Beoordeling van Dopaminerge homeostase in muizen door gebruik van High-performance Liquid Chromatography analyse en Synaptosomal Dopamine opname
Summary
Synaptosomal dopamine opname en krachtige vloeibare chromatografie vertegenwoordigen experimentele analysetools te onderzoeken van dopamine homeostase in muizen door beoordeling van de functie van de dopamine transporter en niveaus van dopamine in striatale weefsel, respectievelijk. Hier presenteren we protocollen voor dopamine weefsel inhoud meten en beoordelen van de functionaliteit van de dopamine transporter.
Abstract
Dopamine (DA) is een f neurotransmitter beheersing van motorische activiteit, beloning processen en cognitieve functie. Bijzondere waardevermindering van de Dopaminerge (DAergic) transmissie is sterk geassocieerd met diverse centrale zenuwstelsel-geassocieerde ziekten zoals de ziekte van Parkinson, aandacht-deficit-hyperactivity disorder en drug verslaving1,2 ,3,4. Uitgezet ziekte mechanismen waarbij DA onbalans is kritisch afhankelijk van diermodellen om na te bootsen van aspecten van de ziekten, en dus protocollen die specifieke delen van de DA-homeostase te beoordelen zijn belangrijk om te bieden van nieuwe inzichten en mogelijke therapeutische doelstellingen voor deze ziekten.
Hier presenteren we twee nuttige experimentele protocollen die combinatie bieden een functionele uitlezing van het systeem van de DAergic in muizen. Biochemische en functionele parameters op DA homeostase zijn verkregen door middel van de beoordeling van de niveaus van de DA en dopamine transporter (DAT) functionaliteit5. Bij het onderzoeken van de DA-systeem, is de mogelijkheid voor het betrouwbaar meten endogene voor DA van volwassen hersenen essentieel. Daarom presenteren we het uitvoeren van krachtige vloeibare chromatografie (HPLC) op hersenweefsel van muizen om niveaus van DA. Wij voeren het experiment op weefsel van de dorsale striatum (dStr) en nucleus accumbens (NAc), maar de methode is ook geschikt voor andere DA-geïnnerveerd hersengebieden.
DAT is essentieel voor reuptake voor DA in de presynaptische terminal, waardoor beheersing van de temporele en ruimtelijke activiteit van vrijgegeven DA. Het kennen van de niveaus en de functionaliteit van DAT in het striatum is van groot belang bij de beoordeling van DA homeostase. Hier, bieden wij een protocol waarmee gelijktijdig om informatie te deduceren op oppervlakte niveaus en functie met behulp van een synaptosomal6 DA opname assay.
Huidige methoden gecombineerd met standaard immunoblotting protocollen bieden de onderzoeker met relevante tools karakteriseren van het DAergic-systeem.
Introduction
Dopamine (DA) is een cruciaal voor motor gedrag, de beloning en de cognitieve functie1,,7,,8,9f neurotransmitter. Onevenwichtigheden in de homeostase van de DA zijn betrokken bij verschillende neuropsychiatrische ziekten zoals de wanorde van de Hyperactiviteit van de aandacht-tekort, drugsverslaving, depressie en de ziekte van Parkinson1. DA is vrijgelaten uit het presynaptische neuron in de synaptische spleet, waar het aan bindt en activeert de receptoren op de pre- en postsynaptisch membraan, waardoor verdere overbrengen van het signaal. Het niveau van DA in de synaps na release is ruimtelijk en stoffelijk gecontroleerd door DAT3,10. De vervoerder sequesters DA van de extracellulaire ruimte, en dus voedt fysiologische DA niveaus-3,11. Genetische verwijdering van DAT bij muizen veroorzaakt een hyperdopaminergic fenotype gekenmerkt door verhoogde synaptic DA niveaus, uitputting van intracellulaire DA zwembaden en ingrijpende veranderingen in postsynaptisch DAergic signalering van10,12.
