JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

Autoradiography כאל שיטה פשוטה ורבת -עוצמה עבור ויזואליזציה ואפיון של מטרות תרופתי

Published: March 12, 2019
doi:
10.3791/58879
, , ,
1Department of Drug Design and Pharmacology, Faculty of Health and Medical Sciences,University of Copenhagen, 2Neurobiology Research Unit and CIMBI,Copenhagen University Hospital, 3Department of Clinical Physiology, Nuclear Medicine & PET,Copenhagen University Hospital

Summary

השיטה של autoradiography נמצא בשימוש שגרתי ללמוד קשירה של radioligands על מקטעים של רקמות לקביעת פרמקולוגיה איכותי או כמותי.

Abstract

במבחנה autoradiography נועד להמחיש את התפלגות האנטומי של חלבון עניין ברקמות חיות ניסוי, כמו גם בני אדם. השיטה מבוססת על הכריכה ספציפי של radioligand למטרה הביולוגי שלו. לכן, מקטעי רקמת קפוא מודגרת עם פתרון radioligand, האיגוד אל המטרה הוא לאחר מכן מקומי על ידי הגילוי של דעיכה רדיואקטיבית, לדוגמה, באמצעות סרט פוטוסנסיטיבית או זרחן הדמיה צלחות. Autoradiograms דיגיטלי שנוצר להציג רזולוציה מרחבית יוצא דופן, אשר מאפשרת כימות ולוקליזציה של איגוד radioligand במבנים אנטומיים ברורים. יתר על כן, כימות מאפשרת אפיון ליגנד זיקה תרופתי באמצעות קבועי דיסוציאציה (דK), עיכוב קבועים (Kאני), כמו גם הצפיפות של אתרי קישור (Bmax) ברקמות שנבחרו. לכן, השיטה מספקת מידע אודות המטרה לוקליזציה והן ליגנד סלקטיביות. כאן, הטכניקה היא ביטוי עם אפיון autoradiographic של החומצה גבוה-זיקה γ-hydroxybutyric (אסיד) מחייב אתרי ברקמת המוח יונקים, תוך שימת דגש מיוחד על שיקולים מתודולוגי בנוגע וזמינותו מחייבת פרמטרים, הבחירה של radioligand ואת שיטת זיהוי.

Introduction

Autoradiography היא שיטה אשר מספק תמונות של דעיכה רדיואקטיבית. הטכניקה משמשת באופן שגרתי ללמוד התפלגות רקמת חלבון של עניין במבחנה המבוססת על אינטראקציה עם תרופתי ספציפי בין תרכובת radiolabelled המטרה שלו. זה מספק מידע ישיר על סלקטיביות ליגנד המטרה. במבחנה autoradiography עשוי לשמש גם קביעה כמותית של איגוד תרופתי הפרמטרים של radioligands, כגון קבוע דיסוציאציה (דK), צפיפות של אתרי קישור (Bmax), כמו גם לקביעת עיכוב הקבוע (Ki) של ליגנדים מתחרות1,2. בהשוואה לאיגוד radioligand homogenate מסורתיים, autoradiography יש את היתרון של מסוגל לדמיין אנטומיה המרחבי ולתת פרטים תמציתי של דפוסי ביטוי אזוריים3. השיטה של autoradiography לכן חלופה רלוונטי immunocytochemistry, במיוחד בהעדר נוגדן המאומת. Autoradiography מיושם בקלות בתוך מעבדה סטנדרטיים radioisotope קיבלו את הזמינות של radioligand מתאים עם יחודיות תרופתי הנדרש, גישה cryostat מיקרוטום עבור הכנת רקמות, ומקטעים של הדמיה מתאימים המכשיר כי הוא מסוגל לנתח את ההפצה של רדיואקטיביות בסעיפים המתאימים רקמות. ראוי לציין, קריטריון הבחירה חשובה עבור radioligand הוא כמות מוגבלת של איגוד לאתרים שאינם-יעד. זה יכול להיות חלבונים, ריריות או חומרים כגון פלסטיק או מסננים אחרים, הוא המכונות במקובץ מחייב שאינם ספציפיים. בדרך כלל, לא ספציפית מחייבת היא אי-saturable אבל יכול להיות saturable אם זה קשור חלבון חופש-יעד ספציפי. הדרך הטובה ביותר של אימות נכון מחייב ספציפית היא להשוות בין רקמות חסר המטרה, למשל, גנטית מהונדסים רקמות (הנוק-אאוט)4.

