Tibial Nerve transection - En standardiseret model for denervering-induceret Skeletmuskel Atrofi hos mus
Summary
Den tibiale nerve transection model er en veltolereret, valideret og reproducerbar model af skeletmuskulaturen atrofi. Modellen kirurgiske protokol er beskrevet og vist i C57Black6 mus.
Abstract
Den tibiale nerve transection model er en veltolereret, valideret og reproducerbar model af denervering-induceret skeletmuskulatur atrofi i gnavere. Selv om de oprindeligt udviklet og anvendt i udstrakt grad i rotter på grund af sin større størrelse, den tibiale nerve i mus er stort nok, at det let kan manipuleres med enten knuse eller overskæring, forlader peroneal og sural nerve grene af iskiasnerven intakt og dermed bevare deres mål muskler. Således er denne model giver fordelene ved at inducere mindre sygelighed og hindring af ambulation end iskiasnerven overskæring model og også tillader undersøgere at studere de fysiologiske, cellulære og molekylære biologiske mekanismer, der regulerer processen muskelatrofi i gensplejsede mus. Den tibial nerve leverer gastrocnemius, soleus og plantaris muskler, så dens transection tillader studiet af denerverede skeletmuskulatur bestående af hurtige ryk type II fibre og / eller langsomme twitch type Ifibre. Her har vi demonstrere tibial nerve transection model i C57Black6 mus. Vi vurderer atrofi af musculus gastrocnemius, som en repræsentativ muskel, ved 1, 2 og 4 uger efter denervering ved måling muskel vægt og fibertype specifik tværsnitsareal på paraffinindstøbte histologiske snit immunfarvet for hurtige ryk myosin.
Introduction
Skeletmuskulatur denervering, grundet traumatisk perifer nerveskade, sygdom eller farmakologiske indgreb, resulterer i øjeblikkelig tab af muskel frivillig kontraktile funktion. Muscle samtidig begynder at atrofi og denne atrofi er reversibel, hvis rettidig, god kvalitet reinnervation opstår 1,2. I mangel af reinnervation, skrider myofiber atrofi og irreversible biologiske forandringer i musklen forekomme med muskel fibrose og myofiber død. Her har vi demonstrere tibial nerve transection model, en model af denervering-induceret skeletmuskulatur atrofi og fibrose, i mus. Denne model gør det muligt for forskerne at undersøge de fysiologiske, cellulære og molekylære biologiske mekanismer, der ligger til grund muskelatrofi in vivo i gastrocnemius og soleus muskler. Mens historisk brugt overvejende rotter nyere anvendelse af denne model på knockout og transgene mus linjer specifikt giver efterforskerne at vurdere den rolle deresbestemt protein (erne) af interesse i induktionen, udvikling og vedligeholdelse, eller alternativt opløsning, muskelatrofi og fibrose in vivo.
Den tibiale nerve er en blandet motor-sensorisk perifer nerve hos gnavere bagben, og er en af de tre terminale grene af iskiasnerven. Overskæring af den tibiale nerve denervates gastrocnemius, soleus og plantaris muskler (og de tre små dybe bøjemuskler af foden, herunder tibialis posterior, flexor digitorum longus og flexor hallicus longus), og er et godt standardiseret og valideret model i rotter 3,4 . Gastrocnemius og soleus muskler kan nemt dissekeret serielle tidspunkter efter tibial nerve transection, fikseret og forarbejdet til vurdering af muskel histologi og muskelfibrene morphometrics eller lynfrosset til ekstraktion af muskel-RNA og protein med henblik på at studere, for eksempel, de cellulære signalnetværker regulerer muskelatrofi. Den gastrocnemius muskel er en blandet fibertype muskel (type I og type II, selvom overvejende type II) og soleusmusklen er sammensat af en stor del af type I-fibre, hvorved der tilvejebringes både hurtig og langsom twitch muskel til vurdering 5,6. Den tibial nerve transection Modellen er velegnet til at studere processen denervering-induceret muskelatrofi på både kort sigt (dage) 7 og lang sigt (uger til måneder) 4,8.
I modsætning til iskiasnerven overskæring model (en anden model af denervering-induceret muskelatrofi almindeligt anvendt i gnavere), inducerer tibial nerve transection mindre morbiditet i dyret, hvilket gør det mere tiltrækkende model. Transection af iskiasnerven denervates alle musklerne i benet (under knæet) og fod, der krænker dyrets evne til at ambulate 2, mens transection af tibial nerve forlader peroneal og sural nerve grene af iskiasnerven intakt, således at beskyttederes mål muskler og sensoriske territorier. Musen er i stand til plantar flex eller vend foden, men er i stand til at ambulate nemt og vægten bærer ligeligt på begge bagben, og dermed betydeligt mindske sygeligheden af modellen. Ganganalyse studier, som evaluerede walking mønstre er blevet udført i rotter efter tibiale og iskiasnerven skader og vise, at fodaftryk og vægtbærende bedre bevaret med tibial skade 9,10. Desuden, i tibial nerve transection model kan peronealnerve mobiliseres på et senere tidspunkt og overføres som en kilde til forsinket reinnervation, hvis undersøgelsens design kræver 3. I modsætning hertil nødvendiggør forsinket reinnervation i iskiasnerven transection model brugen af en nerve graft til iskiasnerven underskud, meget væsentligt at øge tekniske vanskeligheder af modellen og begrænse brugen til dygtige kirurger.
Mens den tibiale nerve transection model requires kendskab for operatøren med steril operative teknik i dyre kirurgi, både tibial nerve og lægmuskler den innerverer er let tilgængelige og identificerbare for manipulation, så personer, som ikke kirurger, eller meget erfarne med dyr operation, let kan mestre denne model .
Protocol
Representative Results
Discussion
Den tibiale nerve transection model af denervering-induceret skeletmuskel atrofi er en almindeligt anvendt og godt valideret model i rotter. Vi har tilpasset denne model til brug i mus, som giver investigator til at drage fordel af eksistensen af gensplejsede mus og studere processen muskelatrofi in vivo i fravær af proteiner er afgørende for reguleringen af muskelmasse 7,8. Gastrocnemius og soleus muskler, både denerveres i denne model, kan være let og hurtigt dissekeret med minimal håndtering,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af tilskud fra CIHR Neuromuskulær Research Partnership (JNM – 90.959, til 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. Neuroscience. , 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).
