الخلايا العصبية الشمية التي يتم الحصول عليها من خلال الأنف خزعة جنبا إلى جنب مع الليزر والتقاط تسليخ مجهري: نهج المحتملين لدراسة الاستجابة للعلاج في اضطرابات العقلية
Summary
في هذه الدراسة، منصة رواية للتحقيق التوقيعات الجزيئية داخل العصبون من الاستجابة للعلاج في الاضطراب الثنائي القطب (BD) وقد وضعت والتحقق من صحتها. تم الحصول على الظهارة الشمية من المرضى BD من خلال الخزعات الأنفية. ثم كان الجمع بين الليزر التقاط تسليخ مجهري مع الوقت الحقيقي RT PCR للتحقيق في توقيع الجزيئي للاستجابة الليثيوم في BD.
Abstract
الاضطراب الثنائي القطب (BD) هو اضطراب شديد العصبية مع الفيزيولوجيا المرضية غير مفهومة وتعامل عادة مع استقرار المزاج، كربونات الليثيوم. الدراسات على الحيوانات وكذلك الدراسات الجينية البشرية تشير إلى أن الليثيوم يؤثر أهداف جزيئية التي تشارك في نمو الخلايا العصبية والبقاء والنضج، وخصوصا جزيئات تشارك في إشارة WNT. وبالنظر إلى التحدي الأخلاقي إلى الحصول على الخزعات الدماغ للتحقيق التغيرات الجزيئية الحيوية المرتبطة ليثيوم استجابة في الجهاز العصبي المركزي (CNS)، يمكن للمرء النظر في استخدام الخلايا العصبية التي تم الحصول عليها من أنسجة حاسة الشم لتحقيق هذا goal.The الظهارة الشمية تحتوي على الخلايا العصبية مستقبلات حاسة الشم في مراحل مختلفة من التطور والدبقية مثل دعم الخلايا. وهذا يوفر فرصة فريدة لدراسة التغيرات الديناميكية في الجهاز العصبي المركزي من المرضى الذين يعانون من الأمراض العصبية والنفسية، وذلك باستخدام أنسجة حاسة الشم التي تم الحصول عليها بأمان من الخزعات الأنفية. للتغلب على العائق الذي تشكله SUBSTتلوث antial من الأنسجة حاسة الشم تحتاج فحص مع الخلايا غير العصبية، وقد وضعت نهجا جديدا للحصول السكان الخلية العصبية المخصب من خلال الجمع بين الخزعات الأنفية مع الليزر التقاط تسليخ مجهري. في هذه الدراسة، تم تطوير نظام التحقيق في التغيرات الجزيئية الحيوية المصاحبة للعلاج في الأنسجة العصبية والتحقق من صحتها، وذلك باستخدام عينة تجريبية صغيرة من المرضى BD تجنيدهم لدراسة الآليات الجزيئية من الاستجابة للعلاج الليثيوم.
Introduction
الاضطراب الثنائي القطب (BD) هو اضطراب شديد العصبية، والتي تتميز التغيرات المرضية في المزاج، ودفع والإدراك 1. وقد تبين الليثيوم المستخدمة لعلاج BD لتغيير مستويات ثابتة الدولة مرنا عدد كبير من الجينات في الدراسات الحيوانية 2، لكنه لا يزال غير معروف إذا تم المرتبطة الاستجابة السريرية في البشر 2 أي من هذه الجزيئات. ان فهم آلية استجابة الليثيوم تتطلب التحقيق التغيرات التي يسببها الليثيوم الجزيئية في الأنسجة العصبية. للأسف، أنه ليس من العملي للحصول على الخزعات الدماغ من المرضى BD قبل والعلاج ما بعد الليثيوم لتحديد التوقيعات الجزيئية للاستجابة ليثيوم. وقد استخدمت أنسجة المخ بعد الوفاة لدراسة المؤشرات الحيوية في BD، ومع ذلك، فإنها لا يمكن أن تستخدم لتقييم الواسمات الجزيئية المرتبطة مع التغيرات الديناميكية في العواطف، والإدراك ومحرك. وصلاحية التأكد بأثر رجعي الاستجابة للعلاج الليثيوم يمكن أن يكون مشكلة 4. الخلايا الليمفاوية وخلايا الدم الأخرى يمكن أن تكون مفيدة، ولكن قد لا تتضمن التغييرات الجزيئية في خلايا الدم التعديلات العصبية 3-5. قد يكون السائل النخاعي غير كاف للحصول على معلومات على الجزيئات داخل الخلايا التي قد تعكس التغيرات الجوهرية المرتبطة المرض والدواء عكسها.