. הנה, המתודולוגיה מודגם עם אפיון האתר גבוהה-זיקה מחייב עבור חומצה γ-hydroxybutyric (אסיד) במוח של יונקים autoradiographic. הבנת האינטראקציה תרופתי בין אסיד לבין אתר איגוד שלו הוא מידת הרלוונטיות וכן אסיד שני תרופה שימושי קלינית לטיפול narcolepsy אלכוהוליזם5, אלא גם נתין הטבעי של המוח יונקים ו של פנאי סמים6. אתרי קישור אסיד גבוה-זיקה תוארו לראשונה באמצעות קשירה אסיד [3H] rat-המוח-homogenate-7. במהלך השנים, לקדם מחקרים autoradiography עם [3H] אסיד ופניות של [3H] רכיבי NC-382, הראה צפיפות גבוהה של איגוד אתרי באזורים הקדמי של עכברוש8,9,10, עכבר9 , חזיר המוח של11וקוף אדם-12. עם זאת, זהות מולקולרית והרלוונטיות המדויק פונקציונלי של אתרים אלה מחייב נשארו חמקמק.

עם כוונה לאפיין נוספת של אתרי קשירה, וכדי להקל על מחקרים על תפקיד פיזיולוגי של אסיד, פותחו מרובים radioligands שילוב איזוטופים שונים ניחן הזיקות השונות ([3H] GHB, [3 H] רכיבי NC-382 [3H] HOCPCA, [125אני] BnOPh-GHB)13,14,15,16(נבדקה17) (איור 1). השילוב של radioligands גבוהה-זיקה סלקטיבית, צפיפות רקמת גבוהה מאוד של האיגוד אתרי אפשרו לייצור של תמונות באיכות גבוהה באמצעות הזרחן הדמיה טכניקה9,11. יחד עם חלוקה לרמות של נקודות מעשיות בהגדרת ניסוי autoradiographic ואיור לצורך המחשה פרטים, המקטע לדיון ידגיש i) הבחירה של רדיונוקלידים ii) בחירה וזמינותו תנאי, iii) השימוש פוספור הדמיה צלחות לעומת לסרטי רנטגן. המטרה הכוללת של מאמר זה נועד לספק פרטים טכניים, מתודולוגי ומדעיים על טכניקת autoradiography בשביל לידע על רקמות הפצה וניתוח תרופתי של חלבון מטרות.

Protocol

לטיפול בבעלי חיים כל בוצעה בהתאם להנחיות של Inspectorate ניסויים בבעלי חיים דנית. הערה: פרוטוקול המתוארים כאן מכסה רקמות הכנה (קרי, רקמת מוח העכבר), במבחנה autoradiographic וזמינותו בפירוט מספיק עבור הגדרת השיטה במעבדה החדשה, את החשיפה פוספור הדמיה הצלחות כמו גם לאחר מכן ניתוח den…

Representative Results

התפלגות האנטומי של האתרים מחייב אסיד גבוה-זיקה באמצעות פרוטוקול המתואר, היה דמיינו את אנלוגי אסיד radiolabelled [3H] HOCPCA במוח העכבר, אשר נקטעה למקטעים הילתית, הווריד, אופקי (איור 3 ). רמות גבוהות של איגוד נצפתה היפוקמפוס, קליפת המוח, איגוד נמוך ב סטריאטום ואיג?…

Discussion

איכות autoradiographic assay נקבעת בדרך כלל לפי הרגישות של radioligand. גורם תורם מרכזי הוא radioisotope הנבחר, אשר ניתנת על-ידי הזמינות של ליגנדים ידוע או את הכדאיות של טכניקות ספציפיות labelling להניב ליגנדים עם פעילות ספציפית המתאימה (קרי, את כמות הרדיואקטיביות לכל יחידת השומה של radioligand)23, עם כמו…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

העבודה נתמכה על ידי קרן לונדבק (גרנט R133-A12270) ושל קרן נורדיסק Novo (גרנט NNF0C0028664). המחברים מודים ד ר עופר בר מארק על אספקת radioligand [3H].