Hier twee afzonderlijke protocollen worden gepresenteerd, een methode maatregel DA weefsel inhoud en een andere om te beoordelen van de functionaliteit van DAT. gecombineerd met de bepaling van de oppervlakte biotinylation beschreven door Gabriel et al.13 deze twee methoden bevatten informatie over DA inhoud en functionele niveaus van DAT voor een grondige beoordeling van DA homeostase. Met deze methoden kunt DA homeostase van verschillende transgene muizen of modellen van de ziekte worden gekenmerkt en beschreven. Deze hulpprogramma’s zijn uitgevoerd en geoptimaliseerd en zijn standaard gebruik in onze laboratoria. Huidige testen hebben gediend om te onderzoeken van de gevolgen voor de DA-homeostase van het veranderen van de C-terminal van DAT14 of uiting van Cre recombinase onder de tyrosine hydroxylase (TH) promotor 5.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit manuscript beschrijft nuttige experimentele protocollen te bakenen DA homeostase in een muismodel van keuze. We bieden gedetailleerde protocollen voor meten niveaus van DA in hersenweefsel van muizen met behulp van HPLC en synaptosomal DA opname te beoordelen van functionele DA vervoer door middel van DAT. De procedures, de protocollen en de grenzen voor de HPLC-experiment en synaptosomal DA opname bepaling zal hieronder worden uitgewerkt.
Het protocol synaptosomal opname kan nuttig inzich…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de UCPH 2016 programma van Excellence (U.G., A.R., K.J.), de Stichting van Lundbeck (M.R.) de Lundbeck Stichting Centrum voor biomembranen in nanogeneeskunde (U.G.), het Nationaal Instituut van gezondheid subsidies P01 DA 12408 (U.G.), de Deense Raad voor onafhankelijk onderzoek – medische wetenschappen (U.G.).
Materials
| COMT inhibitor | Sigma Aldrich, Germany | RO-41-0960 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| [3H]-Dopamine | Perkin-Elmer Life Sciences, Boston, MA, USA | NET67-3001MC | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Glass microfiber filters | GF/C Whatman, GE Healthcare Life Sciences, Buckinghamshire | 1822-024 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| HiSafe Scintillation fluid | Perkin Elmer | 1200-437 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| MicroBeta2 | Perkin Elmer | For synaptosomal DA uptake protocol | |
| BCA Protein Assay kit | Thermo Scientific Pierce | 23225 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| HEPES | Sigma Life Science | H3375 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Sucrose | Sigma Life Science | S7903 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| NaCl | Sigma Life Science | S3014 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| KCl | Sigma Life Science | P9541 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| CaCl2 | Merck KGaA | 10043-52-4 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| MgSO4 | Sigma Life Science | 63065 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Ascorbic Acid | Sigma Life Science | A0278 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| D-Glucose | Sigma Life Science | G7021 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Pargyline | Sigma Aldrich | P-8013 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Desipramine | Sigma Aldrich | D3900 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Dopamine | Sigma Life Science | H8502 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Cocaine | Sigma Life Science | C5776 | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Brain matrix | ASI instruments | RBM2000C | For synaptosomal DA uptake protocol |
| Cafano mechanical teflon disrupter | Buch & Holm | Discontinued | For synaptosomal DA uptake protocol (homogenization) |
| Antec Decade (Amperometric detector) | Antec, Leiden, The Netherlands | Discontinued: new model DECADE Elite / Lite™ Electrochemical Detector type 175 and 176 | For HPLC protocol |
| Avantec 0.22 μm glass filter | Frisenette ApS, Denmark | 13CP020AS | For HPLC protocol |
| Column: Prodigy 3 μ ODS-3 C18 | Phenomenex, YMC Europe, Chermbeck, Germany | Part Number:00A-3300-E0 | For HPLC protocol |
| LC solution software | Shimadzu | LabSolutions Series Workstation | For HPLC protocol |
| Perchlor acid 0.1M | Fluka Analytical | 35418-500ml | For HPLC protocol (Tissue preparation) |
| EDTA | Sigma | E5134-50g | For HPLC protocol |
| Natriumdihydrogenphosphar | Bie&Berntsen | 1.06346 1000g | For HPLC protocol |
| Sodium 1-octanesulfonate monohydrate | Aldrich | 74885 -10g | For HPLC protocol |
| Acetonitrile, isocratic HPLC grade | Scharlau | AC03402500 | For HPLC protocol |
| Filtre 0.22um | Frisenette ApS, Denmark | Avantec 13CP020AS | For HPLC protocol (Tissue preparation) |
| ortho-Phosphoric acid 85% | Merck | 1.00563. 1000ml | For HPLC protocol |
| Electrode | Antec, Leiden, The Netherlands | AN1161300 | For HPLC protocol (see manual online) |
| Detector program on DECADE II electrochemical detector | Antec, Leiden, The Netherlands | Lite™ Electrochemical Detector type 175 and 176 | For HPLC protocol |
References
- Tritsch, N. X., Sabatini, B. L. Dopaminergic modulation of synaptic transmission in cortex and striatum. Neuron. 76, 33-50 (2012).
