에 수용성 화합물로 SCA1 마우스 치료가 아닌 것은 - 특히 미토콘드리아 기능 향상
Summary
We present a biochemical and behavioral protocol to evaluate the efficacy of mitochondria-targeted water-soluble compounds for the treatment of Spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1) and other cerebellar neurodegenerative diseases.
Abstract
미토콘드리아 기능 장애는 노화 과정에서 여러 유전 척수 소 뇌성 운동 실조증과 소뇌의 진보적 인 변성에 의해 표시 다른 운동 장애를 포함한 신경 퇴행성 질환에 중요한 역할을한다. 이 프로토콜의 목적은 척수 소 뇌성 실조증 유형 1 (SCA1)에서 미토콘드리아 기능 부전을 평가하고, 병의 진행을 느리게하는 수용성 화합물 숙신산 통해 호흡 대사 약물 표적의 효능을 평가하는 것이다. 이 접근은 다른 소뇌 질환에 적용 할 수있다 수용성 요법 숙주에 적응 될 수있다.
미토콘드리아 호흡의 생체 분석을 감지하고 미토콘드리아 기능에서 질병 관련 변경 사항을 정량화하는 데 사용됩니다. 유전 적 증거 (게시되지 않은 데이터)와 SCA1 마우스 모델에서 미토콘드리아 기능 장애의 단백체 증거, 우리는 수용성 대사 부스터의 치료의 효능을 평가홈 케이지 마시는 물에 직접 화합물을 용해하여 uccinic 산. 혈액 뇌 장벽을 통과하는 약물의 능력은 고성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC)를 사용하여 추론 될 수있다. 이들 화합물의 효능은 다음 가속 로타로드 (rotarod), 밸런스 빔 테스트 및 공간 분석 등 다양한 행동 패러다임을 사용하여 테스트 할 수있다. 소뇌 Cytoarchitectural 무결성 조롱박 세포핵 및 조롱박 수지상 세포 및 소마 검출 면역 분석법을 이용하여 평가할 수있다. 이러한 방법은 미토콘드리아 장애와 소뇌 신경 퇴행성 질환의 수용성 화합물 치료의 효능을 결정하기위한 견고한 기술이다.
Introduction
미토콘드리아의 전자 전달계를 이용하여 산화 적 인산화 (OXPHOS)를 통해 생성 된 미토콘드리아 ATP의 대부분과, 아데노신 삼인산 (ATP), 세포 에너지의 필수 조효소의 주요 생산자이다. 뇌는 높은 신진 대사 요구와 신경 활동에 전력을 공급하기위한 산화 적 인산화에 대한 의존도를 부여, 미토콘드리아 기능 장애에 매우 민감하다. 그 결과, 미토콘드리아 장애는 노화 과정 트리거 (1) 및 다수의 신경 퇴행성 질환은 2, 3, 4의 병인에 연루되어있다. 따라서 미토콘드리아는 신경 퇴행에 대한 매력적인 치료 대상이되는 것을 다음과 같습니다.
이 프로토콜에서, 우리는 미토콘드리아의 연구를위한 모델 신경 퇴행성 질환과 같은 척수 소 뇌성 실조증 유형 1 (SCA1)의 사용을 채택리터 부전과 미토콘드리아 – 표적으로 한 치료의 개발. SCA1 다른 뇌 영역의 조롱박 소뇌의 뉴런과 뉴런의 진보적 인 변성을 트리거 ataxin-1 유전자 산물의 폴리 글루타민 (polyQ) 반복 확장 돌연변이에 의해 발생합니다. 조롱박 세포 특이 적 프로모터의 제어하에 polyQ 돌연변이 ataxin-1 유전자를 발현합니다 (SCA1 마우스로 지정) 여기서 사용 된 트랜스 제닉 마우스 선은 SCA1 5 조롱박 세포 성분의 표적 분석을 허용한다. SCA1 마우스는 점진적 조롱박 세포의 퇴화를 받아야하고 운동 실조증 보행 (6)을 개발한다.
미토콘드리아 복잡한 기능 장애 및 미토콘드리아 타겟 치료 효능은 분자 및 행동 분석의 배터리로 평가 될 수있다. 복잡한 미토콘드리아 장애는 소뇌 조직 안에서 변화된 산소 소비량을 검출 호흡 분석하여 생체 측정전자 전달계 기판 및 억제제 (7)의 존재. 호흡 분석은 이전에 투과성이 조직, 미토콘드리아 분리하고, 전체 조직 7, 8, 9로 사용되어왔다. 이들은 예컨대 투과 전자 현미경 또는 면역 형광 염색법과 같은 형태 학적 데이터 수집 방법과 달리 미토콘드리아 기능의 직접적인 평가를 허용한다. 전체 조직보다는 격리 미토콘드리아의 사용은 분리 과정 중에 발생할 수 7 건강한 미토콘드리아 바이어스 선택을 방지한다. 도시 된 바와 같이 프로토콜에 적응되면, 호흡 분석은 소뇌 신경 퇴행성 질환 상태에서 미토콘드리아 기능 장애를 검출하기위한 유용한 방법이다.
대사 비특이적 활성제 퇴행성 diseas의 형질 전환 마우스 모델에서 미토콘드리아 기능 부전을 추론하는데 사용될 수있다전자 및 새로운 치료법의 개발에 도움. 퀘르세틴 보효소 Q10과 크레아틴 모든 환자 및 신경 퇴행성 질환 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16의 동물 모델에서 신경 퇴행성 질환의 병리를 개선하는 것으로 나타났다. 여기에서 우리는 신진 대사를 자극하고 신경 퇴행성 질환에서 미토콘드리아의 기능을 높일 수있는 새로운 신진 대사 활성화, 숙신산을 제시한다. 활성제가 혈액 뇌 장벽을 가로 지르는 것을 보장하기 위해, HPLC 처리 된 마우스는 17 신경 조직에 배달을 검출하도록 사용 하였다.