Materials

Absolute ethanol Merck Millipore 107017
Acetic acid Sigma-Aldrich A6283
BAS-TR2040 Imaging Plate GE Healthcare Life Science 28956481 20×40 cm – Sensitive to tritium
Cresyl violet acetate Sigma-Aldrich C5042-10G
DPX (non-aqueous mounting medium for microscopy) Merck Millipore 100579
O.C.T. Compound, 12 x 125 mL Sakura 4583 Tissue-Tek
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich 16005-1KG-R
Superfrost Plus slides VWR 631-9483 microscope slides
Tissue-Tek Manual Slide Staining Set Sakura Finetek Denmark ApS 4451
Tritium Standard on Glas American Radiolabeld Chemicals, Inc. ART 0123
Xylene substitute Sigma-Aldrich A5597
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Upham, L. V., Englert, D. F. . Handbook of Radioactivity Analysis. , 1063-1127 (2003).
  2. Manuel, I., et al. Neurotransmitter receptor localization: From autoradiography to imaging mass spectrometry. ACS Chemical Neuroscience. 6, 362-373 (2015).
  3. Pavey, G. M., Copolov, D. L., Dean, B. High-resolution phosphor imaging: validation for use with human brain tissue sections to determine the affinity and density of radioligand binding. Journal of Neuroscience Methods. 116, 157-163 (2002).
  4. Davenport, A. P. . Receptor Binding Techniques. 897, (2012).
  5. Busardò, F. P., Kyriakou, C., Napoletano, S., Marinelli, E., Zaami, S. Clinical applications of sodium oxybate (GHB): from narcolepsy to alcohol withdrawal syndrome. European Review for Medical and Pharmacological Sciences. 19, 4654-4663 (2015).
  6. Wong, C. G. T., Gibson, K. M., Snead, O. C. I. From the street to the brain: neurobiology of the recreational drug γ-hydroxybutyric acid. Trends in Pharmacological Sciences. 25, 29-34 (2004).
  7. Benavides, J., et al. High affinity binding site for γ-hydroxybutyric acid in rat brain. Life Sciences. 30, 953-961 (1982).
  8. Hechler, V., Gobaille, S., Maitre, M. Selective distribution pattern of y-hydroxybutyrate receptors in the rat forebrain and midbrain as revealed by quantitative autoradiography. Brain Research. 572, 345-348 (1992).
  9. Klein, A. B., et al. Autoradiographic imaging and quantification of the high-affinity GHB binding sites in rodent brain using 3H-HOCPCA. Neurochemistry International. 100, 138-145 (2016).
  10. Gould, G. G., Mehta, A. K., Frazer, A., Ticku, M. K. Quantitative autoradiographic analysis of the new radioligand [3H](2E)-(5-hydroxy-5,7,8,9-tetrahydro-6H-benzo[α][7]annulen-6-ylidene) ethanoic acid ([3H]NCS-382) at γ-hydroxybutyric acid (GHB) binding sites in rat brain. Brain Research. 979, 51-56 (2003).
  11. Jensen, C. H., et al. Radiosynthesis and evaluation of [11C]3-hydroxycyclopent-1- enecarboxylic acid as potential PET ligand for the high-affinity γ-hydroxybutyric acid binding sites. ACS Chemical Neuroscience. , 22-27 (2017).
  12. Castelli, M. P., Mocci, I., Langlois, X., Gommeren, W., Luyten, W. H. M. L. Quantitative autoradiographic distribution of γ-hydroxybutyric acid binding sites in human and monkey brain. Molecular Brain Research. 78, 91-99 (2000).
  13. Wellendorph, P., et al. Novel radioiodinated γ-hydroxybutyric acid analogues for radiolabeling and photolinking of high-affinity γ-hydroxybutyric acid binding sites. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 335, 458-464 (2010).
  14. Vogensen, S. B., et al. New synthesis and tritium labeling of a selective ligand for studying high-affinity γ-hydroxybutyrate (GHB) binding sites. Journal of Medicinal Chemistry. 56, 8201-8205 (2013).
  15. Mehta, A. K., Muschaweck, N. M., Maeda, D. Y., Coop, A., Ticku, M. K. Binding characteristics of the γ-hydroxybutyric acid receptor antagonist [3H](2E)-(5-hydroxy-5,7,8,9-tetrahydro-6H-benzo[a][7]annulen-6-ylidene) ethanoic acid in the rat brain. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 299, 1148-1153 (2001).
