Lipoxygenase (LOX) isozymer kan generere produkter, der kan øge eller mindske neuroinflammation og neurodegeneration. En interaktionsundersøgelse mellem gen og miljø kunne identificere LOX isozymspecifikke virkninger. Ved hjælp af 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) model af nigrostriatal skader i to LOX isozym-mangelfulde transgene linjer giver mulighed for sammenligning af bidraget fra LOX isozymer på dopaminergisk integritet og inflammation.
Lipoxygenase (LOX) aktivitet har været impliceret i neurodegenerative lidelser såsom Alzheimers sygdom, men dens virkninger i Parkinsons sygdom (PD) patogenese er mindre forstået. Gen-miljø interaktion modeller har nytte i afmaskering virkningen af specifikke cellulære veje i toksicitet, som ikke kan observeres ved hjælp af en udelukkende genetisk eller toksikant sygdom model alene. For at vurdere, om forskellige LOX-isozymer selektivt bidrager til PD-relateret neurodegeneration, kan transgene (dvs. 5-LOX og 12/15-LOX mangelfulde) mus udfordres med et toksin, der efterligner celleskade og død i lidelsen. Her beskriver vi brugen af et neurotoksin, 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), som producerer en nigrostriatal læsion for at belyse de forskellige bidrag fra LOX-isozymer til neurodegeneration relateret til PD. Brugen af MPTP i mus, og nonhuman primat, er veletableret til at opsummere nigrostriatal skader i PD. Omfanget af MPTP-induceret læsionering måles ved HPLC-analyse af dopamin og dets metabolitter og semi-kvantitativ western blot-analyse af striatum for tyrosinhydrafylase (TH), det hastighedsbegrænsende enzym til syntese af dopamin. For at vurdere inflammatoriske markører, som kan påvise LOX isozym-selektiv følsomhed, udføres glial fibrillary acidic protein (GFAP) og Iba-1 immunohistochemistry på hjernesektioner, der indeholder substantia nigra, og GFAP Western blot analyse udføres på striatal homogenater. Denne eksperimentelle tilgang kan give ny indsigt i gen-miljø interaktioner underliggende nigrostriatal degeneration og PD.
Brug af gen-miljø interaktion modeller giver en tilgang til at efterligne risikofaktorer, der sandsynligvis påvirker idiopatisk Parkinsons sygdom (PD) og giver mulighed for at skelne mekanistiske indsigter, der er usandsynligt, at blive belyst ved brug af en genetisk eller toksikant system alene1,2. Her illustrerer vi dette punkt og beskriver anvendelsen af 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) musemodel af nigrostriatal degeneration3 for bedre at forstå selektiviteten af lipoxygenase (LOX) isozymaktivitet på neuroinflammation ogtoksicitet 4. Mens en rolle for LOX isozymer er blevet bredt evalueret i perifere lidelser5,6 samt CNS sygdom, herunder slagtilfælde7 og Alzheimers sygdom8,9, den rolle, som familien af isozymer i nigrostriatal funktion og degeneration relateret til PD er ikke godt forstået og berettiger undersøgelse. MPTP neurotoksin demonstrerer præference degeneration af nigrostriatal vej og opsummerer striatal dopamin udtømning og nigral dopaminergiske celle tab, der ligger til grund motoriske funktionsnedsættelser i PD patienter10. Selv om denne model ikke gengiver den fulde cadre af nonmotoriske og motor pd adfærd og ærlig α-synuclein-positive Lewy krop patologi, det har været nyttigt at belyse nye mekanistiske mål, der bidrager til nigrostriatal skade og til tidlig oversættelsestest, da det er den bedst karakteriserede ikke-invasive model til rådighed til pålideligt at producere nigral celledød ledsaget af striatal dopamintab11-15. Bred brug af MPTP-musen, med paradigmer lige fra akut, subakut til kronisk16-18, har gjort det muligt for standardisering af dosering at resultere i mild til alvorlig nigrostriatal skade19,20 med aktivering af forskellige toksicitetsmekanismer afhængigt af behandlingsregimet18,21,22. Dette gør det derfor muligt at målrette et »læsionsvindue«, der kan resultere i øget eller reduceret nigrostriatal skade afhængigt af det terapeutiske middel eller den transgene model, der anvendes23-25.
