep. 6, 30891 (2016).
  22. Keller, A. F., Gravel, M., Kriz, J. Live imaging of amyotrophic lateral sclerosis pathogenesis: disease onset is characterized by marked induction of GFAP in Schwann cells. Glia. 57 (10), 1130-1142 (2009).
  23. Stöhr, J., et al. Distinct synthetic Abeta prion strains producing different amyloid deposits in bigenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2014).
  24. Luk, K. C., et al. Intracerebral inoculation of pathological alpha-synuclein initiates a rapidly progressive neurodegenerative alpha-synucleinopathy in mice. J Exp Med. 209 (5), 975-986 (2012).
  25. Recasens, A., et al. Lewy body extracts from Parkinson disease brains trigger alpha-synuclein pathology and neurodegeneration in mice and monkeys. Ann Neurol. 75 (3), 351-362 (2014).
  26. Sacino, A. N., et al. Induction of CNS alpha-synuclein pathology by fibrillar and non-amyloidogenic recombinant alpha-synuclein. Acta Neuropathol Commun. 1 (1), 38 (2013).
  27. Peelaerts, W., et al. alpha-Synuclein strains cause distinct synucleinopathies after local and systemic administration. Nature. 522 (7556), 340-344 (2015).
check_url/pt/55503?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Breid, S., Bernis, M. E., Tachu, J. B., Garza, M. C., Wille, H., Tamgüney, G. Bioluminescence Imaging of Neuroinflammation in Transgenic Mice After Peripheral Inoculation of Alpha-Synuclein Fibrils. J. Vis. Exp. (122), e55503, doi:10.3791/55503 (2017).

View Video