الظهارة الشمية (OE) هي جزء فريد من الجهاز العصبي المركزي (CNS)، المتعلقة جنيني لهياكل الحوفي 6؛ ويمكن الوصول إليه بسهولة من خلال الخزعات الأنفية. وهو يتألف من الدبقية مثل دعم خلايا الخلايا (أي معلاقية)، القاعدية تتكاثر، والخلايا العصبية مستقبلات الشم في مراحل مختلفة من التنمية 7-9. ولذلك، يوفر OE فرصة فريدة لدراسة إتاحتها التغيرات الديناميكية في الجهاز العصبي المركزي من المرضى الذين يعانون من الأمراض العصبية والنفسية (7). دراسات يتظاهرون الأداة المساعدة للOE باعتباره الأنسجة البديلة للتحقيق في أحداث الأمراض المرتبطة بها والتي تعكس تلك أورينتurring في الخلايا العصبية في الدماغ 8،9. على سبيل المثال، واستخدمت دراسات OE للتحقيق الشخصية الجزيئية المرتبطة بظروف نفسية 10-14. يخدم نظام حاسة الشم أيضا لتحديد endophenoytpes السريرية مثل العجز رائحة التي ترتبط مع الأعراض السلبية للفصام 15. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال عمليات النمو العصبي في OE في جميع مراحل الحياة، وتوفير وسيلة مفيدة لنموذج الفيزيولوجيا المرضية الكامنة وراء الظروف للأمراض النفسية 8،9.
ومع ذلك، فإن العائق إلى استخدام هذا النسيج هو تلوث كبير من الخزعات حاسة الشم مع الخلايا غير العصبية 16. على سبيل المثال، RNA الكلي المستخدمة للدراسات التعبير الجيني في الدراسات السابقة OE يتضمن الحمض النووي الريبي المستخرج من الأنف كلها تحتاج فحص الأنسجة بما في ذلك الحمض النووي الريبي من الخلايا غير العصبية 17. ولذلك، النهج السابقة كانت محدودة بسبب نوعية الخلايا. للتغلب على هذه المشكلة، نهجا جديدا للحصول على وقد وضعت السكان الخلية العصبية المخصب من خلال الجمع بين الخزعات الأنفية مع الليزر التقاط تسليخ مجهري (LCM) 18.
LCM هو الاسلوب الذي يسمح لعزل انتقائي من الخلايا باستخدام القطع بالليزر والأشعة فوق البنفسجية جنبا إلى جنب مع الأشعة تحت الحمراء ليزر 19-21. الجمع بين LCM مع نهج OE يقلل من تلوث كبير من OE من الخلايا غير العصبية، وبالتالي تعزيز تخصيب الخلايا العصبية (18). وعلاوة على ذلك، وطبقة الخلايا العصبية يمكن تمييزها عن الطبقة تحت المخاطية تحت المجهر، مما يلغي الحاجة لتلطيخ. يمكن أن يزيد من أنواع الخلايا العصبية يمكن تمييزها من السكان الخلية الأخرى باستخدام الأجسام المضادة الأولية التي أعرب عنها نوع من الخلايا ذات الاهتمام 7. لذلك، هذا الإجراء يؤسس أسهل طريقة لإثراء السكان الخلية العصبية تقريبا بحتة والتي يمكن استخدامها للدراسات التعبير الجيني، المناعية والتحقيقات الشكلية الأخرى.