Også afgørende for translationelle og opdagelse biologi undersøgelser er de teknikker, der anvendes til at vurdere skader og den dokumentation, sådanne metoder giver. For MPTP-musemodellen er etablerede målinger til vurdering af læsionering måling af markører for striatal dopaminergisk tone, herunder dopamin og dets metabolitter af HPLC, og vestlig blotanalyse af tyrosinhydroxylase (TH), det hastighedsbegrænsende enzym i dopaminsyntese og indikatorer for degenerative hændelser såsom glialaktivering ved hjælp af vestlig blot western analyse og immunohistochemistry4. Selv om disse er klassiske neurokemiske, biokemiske og histologiske procedurer, giver teknikkerne kritiske og reproducerbare udlæsninger om omfanget af skader inden for den nigrostriatale dopaminergiske vej, indikerer toksicitetsmekanismer og har vist sig at være værdifulde værktøjer til at forstå degenerative begivenheder i PD.
Udformningen af denne interaktionsundersøgelse om genmiljø gav os mulighed for at få nye oplysninger om 5-LOX isozymets dobbelte karakter i nigrostriatalvejen. Ved at udføre HPLC til måling af striatale monoaminer efter saltvands- eller MPTP-behandling i transgenik, der mangler 5-LOX-isozymet og deres littermates af vildtype, kunne vi konstatere, at dens mangel synes at være beskyttende under toksiske forhold (figur 1), men under normale forhold reducerer manglen på enzymet striatal dopaminniveau…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Health NIGMS 056062.
1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetra-hydropyridine hydrochloride (MPTP-HCL) | Sigma-Aldrich | M0896 | for PD modeling | |
4% Formaldehyde (paraformaldehyde) solution, phosphate-buffered (PFA) | American MasterTech Scientific | BUP0157 | for immersion fixation | |
Perchloric acid ACS reagent, 70% (PCA) | Sigma-Aldrich | 244252 | for HPLC acid extraction | |
Tris Base | Sigma-Aldrich | T1503 | for tissue homogenization | |
Ethylenediaminotetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA) | Sigma-Aldrich | E1644 | for tissue homogenization | |
Protease inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | P8340 | for tissue homogenization | |
Phosphatase inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | P5726 | for tissue homogenization | |
Sodium Hydroxide (NaOH) | Sigma-Aldrich | S5881 | for Lowry protein assay | |
Sucrose, molecular biology, ≥99.5% (GC) | Sigma-Aldrich | S0389 | for cryoprotection | |
Phosphate buffered saline, powder, pH 7.4 (for 0.01 M PBS) | Sigma-Aldrich | P3813 | for IHC | |
BCA Protein Assay Kit | Pierce/Thermo | 23225 | for protein determination | |
Novex 12% Tris-Glycine Mini Gels 1.0 mm, 12-well | Invitrogen/Life Technologies | EC60052BOX | for SDS-PAGE | |
NuPAGE LDS Sample Buffer (4x) | Invitrogen/Life Technologies | NP0007 | for SDS-PAGE | |
Novex Sharp Prestained Protein Standard | Invitrogen/Life Technologies | LC5800 | protein ladder | |
Glycine | Sigma-Aldrich | G7126 | for SDS-PAGE | |
Sodium dodecyl sulfate, electrophoresis, 98.5% (SDS) | Sigma-Aldrich | L3771 | for SDS-PAGE | |
Methyl Alcohol, Anhydrous, Reagent | American MasterTech Scientific | SPM1057C | methanol for transfer | |
Sodium chloride (NaCl), ACS reagent | Sigma-Aldrich | S9888 | saline and buffers | |
Nonfat dry milk powder | Carnation | n/a | for immunoblotting | |
Ponceau S solution in 5% acetic acid | Sigma-Aldrich | P7170 | for immunoblotting | |
Anti-Tyrosine Hydroxylase (TH), sheep polyclonal | Chemicon/Millipore | AB1542 | for immunofluorescence | |
Anti-Tyrosine Hydroxylase (TH), rabbit polyclonal | Pel-Freez Biologicals | P40101-0 | for immunoblotting | |
Anti-β Actin, rabbit | Sigma-Aldrich | A2066 | for immunoblotting | |
Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP), rabbit polyclonal | Chemicon/Millipore | AB5804 | for immunofluorescence | |
Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP), mouse monoclonal | Covance Inc. | SMI-22R | for immunoblotting | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P1379 | for immunoblotting | |
