הקמת דגם בניתוח מושרה בעכברים כדי לחקור את תפקיד מגן של progranulin בדלקת מפרקים ניוונית
Summary
אנו מתארים פרוטוקול ליציבות של המניסקוס המדיאלי מודל (DMM) בעכברים, כלי יעיל למחקר דלקת מפרקים ניוונית (OA). בנוסף, יש לנו הפגנו מחסור זה של פיתוח progranulincan להגזים OA והתקדמות באמצעות מודל זה, המציין כי progranulin משחק תפקיד מגן בפתוגנזה של OA.
Abstract
יציבות של המניסקוס המדיאלי מודל (DMM) הוא כלי חשוב ללימוד תפקידי pathophysiological של מולקולות דלקת פרקים רבות הקשורים בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית (OA) in vivo. עם זאת, מפורט, במיוחד הפרוטוקול דמיינו להקמת מודל מסובך זה בעכברים, אינו זמין. במסמך זה אנו ניצלנו wildtype וprogranulin (PGRN) – / – עכברים כדוגמאות להציג את פרוטוקול לגרימת מודל DMM בעכברים, ולעומת תחילתה של OA לאחר הקמת מודל מושרה בניתוח זה. הפעולות שבוצעו על עכברים היו או פעולת דמה, שנפתחה רק כמוסה משותפת, או בהפעלת DMM, אשר חתכה את רצועת menisco-השוקה וגרמה להתערערות של המניסקוס המדיאלי. חומרת דלקת מפרקים ניוונית הוערכה באמצעות assay היסטולוגית (למשל צביעת Safranin O), ביטויים של גנים הקשורים OA, צורת השפלה של מולקולות תאי מטריקס סחוס, וosteophyteation. פעולת DMM מושרה בהצלחה ייזום OA והתקדמות בשני wildtype וPGRN-/ – עכברים, ואובדן של גורם גדילת PGNR הוביל לפנוטיפ OA חמור יותר במודל מושרה בניתוח זה.
Introduction
דלקת מפרקים ניוונית (OA), המכונה גם דלקת פרקים ניוונית, משפיע 15% מאוכלוסיית העולם של ומעל 46 מיליון אנשים בתוך ארצות הברית, ומאופיין בדלקת, ניוון סחוס, והיווצרות osteophyte 1. זה יכול להיות תוצאה של יחסי גומלין מורכבים של גורמים גנטיים, מטבולים, ביומכנית וביוכימיים. המנגנון הבסיסי של OA ימשיך להתחמק מהקהילה המדעית. קיימים כיום מודלים של בעלי חיים רבים שיכולים לחקות את הפתוגנזה של OA 2,3. זה חשוב להקים מודלים של בעלי חיים בעכברים בגלל שתי הזמינות של עכברים מהונדסים גנטי שונים ועלות התועלת של ניסויים. בין סוגים שונים של מודלים OA ניסויים השונים, היציבות הנגרמת בניתוח של המניסקוס המדיאלי מודל (DMM) היא מודל OA היטב קיבל בגלל שחזור הטוב שלה והתקדמות איטית יחסית בפיתוח OA. שתי התכונות האלה יש ליהיה מפתח להערכת התקדמות OA בטיפולים שונים או transgenes 3-8. עם זאת, העקביות של מודל OA כירורגית מושפעת מגורמים שונים במהלך הניתוח וכתוצאה מכך, היישום של מודל עכבר כירורגית מוגבל.
Progranulin (PGRN) הוא גורם גדילה רב תפקודי המתבטא בתאים שונים. זה ידוע כי PGRN משחק תפקיד קריטי בתהליכים פיסיולוגיים ומחלות שונים, כגון ריפוי פצעים 9, tumorigenesis 10, ודלקת 11-15. מחקרים גם הראו כי אי ספיקה של PGRN יכולה לגרום למחל ניווניות של מערכת עצבים בבני האדם ועכברים 16-18. זה ידוע כי PGRN בא לידי ביטוי בסחוס במפרק אנושי, ורמתו גבוהה באופן משמעותי בסחוס של חולים עם OA ודלקת מפרקים שגרונית 19. בנוסף, PGRN גם ממלא תפקיד מכריע בהתפשטות הכונדרוציטים 20, בידול וendochondralהתאבנות של צלחת צמיחה במהלך פיתוח 21,22. לאחרונה, דיווח כי PGRN קומם TNF-α באמצעות קשירה לקולטנים TNF והציג פונקציה אנטי דלקתית במודלים של דלקת מפרקים דלקתיים 13,14,23,24. עם זאת, תפקידיו של PGRN בOA, במיוחד in vivo, נותר חידה. בזאת, אנו מציגים את ההליך כדי לגרום למודל DMM כירורגית, ולחקור את התפקיד של PGRN בפיתוח OA באמצעות הקמת מודל DMM ב WT וPGRN-/ – עכברים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הוא דיווח כי הזן של עכברים הוא חשוב מאוד לזירוז מודל DMM, זנים שונים כמו של עכברים דרגות חומרה שונים של OA אחרי DMM, עם הרמה הגבוהה ביותר במתח 129/SvEv, ואחריו C57BL6, 129/SvInJ ולאחר מכן FVB / n 26. חלק גדול מtransgenes הוקם בעכברי C57BL6, כגון PGRN-/ – עכברים ששמשנו במחקר הנוכחי, שהם יחסית רגישי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי NIH מענקי מחקר R01AR062207, R01AR061484, R56AI100901, K01AR053210, ומענק מחקר ממוקד מחלה מקרן ראומטולוגיה מחקר (ליו יי).