ve_content "> وتهدف هذه الدراسة إلى إنشاء منصة تجريبية للتحقيق التغيرات الجزيئية في الخلايا العصبية الشمية المرتبطة الحالات المرضية والاستجابة للعلاج. ولمعالجة ذلك، مجموعة صغيرة من المرضى غير المدخنين الذين اجتمعوا المعايير التشخيصية DSM-IV لBD على أساس تم تجنيده في مقابلة التشخيصية للدراسات الجينية (DIG) 22 إلى الخضوع لاثنين من خزعات الأنف: خزعة واحدة قبل العلاج مع الليثيوم وخزعة الثاني، وبعد 6 أسابيع من العلاج الليثيوم عن طريق الفم يوميا وعلاوة على ذلك، يجب أن المرضى BD مؤهلا أن يكون: أعراض للاكتئاب ، استنادا إلى سجل ≥10 من أصل 60 في الطبيب تدار مونتغمري-Asberg تقييم مقياس (مادرس) 23؛ أعراض لهوس خفيف أو الهوس، استنادا إلى النتيجة ≥10 من أصل 56 على الطبيب تدار يونغ هوس تقييم مقياس (YMRS) 24؛ أو ≥10 على كل مادرس وYMRS معامل المقيم المشتركة بين المقيم الاتفاق بين الأطباء على حد سواء المقاييس هو> 0.96 بعد الخزعات، كانت الخلايا العصبية ENRI.جنة التعليم العالي من قبل OE LCM. وبعد اتخاذ تدابير إضافية لمراقبة الجودة، لضمان استخراج عالية الجودة RNA من الأنسجة والخلايا العصبية التخصيب، وأجريت في الوقت الحقيقي RT PCR للتحقيق مستويات ما قبل والتعبير بعد العلاج من الجينات في المصالح. تحتوي الأقسام التي تلت ذلك وصفا للتأكد من صحة هذا النهج، وتسليط الضوء على تعظيم الاستفادة من البروتوكول والاستراتيجيات التي تم تطبيقها للبروتوكول اطلاق النار المتاعب.Protocol
Representative Results
Discussion
ويرد منصة جديدة للحصول على المخصب طبقات الخلايا العصبية الشمية من خلال الجمع بين خزعة الأنف وLCM وتم التأكد من صلاحيتها في هذه الدراسة. هذه التقنية يمكن أن يكون لها آثار واسعة النطاق. ويمكن تطبيقه نحو الدراسات العلامات البيولوجية، بما فيها تلك المتعلقة الاستجابة للعل…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by USPHS grants MH-091460 (E.N.), MH-084018 (A.S.), MH-094268 Silvo O. Conte center (A.S.), MH-069853 (A.S.), MH-085226 (A.S.), MH-088753 (A.S.), MH-092443 (A.S.), and MH-096208 (K.I.), grants from DANA (E.N.), Stanley (A.S.), RUSK (A.S.), S-R foundations (A.S.), NARSAD (A.S. and K.I.), and Maryland Stem Cell Research Fund (A.S. and K.I.).
We sincerely appreciate the efforts and contributions of Pearl Kim, Maria Papapavlou, Nao Gamo, Youjin Chung, Yukiko Lema and Mark Christie towards coordination of the biopsy process.
Materials
| Reagent | Manufacturuer | Manufacturer Catalog # |
| Tissue Preparation | ||
| Tissue-Tek Cryomold Molds | Sakura Finetek | 4557 |
| Tissue-Tek O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 |
| Cryosectioning | ||
| Membrane Slide 1.0 PEN (D) | Carl Zeiss Microscopy | 415190-9041-000 |
| Rnase Zap | Ambion | AM9780 |
| DEPC Treated Water | Quality Biological | 351-068-131 |
| Microdissection | ||
| Microscope: PALM Series MicroLaser System | Carl Zeiss Microscopy | |
| Model: Axiovert 200M | ||
| Software: Robo v3.2 | ||
| No.5 Dumont Microdissction Forceps | Roboz | RS-49085 |
| RNA Extraction | ||
| RNAqueous Micro Kit | Ambion | AM1931 |
| cDNA Synthesis | ||
| SuperScript III First Strand Synthesis Kit | Invitrogen | 18080-051 |
| OMP qPCR | ||
| SYBR GreenER qPCR SuperMix | Invitrogen | 11760-500 |
| Taqman qPCR | ||
| TaqMan Expression Assay Probes | Applied Biosystems | Various |
| TaqMan Gene Expression Master Mix | Applied Biosystems | 4369016 |
References
- Goodwin, F. K., Jamison, K. R. . Manic-depressive illness. , (1990).
- Einat, H., Manji, H. K. Cellular plasticity cascades: genes-to-behavior pathways in animal models of bipolar disorder. Biol Psychiatry. 59 (12), 1160-1171 (2006).
