Lazer Yakalama Mikrodisseksiyon ile Burun Biyopsi Kombine yoluyla elde Koku Nöronlar: Mental Bozuklukların Tedavi Tepki Eğitim Bir Potansiyel Yaklaşım
Summary
Bu çalışmada, yeni bir platformu geliştirdi ve valide edilmiş bipolar bozukluk (BD) tedavi yanıtının intranöronal moleküler imzaları araştırmak. BD hastaların Koku epitel burun biyopsi ile elde edildi. Sonra lazer yakalama mikrodiseksiyon BD lityum yanıt moleküler imza araştırmak için Gerçek Zamanlı RT PCR ile kombine edilmiştir.
Abstract
Bipolar bozukluk (BD) az anlaşılan patofizyolojisi ile ciddi bir nöropsikiyatrik bozukluk olduğunu ve genellikle duygudurum dengeleyici, lityum karbonat ile muamele. Hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalar ayrıca insan genetik çalışmalar lityum nöronal büyüme, hayatta kalma ve olgunlaşması ve Wnt sinyal katılan özellikle moleküller yer alan moleküler hedefleri etkilediğini göstermektedir. Merkezi sinir sistemi (MSS) lityum-yanıt ile ilişkili dinamik moleküler değişiklikler araştırmak için beyin biyopsileri elde etik sorun göz önüne alındığında, kimse bu goal.The koku epiteli koku reseptör nöronları içeren ulaşmak için koku dokulardan elde edilen nöronların kullanımını düşünebilirsiniz geliştirilmesi ve glial benzeri hücreleri desteklemek farklı aşamalarında. Bu güvenle burun biyopsi elde edilen koku doku kullanarak, nöropsikiyatrik hastalıklarda MSS dinamik değişiklikleri incelemek için eşsiz bir fırsat sunuyor. Subst oluşturduğu güçlüğün üstesinden gelmek içinnöronal olmayan hücreler biyopsi yapılan koku doku antial kirlenme, zenginleştirilmiş nöronal hücre popülasyonu elde etmek için yeni bir yaklaşım, lazer yakalama mikro-kesim ile burun biyopsi birleştirerek geliştirilmiştir. Bu çalışmada, nöronal dokuda tedavi ile ilişkili dinamik moleküler değişiklikler araştırmak için bir sistem lityum tedaviye yanıt moleküler mekanizmaların çalışması için işe BD hastalarının küçük bir pilot örneği kullanılarak, geliştirilmiş ve onaylanmıştır.
Introduction
Bipolar bozukluk (BD) ruh patolojik değişiklikler ile karakterize ciddi nöropsikiyatrik bozukluk olduğunu, sürücü ve biliş 1. BD tedavisi için kullanılan lityum hayvan çalışmalarında 2 gen çok sayıda sabit durum mRNA seviyeleri değiştirdiği gösterilmiştir, fakat bu moleküllerin herhangi insanlarda 2, klinik yanıt ile ilişkili olup olmadığını da bilinmemektedir. Lityum yanıt mekanizmasını anlamak nöronal dokularda lityum-kaynaklı moleküler değişikliklerin araştırıldığı gerektirecektir. Ne yazık ki, BD hastalarının beyin biyopsileri öncesi ve sonrası lityum tedavisi lityum yanıt moleküler imzalarını tespit elde etmek pratik değildir. Otopsi beyin dokuları BD biyomarkerları incelemek için kullanılır olmuştur, ancak, duygular, biliş ve sürücü dinamik değişiklikleri ile ilişkili moleküler belirteçler değerlendirmek için kullanılamaz; ve geriye dönük tespit lityum tedaviye yanıt geçerliliği sorunlu olabilir 4. Lenfositler ve diğer kan hücreleri yararlı olabilir, ancak kan hücrelerinde moleküler değişiklikler nöronal değişiklikleri 3-5 yansıtmayabilir. Beyin omurilik sıvısı hastalığıyla ilişkili ve ilaç-geri dönüşümlü içsel değişiklikleri yansıtıyor olabilir hücre içi moleküller hakkında bilgi edinmek için yetersiz olabilir.
koku epiteli (OE) merkezi sinir sistemi (MSS) eşsiz bir parçasıdır, limbik yapılara 6 embriyolojik ilgili; ve burun biyopsi ile kolayca erişilebilir. Bu oluşur glial benzeri gelişme 7-9 farklı aşamalarında (yani, sustentacular) hücreleri, bazal çoğalan hücreleri ve koku reseptör nöronlar destekler. Bu nedenle, OE accessibly nöropsikiyatrik hastalıklara 7 olan hastaların MSS dinamik değişiklikleri incelemek için eşsiz bir fırsat sunuyor. Çalışmalar bu occ yansıtan hastalıkla ilişkili olayları araştırmak için bir vekil doku olarak OE programı gösteriyorlarbeyin nöronlarının 8,9 urring. Örneğin, çalışmalar psikiyatrik koşullar 10-14 ile ilişkili moleküler profilleri araştırmak için OE kullanmıştır. Koku sistem aynı zamanda şizofreni 15 negatif belirtiler ile ilişkili koku açıkları gibi klinik endophenoytpes tanımlamak için hizmet vermektedir. Ayrıca, nörogelişimsel süreçleri psikiyatrik durumlar 8,9 patofizyolojisinin modellemek için yararlı bir yol sağlayan, hayat boyu OE devam ediyor.