숙신산과 같은 대사 표적 수용성 화합물의 치료 효과를 평가하기 위해, 행동 패러다임과 immunopathological 연구 전지가 사용될 수있다. 뒤소뇌 신경 퇴행성 질환, 풋 프린트 활주로 분석, 빔 분석 및 가속 회전로드 분석에서 발견 된 모터 조정 적자에 전자는 행동 병리학 6, 18, 19의 구조를 검색하는 데 사용됩니다. 이러한 조치는 소뇌 조직 6, 20, 21의 정의 소엽 내에서 분자 (조롱박 세포 돌기의 아버 길이로 정의) 층의 두께 및 조롱박 세포 소마 수를 평가하여 소뇌 cytoarchitecture의 immunopathological 평가로 보충된다. 여기에서 우리는 대사 대상으로 수용성 화합물 검출 및 미토콘드리아 기능 장애의 치료를위한 여러 신경 병리학 및 행동 방법을 제시한다.
우리는 SCA1의 트란에 미토콘드리아 기능 장애를 분석하는 미토콘드리아 호흡의 생체 분석을 사용sgenic 마우스입니다. 더욱이, 우리는 질병 증상과 병리 더 SCA1 질병 진행에서 미토콘드리아 기능 부전을 연루 수용성 미토콘드리아 부스터 숙신산 향상되어 있음을 보여준다.
Protocol
Representative Results
Discussion
설명 된 바와 같이 이러한 방법을 사용하는 경우, 이들은 검출 및 소뇌 신경 퇴행성 질환의 마우스 모델에서 산화 적 인산화 매개 미토콘드리아 기능 부전을 경감 할 수있다. 결합 된 생화학 적 및 행동 분석은 소뇌 신경 퇴행성 질환의 병리에 미토콘드리아 기여의 정도를 결정하기위한 다각적 인 방법입니다. 신진 대사를 자극하고 미토콘드리아 기능을 강화하기 위해 숙신산과 쥐를 치료함으로?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Harry Orr at the University of Minnesota for his generous gift of transgenic mice. We would also like to thank the following Skidmore College alum for their work performing the preceding experiments: Monica Villegas, Porter Hall, Mitchell Spring, Nicholas Toker, Jenny Zhang, Chloe Larson and Cheyanne Slocum. Furthermore, we would like to thank Skidmore College for funding the development of these methods.
Materials
| Adenosine diphosphate | Sigma Aldrich | A2754 | ADP |
| Ascorbate | Sigma Aldrich | A7631 | |
| Bovine serum albumin | Sigma Aldrich | A2153 | BSA |
| 4',6-Diamidino-2-phenylindole | Sigma Aldrich | D9542 | DAPI |
| Digitonin | Sigma Aldrich | D141 | |
| Dithiothreitol | Sigma Aldrich | D0632 | DTT |
| Donkey serum | Sigma Aldrich | D9663 | |
| Glutamate | Sigma Aldrich | 1446600 | |
| Malate | Sigma Aldrich | 6994 | |
| Mannitol | Sigma Aldrich | M4125 | |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | P6148 | |
| Potassium-lactobionate | Bio-Sugars | 69313-67-3 | |
| Rotenone | Sigma Aldrich | R8875 | |
| Saponin | Sigma Aldrich | 47036 | |
| Succinic Acid | Sigma Aldrich | S3674 | |
| N,N,N′,N′-Tetramethyl-p-phenylenediamine | Sigma Aldrich | T7394 | TMPD |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T9284 | |
| Urea | Sigma Aldrich | U0631 | |
| Vectashield mounting medium | Vector Labs | H-1000 | |
| Antibodies | |||
| 11NQ antibody (anti-ataxin-1 ) | Servadio, et al. 1995, PMID: 7647801 | ||
| Alexa Fluor 488 anti-mouse secondary antibody | Life Technologies | A-11015 | |
| Alexa Fluor 594 anti-rabbit secondary antibody | Life Technologies | A-11012 | |
| Calbindin antibody (goat) | Santa Cruz | C-20 | |
| Animals | |||
| Control transgenic mice | Harry Orr, Ph.D. | A02 | Burright, et al. 1997, PMID: 9217978 |
| SCA1 mice | Harry Orr, Ph.D. | B05 | Burright, et al. 1997, PMID: 9217978 |
| Wildtype mice | The Jackson Laboratory | 001800 | |
| Equipment | |||
| ESM-100L microtome | ERMA | Sledge microtome | |
| Fluoview FV1200 Confocal Microscope | Olympus | ||
| Glycerol-gelatin slides | FD Neuro Technologies | PO101 | |
| Hamilton syringe | Sigma Aldrich | VCAT 80465 | |
| OXYT1 Oxytherm Electrode Control Unit | Hansatech Instruments | ||
| P.T.F.E. paper | Cole-Parmer | UX-08277-15 | |
| Rotallion Rotarod | PPP&G | contact corresponding author for information | |
| Ultimate 3000 HPLC | Dionex | ||
| Software | |||
| ImageJ | National Institute of Health | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Cell counter plugin (for ImageJ) | National Institute of Health | http://rsb.info.nih.gov/ij/plugins/cell-counter.html | |
| 3P&G Rota-Rod v3.3.3 (rotarod software) | PPP&G | contact corresponding author for information | |
| Phidget21.dll (required for rotarod software) | DLL-Files.com | https://www.dll-files.com/phidget21.dll.html |
References
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