- Severino, G., et al. Pharmacogenomics of bipolar disorder. Pharmacogenomics. 14 (6), 655-674 (2013).
- Beech, R. D., et al. Gene-expression differences in peripheral blood between lithium responders and non-responders in the Lithium Treatment-Moderate dose Use Study (LiTMUS). Pharmacogenomics J. 14 (2), 182-191 (2013).
- Horiuchi, Y., et al. Olfactory cells via nasal biopsy reflect the developing brain in gene expression profiles: utility and limitation of the surrogate tissues in research for brain disorders. Neurosci Res. 77 (4), 247-250 (2013).
- Dryer, L., Graziadei, P. P. Projections of the olfactory bulb in an elasmobranch fish, Sphyrna tiburo: segregation of inputs in the telencephalon. Anat Embryol (Berl. 190 (6), 563-572 (1994).
- Hahn, C. G., et al. In vivo and in vitro neurogenesis in human olfactory epithelium. J Comp Neurol. 483 (2), 154-163 (2005).
- Cascella, N. G., Takaki, M., Lin, S., Sawa, A. Neurodevelopmental involvement in schizophrenia: the olfactory epithelium as an alternative model for research. J Neurochem. 102 (3), 587-594 (2007).
- Sawa, A., Cascella, N. G. Peripheral olfactory system for clinical and basic psychiatry: a promising entry point to the mystery of brain mechanism and biomarker identification in schizophrenia. Am J Psychiatry. 166 (2), 137-139 (2009).
- Mor, E., et al. MicroRNA-382 expression is elevated in the olfactory neuroepithelium of schizophrenia patients. Neurobiol Dis. 55, 1-10 (2013).
- Kano, S., et al. Genome-wide profiling of multiple histone methylations in olfactory cells: further implications for cellular susceptibility to oxidative stress in schizophrenia. Mol Psychiatry. 18 (7), 740-742 (2013).
- Toritsuka, M., et al. Deficits in microRNA-mediated Cxcr4/Cxcl12 signaling in neurodevelopmental deficits in a 22q11 deletion syndrome mouse model. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (43), 17552-17557 (2013).
- Evgrafov, O. V., et al. Olfactory neuroepithelium-derived neural progenitor cells as a model system for investigating the molecular mechanisms of neuropsychiatric disorders. Psychiatr Genet. 21 (5), 217-228 (2011).
- Fan, Y., et al. Focal adhesion dynamics are altered in schizophrenia. Biol Psychiatry. 74 (6), 418-426 (2013).
- Ishizuka, K., et al. Negative symptoms of schizophrenia correlate with impairment on the University of Pennsylvania smell identification test. Neurosci Res. 66, 106-110 (2010).
- Sattler, R., et al. Human nasal olfactory epithelium as a dynamic marker for CNS therapy development. Exp Neurol. 232 (2), 203-211 (2011).
- Rimbault, M., Robin, S., Vaysse, A., Galibert, F. RNA profiles of rat olfactory epithelia: individual and age related variations. BMC Genomics. 10, 572 (2009).
- Tajinda, K., et al. Neuronal biomarkers from patients with mental illnesses: a novel method through nasal biopsy combined with laser-captured microdissection. Mol Psychiatry. 15 (3), 231-232 (2010).
- Bonner, R. F., et al. Laser capture microdissection: molecular analysis of tissue. Science. 278 (5342), 1481-1483 (1997).
- Fink, L., et al. Real-time quantitative RT-PCR after laser-assisted cell picking. Nat Med. 4 (11), 1329-1333 (1998).
- Emmert-Buck, M. R., et al. Laser capture microdissection. Science. 274 (5289), 998-1001 (1996).
- Nurnberger, J. I., et al. Diagnostic interview for genetic studies. Rationale, unique features, and training. NIMH Genetics Initiative. Arch Gen Psychiatry. 51 (11), 849-859 (1994).
- Montgomery, S. A., Asberg, M. A new depression scale designed to be sensitive to change. Br J Psychiatry. 134, 382-389 (1979).
- Young, R. C., Biggs, J. T., Ziegler, V. E., Meyer, D. A. A rating scale for mania: reliability, validity and sensitivity. Br J Psychiatry. 133, 429-435 (1978).