- Cartier, E. A., et al. A biochemical and functional protein complex involving dopamine synthesis and transport into synaptic vesicles. J Biol Chem. 285, 1957-1966 (2010).
- Kristensen, A. S., et al. SLC6 neurotransmitter transporters: structure, function, and regulation. Pharmacol Rev. 63, 585-640 (2011).
- Gainetdinov, R. R., Caron, M. G. Monoamine transporters: from genes to behavior. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 43, 261-284 (2003).
- Runegaard, A. H., et al. Preserved dopaminergic homeostasis and dopamine-related behaviour in hemizygous TH-Cre mice. Eur J Neurosci. 45, 121-128 (2017).
- Whittaker, V. P., Michaelson, I. A., Kirkland, R. J. The separation of synaptic vesicles from nerve-ending particles (‘synaptosomes’). Biochem J. 90, 293-303 (1964).
- Hornykiewicz, O. Dopamine (3-hydroxytyramine) and brain function. Pharmacol Rev. 18, 925-964 (1966).
- Schultz, W. Behavioral dopamine signals. Trends Neurosci. 30, 203-210 (2007).
- Beaulieu, J. M., Gainetdinov, R. R. The physiology, signaling, and pharmacology of dopamine receptors. Pharmacol Rev. 63, 182-217 (2011).
- Giros, B., Jaber, M., Jones, S. R., Wightman, R. M., Caron, M. G. Hyperlocomotion and indifference to cocaine and amphetamine in mice lacking the dopamine transporter. Nature. 379, 606-612 (1996).
- Torres, G. E., Amara, S. G. Glutamate and monoamine transporters: new visions of form and function. Curr Opin Neurobiol. 17, 304-312 (2007).
- Jones, S. R., et al. Profound neuronal plasticity in response to inactivation of the dopamine transporter. Proc Natl Acad Sci U S A. 95, 4029-4034 (1998).
- Gabriel, L. R., Wu, S., Melikian, H. E. Brain slice biotinylation: an ex vivo approach to measure region-specific plasma membrane protein trafficking in adult neurons. J Vis Exp. , (2014).
- Rickhag, M., et al. A C-terminal PDZ domain-binding sequence is required for striatal distribution of the dopamine transporter. Nat Commun. 4, 1580 (2013).
- Dunkley, P. R., Jarvie, P. E., Robinson, P. J. A rapid Percoll gradient procedure for preparation of synaptosomes. Nat Protoc. 3, 1718-1728 (2008).
- Whittaker, V. P. Thirty years of synaptosome research. J Neurocytol. 22, 735-742 (1993).
- Schmitz, Y., Benoit-Marand, M., Gonon, F., Sulzer, D. Presynaptic regulation of dopaminergic neurotransmission. J Neurochem. 87, 273-289 (2003).
- Yang, L., Beal, M. F. Determination of neurotransmitter levels in models of Parkinson’s disease by HPLC-ECD. Methods Mol Biol. 793, 401-415 (2011).
- Earles, C., Schenk, J. O. Rotating disk electrode voltammetric measurements of dopamine transporter activity: an analytical evaluation. Anal Biochem. 264, 191-198 (1998).
- Wu, Q., Reith, M. E., Kuhar, M. J., Carroll, F. I., Garris, P. A. Preferential increases in nucleus accumbens dopamine after systemic cocaine administration are caused by unique characteristics of dopamine neurotransmission. J Neurosci. 21, 6338-6347 (2001).