Goat Anti-Rabbit IgG (H+L), Peroxidase Conjugated | Fisher Scientific | 31462 | for immunofluorescence | |
goat anti-sheep, peroxidase conjugated | Pierce/Thermo | 31480 | for immunofluorescence | |
goat anti-mouse, peroxidase conjugated | Pierce/Thermo | 31430 | for immunofluorescence | |
SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate | Pierce/Thermo | 34078 | for immunoblotting | |
CL-XPosure Film 7 in x 9.5 in | Pierce/Thermo | 34089 | for immunoblotting | |
Restore Western Blot Stripping Buffer | Pierce/Thermo | 21059 | for immunoblotting | |
Citric acid monohydrate, ACS reagent, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | C1909 | for IHC | |
Normal Donkey Serum | Millipore | S30-100ML | for IHC | |
Polyvinylpyrrolidone (PVP) | Sigma-Aldrich | P5288 | for IHC | |
Bovine Serum Albumin (BSA), lyophilized | Sigma-Aldrich | A3294 | for IHC | |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-01 | for IHC | |
Donkey anti-Rabbit IgG, Alexa Fluor 568-labeled | Invitrogen/Life Technologies | A10042 | for IHC | |
Donkey Anti-Sheep IgG (H+L), FITC | Jackson ImmunoResearch | 713-095-147 | for IHC | |
VECTASHIELD Hard-Set Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1500 | for IHC | |
Normal Goat Serum | Millipore | S26-100ML | for IHC | |
VECTASTAIN ABC Kit (Rabbit IgG ) | Vector Laboratories | PK-4001 | for IHC; 10 µl each of solutions A and B per 1 ml PBS (per instructions ) | |
DAB Peroxidase Substrate Kit, 3,3’-diaminobenzidine | Vector Laboratories | SK-4100 | for IHC; per 5 ml cold ddH2O, add 2 drops buffer stock solution, 2 drops DAB, and 1 drop H2O2 (H2O2 is added immediately before use) | |
Hydrogen peroxide, 30% | Sigma-Aldrich | 216763 | for quench step in IHC | |
Rabbit anti-Iba1 | Biocare Medicals | CP290A | for IHC | |
Cresyl Violet Solution, Regular Strength | FD Neurotechnologies | PS102-01 | counterstain for Iba1 IHC | |
95% Ethanol, reagent alcohol | Sigma-Aldrich | R8382 | dehydration for IHC | |
100% Absolute ethanol | Mallinckrodt | 7019-10 | dehydration for IHC | |
Acetic acid | Sigma-Aldrich | A6283 | destaining for IHC | |
Xylene | Sigma-Aldrich | 534056 | clearing agent for IHC | |
DPX Mountant | Sigma-Aldrich | 06522 | mounting medium for DAB IHC | |
O.C.T. Compound – Frozen Section Embedding Medium | American MasterTech Scientific | EMOCTCS | embeddium medium for cryostat cutting | |
Potassium permanganate | Sigma-Aldrich | 223468 | to decontaminate DAB solution | |
Dopamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | H8502 | for HPLC | |
3,4-Dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) | Sigma-Aldrich | 850217 | for HPLC | |
Homovanillic acid (HVA) | Sigma-Aldrich | H1252 | for HPLC | |
Perchloric acid (PCA) – 70% | Sigma-Aldrich | 244252 | for HPLC | |
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Sigma-Aldrich | 71504 | for HPLC | |
Citric acid monohydrate | Sigma-Aldrich | C1909 | for HPLC | |
1-Octanesulfonic acid sodium salt (OSA) | Sigma-Aldrich | O8380 | for HPLC | |
EDTA | Sigma-Aldrich | E1644 | for HPLC | |
Acetonitrile | EMD | AX0145-1 | for HPLC | |
HPLC-grade distilled deionized water (ddH2O) | Millipore | for HPLC | ||
0.22 µm GSTF membrane | Millipore | for filtration | ||
Corning Netwells | Sigma-Aldrich | CLS3477 | polystyrene insert with polyester mesh bottom, for IHC | |
[header] | ||||
Ultrasonic cell disrupter (Soniprep 150) | MSE | MSE.41371.274 | ||
Microcentrifuge | Eppendorf | 5414R | ||
ESA MD-150 reverse-phase column | ESA | |||
HPLC Pump (Ultimate 3000) | Dionex | ISO-3100BM | ||
HPLC Autosampler (Ultimate 3000) | Dionex | WPS-3000TSL | ||
Electrochemical detector | ESA | Coulochem III | ||
Guard Cell | ESA | 5020 | ||
Analytical Cell | ESA | 5011A | ||
Chromeleon software | Dionex | |||
Eclipse E400 | Nikon | E400 | light/fluorescent microscope | |
Disposable mouse cage | Ancare | N10HT | ||
Microfilter top | Ancare | N10MBT | ||
[header] | ||||
5-LOX- deficient mice | The Jackson Laboratory | 004155 | ||
12/15-LOX-deficient mice | The Jackson Laboratory | 002778 |