Materials
| No. 10 Surgical blades | FEATHER | 25-2976#10 | |
| 6-0 suture | APPLIED DENTAL | WG-N53133 |
References
- Herndon, J. H., Davidson, S. M., Apazidis, A. Recent socioeconomic trends in orthopaedic practice. J. Bone Joint Surg. Am. 83, 1097-1105 (2001).
- Johnson, K., et al. A stem cell-based approach to cartilage repair. Science. 336, 717-721 (2012).
- Yang, S., et al. Hypoxia-inducible factor-2alpha is a catabolic regulator of osteoarthritic cartilage destruction. Nat. Med. 16, 687-693 (2010).
- Glasson, S. S., et al. Deletion of active ADAMTS5 prevents cartilage degradation in a murine model of osteoarthritis. Nature. 434, 644-648 (2005).
- Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse. Osteoarthr. Cart. 15, 1061-1069 (2007).
- Chia, S. L., et al. Fibroblast growth factor 2 is an intrinsic chondroprotective agent that suppresses ADAMTS-5 and delays cartilage degradation in murine osteoarthritis. Arthritis Rheum. 60, 2019-2027 (2009).
- Miller, R. E., et al. CCR2 chemokine receptor signaling mediates pain in experimental osteoarthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 20602-20607 (2012).
- Wang, Q., et al. Identification of a central role for complement in osteoarthritis. Nat. Med. 17, 1674-1679 (2011).
- He, Z., Ong, C. H., Halper, J., Bateman, A. Progranulin is a mediator of the wound response. Nat. Med. 9, 225-229 (2003).
- Bateman, A., Bennett, H. P. The granulin gene family: from cancer to dementia. Bioessays. 31, 1245-1254 (2009).
- Kessenbrock, K., et al. Proteinase 3 and neutrophil elastase enhance inflammation in mice by inactivating antiinflammatoryprogranulin. J. Clin. Invest. 118, 2438-2447 (2008).
- Yin, F., et al. Exaggerated inflammation, impaired host defense, and neuropathology in progranulin-deficient mice. J. Exp. Med. 207, 117-128 (2010).
- Liu, C. J. Progranulin: A promising therapeutic target for rheumatoid arthritis. FEBS Lett. , (2011).
- Tang, W., et al. The growth factor progranulin binds to TNF receptors and is therapeutic against inflammatory arthritis in mice. Science. 332, 478-484 (2011).
- Zhu, J., et al. Conversion of proepithelin to epithelins: roles of SLPI and elastase in host defense and wound repair. Cell. 111, 867-878 (2002).
- Baker, M., et al. Mutations in progranulin cause tau-negative frontotemporal dementia linked to chromosome 17. Nature. 442, 916-919 (2006).
- Cruts, M., et al. Null mutations in progranulin cause ubiquitin-positive frontotemporal dementia linked to chromosome 17q21. Nature. 442, 920-924 (2006).
- Wils, H., et al. Cellular ageing, increased mortality and FTLD-TDP-associated neuropathology in progranulin knockout mice. J. Pathol. , (2012).
- Guo, F., et al. Granulin-epithelin precursor binds directly to ADAMTS-7 and ADAMTS-12 and inhibits their degradation of cartilage oligomeric matrix protein. Arthritis Rheum. 62, 2023-2036 (2010).
- Xu, K., et al. Cartilage oligomeric matrix protein associates with granulin-epithelin precursor (GEP) and potentiates GEP-stimulated chondrocyte proliferation. J. Biol. Chem. 282, 11347-11355 (2007).
- Bai, X. H., et al. ADAMTS-7, a direct target of PTHrP, adversely regulates endochondral bone growth by associating with and inactivating GEP growth factor. Mol. Cell. Biol. 29, 4201-4219 (2009).
- Feng, J. Q., et al. Granulinepithelin precursor: a bone morphogenic protein 2-inducible growth factor that activates Erk1/2 signaling and JunB transcription factor in chondrogenesis. FASEB J. 24, 1879-1892 (2010).
- Liu, C. J., Bosch, X. Progranulin: A growth factor, a novel TNFR ligand and a drug target. Pharmacol. Therap. 133, 124-132 (2012).
- Wu, H., Siegel, R. M. Progranulin Resolves Inflammation. Science. 332, 427-428 (2011).
- Glasson, S. S., Chambers, M. G., Den Berg, W. B. V. a. n., Little, C. B. The OARSI histopathology initiative – recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthr. Cart. 18, 17-23 (2010).
- Glasson, S. S. In vivo osteoarthritis target validation utilizing genetically-modified mice. Curr. Drug Targets. 8, 367-376 (2007).
- Ma, H. L. Osteoarthritis severity is sex dependent in a surgical mouse model. Osteoarthr. Cart. 15, 695-700 (2007).
- Lin, A. C., et al. Modulating hedgehog signaling can attenuate the severity of osteoarthritis. Nat. Med. 15, 1421-1425 (2009).
- Malfait, A. M., et al. ADAMTS-5 deficient mice do not develop mechanical allodynia associated with osteoarthritis following medial meniscal destabilization. Osteoarthr. Cart. 18, 572-580 (2010).