- Schonfuss, D., Reum, T., Olshausen, P., Fischer, T., Morgenstern, R. Modelling constant potential amperometry for investigations of dopaminergic neurotransmission kinetics in vivo. J Neurosci Methods. 112, 163-172 (2001).
- Hoover, B. R., Everett, C. V., Sorkin, A., Zahniser, N. R. Rapid regulation of dopamine transporters by tyrosine kinases in rat neuronal preparations. J Neurochem. 101, 1258-1271 (2007).
- Hansen, F. H., et al. Missense dopamine transporter mutations associate with adult parkinsonism and ADHD. J Clin Invest. 124, 3107-3120 (2014).
- Damier, P., Hirsch, E. C., Agid, Y., Graybiel, A. M. The substantia nigra of the human brain. II. Patterns of loss of dopamine-containing neurons in Parkinson’s disease. Brain. 122 (Pt 8), 1437-1448 (1999).
- Atack, C. V. The determination of dopamine by a modification of the dihydroxyindole fluorimetric assay. Br J Pharmacol. 48, 699-714 (1973).
- Yoshitake, T., et al. High-sensitive liquid chromatographic method for determination of neuronal release of serotonin, noradrenaline and dopamine monitored by microdialysis in the rat prefrontal cortex. J Neurosci Methods. 140, 163-168 (2004).
- Decressac, M., Mattsson, B., Lundblad, M., Weikop, P., Bjorklund, A. Progressive neurodegenerative and behavioural changes induced by AAV-mediated overexpression of alpha-synuclein in midbrain dopamine neurons. Neurobiol Dis. 45, 939-953 (2012).
- Huot, P., Johnston, T. H., Koprich, J. B., Fox, S. H., Brotchie, J. M. L-DOPA pharmacokinetics in the MPTP-lesioned macaque model of Parkinson’s disease. Neuropharmacology. 63, 829-836 (2012).
- Mikkelsen, M., et al. MPTP-induced Parkinsonism in minipigs: A behavioral, biochemical, and histological study. Neurotoxicol Teratol. 21, 169-175 (1999).
- Salvatore, M. F., Pruett, B. S., Dempsey, C., Fields, V. Comprehensive profiling of dopamine regulation in substantia nigra and ventral tegmental area. J Vis Exp. , (2012).
- Van Dam, D., et al. Regional distribution of biogenic amines, amino acids and cholinergic markers in the CNS of the C57BL/6 strain. Amino Acids. 28, 377-387 (2005).
- Barth, C., Villringer, A., Sacher, J. Sex hormones affect neurotransmitters and shape the adult female brain during hormonal transition periods. Front Neurosci. 9 (37), (2015).
- Corthell, J. T., Stathopoulos, A. M., Watson, C. C., Bertram, R., Trombley, P. Q. Olfactory bulb monoamine concentrations vary with time of day. Neuroscience. 247, 234-241 (2013).
- Zhuang, X., et al. Hyperactivity and impaired response habituation in hyperdopaminergic mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 1982-1987 (2001).
- Ungerstedt, U., Pycock, C. Functional correlates of dopamine neurotransmission. Bull Schweiz Akad Med Wiss. 30, 44-55 (1974).
- Wickham, R. J., Park, J., Nunes, E. J., Addy, N. A. Examination of Rapid Dopamine Dynamics with Fast Scan Cyclic Voltammetry During Intra-oral Tastant Administration in Awake Rats. J Vis Exp. , e52468 (2015).
- Phillips, P. E., Robinson, D. L., Stuber, G. D., Carelli, R. M., Wightman, R. M. Real-time measurements of phasic changes in extracellular dopamine concentration in freely moving rats by fast-scan cyclic voltammetry. Methods Mol Med. 79, 443-464 (2003).
- Callaghan, P. D., Irvine, R. J., Daws, L. C. Differences in the in vivo dynamics of neurotransmitter release and serotonin uptake after acute para-methoxyamphetamine and 3,4-methylenedioxymethamphetamine revealed by chronoamperometry. Neurochem Int. 47, 350-361 (2005).