Bununla birlikte, bu doku kullanımı için bir sakınca nöronal olmayan hücrelerin 16 koku biyopsilerin önemli konu, kirliliktir. Örneğin, önceki OE çalışmalarında, gen ifade çalışmaları için kullanılmıştır toplam RNA, nöronal olmayan hücrelerin 17 RNA dahil olmak üzere tüm burun biyopsi dokusundan ekstre RNA içeriyordu. Bu nedenle, önceki yaklaşımlar hücre kalitesi ile sınırlı kalmıştır. Bu sorunu aşmak için, yeni bir yaklaşım elde etmek Lazer-yakalama mikrodiseksiyonu (LCM) ile burun biyopsi birleştirerek zenginleştirilmiş nöronal hücre popülasyonları 18 geliştirilmiştir.
LCM enfraruj lazer 19-21 ile birlikte, UV lazer kesim kullanılarak hücrelerin seçici izolasyonu sağlayan bir tekniktir. OE yaklaşımı ile birleştirilmesi lcm böylece nöronal hücrelerin 18 zenginleştirilmesini artırılması, nöronal olmayan hücreler tarafından OE önemli kirlenmesini en aza indirir. Ayrıca, nöronal tabaka bu şekilde boyama için ihtiyacı ortadan kaldırarak, bir mikroskop altında alt mukoza tabakası ayırt edilebilir. Nöronal hücre tipleri daha fazla ilgi 7 hücre tipi ile ifade edilir, birincil antikorlar kullanılarak diğer hücre popülasyonlarından ayırt edilebilir. Bu nedenle, bu prosedür, gen ekspresyon çalışmaları, immünohistokimya ve diğer morfolojik araştırmalar için kullanılabilir hemen hemen tamamen nöronal hücre popülasyonunun zenginleştirilmesi için daha kolay bir yöntem ortaya koymaktadır.
ve_content "> Bu çalışma hastalık durumlarında ve tedavi yanıtı ile ilişkili koku nöronlar moleküler değişiklikleri araştırmak için deneysel bir platform oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu adres için, BD için DSM-IV tanı ölçütlerine göre sigara içilmeyen hastaların küçük bir set dayalı Genetik Çalışmaları Tanı Görüşmesi (DIG) 22 iki burun biyopsi geçmesi işe edildi: lityum ve ikinci biyopsi ile bir biyopsi ön arıtma, günlük oral lityum tedavisinin 6 hafta sonra Ayrıca, uygun BD hastalar olmalıdır:. depresyonun için semptomatik Montgomery-Asberg Değerlendirme Ölçeği (MADRS) 23 uygulanan klinisyen içinde 60 ≥10 puanlama dayalı (YMÖ'nin) hipomani veya mani için semptomatik, Young-Mani Derecelendirme Ölçeği klinisyen üzerinde 56 arasında bir skor ≥10 dayalı . 24;. MADDÖ ve iki ölçek için klinisyenler arasındaki anlaşmanın YMRS Değerlendirici-Inter-Değerlendirici katsayısı hem veya ≥10 biyopsi sonra, nöronlar Enri 0.96 idi> olanLCM tarafından OE dür. Doku ve nöronal zenginleştirme yüksek kaliteli RNA'nın çıkarılmasını sağlamak için, ek kalite kontrol önlemleri ardından, Real Time RT-PCR ilgi genlerin öncesi ve tedavi sonrası ifade düzeylerini araştırmak amacıyla yapılmıştır. takip eden bölümlerde bir bu yaklaşımın geçerliliğinin açıklamasını, protokol optimizasyonu vurgulayarak ve sorun-çekim protokolü uygulanmıştır stratejileri içerir.Protocol
Representative Results
Discussion
Burun biyopsi ve LCM birleştirerek zenginleştirilmiş koku nöronal katmanları elde etmek için bir yeni bir platform sunulmuştur ve bu çalışmada onaylanmıştır. Bu teknik yaygın etkileri olabilir. Bu alanda daha geniş bir etki yaparak, tedaviye yanıt için olanlar da dahil olmak üzere biyomarkır çalışmaları, ve diğer nöropsikiyatrik durumlar için ilaç keşfi çabalarına uygulanabilir.
Mansap uygulamalara yatkın, yüksek kaliteli nöronlar elde etmek için, bir kaç k…
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).