  16. Kaupmann, K., et al. Specific γ-hydroxybutyrate-binding sites but loss of pharmacological effects of γ-hydroxybutyrate in GABAB(1)-deficient mice. Neuroscience. 18, 2722-2730 (2003).
  17. Bay, T., Eghorn, L. F., Klein, A. B., Wellendorph, P. GHB receptor targets in the CNS: Focus on high-affinity binding sites. Biochemical Pharmacology. 87, 220-228 (2014).
  18. Paxinos, G., Franklin, K. B. J. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2008).
  19. Carletti, R., Tacconi, S., Mugnaini, M., Gerrard, P. Receptor distribution studies. Current Opinion in Pharmacology. 35, 94-100 (2017).
  20. Wellendorph, P., et al. Novel cyclic γ-hydroxybutyrate (GHB) analogs with high affinity and stereoselectivity of binding to GHB sites in rat brain. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 315, 346-351 (2005).
  21. Coenen, H. H., et al. Consensus nomenclature rules for radiopharmaceutical chemistry – Setting the record straight. Nuclear Medicine and Biologly. 55, (2017).
  22. DeBlasi, A., O’Reilly, K., Motulsky, H. J. Calculating receptor number from binding experiments using same compound as radioligand and competitor. Trends in Pharmacological Science. 10, 227-229 (1989).
  23. Hulme, E. C. . Receptor-ligand interactions: a practical approach. , (1992).
  24. Holm, P., et al. Plaque deposition dependent decrease in 5-HT2A serotonin receptor in AβPPswe/ PS1dE9 amyloid overexpressing mice. Journal of Alzheimer’s Disease. 20, 1201-1213 (2010).
  25. Thomsen, C., Helboe, L. Regional pattern of binding and c-Fos induction by (R)- and (S)-citalopram in rat brain. Neurochemistry. 14, 2411-2414 (2003).
  26. López-Giménez, J. F., Mengod, G., Alacios, J. M., Vilaró, M. T. Selective visualization of rat brain 5-HT2A receptors by autoradiography with [3H]MDL 100 ,907. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology. , 446-454 (1997).
  27. Alexander, G. M., Schwartzman, R. J., Bell, R. D., Yu, J., Renthal, A. Quantitative measurement of local cerebral metabolic rate for glucose utilizing tritiated 2-deoxyglucose. Brain Research. 223, 59-67 (1981).
  28. Kuhar, M. J., Unnerstall, J. R. Quantitative receptor mapping by autoradiography: some current technical problems. Trends in Neurosciences. , 49-53 (1985).
  29. Kuhar, M. J., De Souza, E. B., Unnerstall, J. R. Neurotransmitter receptor mapping by autoradiography and other methods. Annual Review of Neuroscience. , 27-59 (1986).
  30. Chen, H. -. T., Clark, M., Goldman, D. Quantitative Autoradiography of 3H-Paroxetine Binding Sites in Rat Brain. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 27, 209-216 (1992).
  31. Herkenham, M., Pert, C. B. Light microscopic localization of brain opiate receptors: a general autoradiographic method which preserves tissue quality. Journal of Neuroscience. 2, 1129-1149 (1982).
  32. Heimer, L., Záborszky, L. . Neuroanatomical Tract-Tracing Methods 2 – Recent progress. , (1989).
  33. Vessotskie, J. M., Kung, M. P., Chumpradit, S., Kung, H. F. Quantitative autoradiographic studies of dopamine D3receptors in rat cerebellum using [125I]S(-)5-OH-PIPAT. Brain Research. 778, 89-98 (1997).
  34. Klein, A. B., et al. 5-HT2A and mGLU2receptor binding levels are related to differences in impulsive behavior in the roman low- (RLA) and high- (RHA) avoidance rat strains. Neuroscience. , 36-45 (2014).
  35. Johnston, R. F., Pickett, S. C., Barker, D. L. Autoradiography using storage phosphor technology. Electrophoresis. 11, 355-360 (1990).
  36. Ito, T., Suzuki, T., Lim, D. K., Wellman, S. E., Ho, I. K. A novel quantitative receptor autoradiography and in situ hybridization histochemistry technique using storage phosphor screen imaging. Journal of Neuroscience Methods. 59, 265-271 (1995).
  37. Amemiya, Y., Miyahara, J. Imaging plate illuminates many fields. Nature. 336, 89-90 (1988).
  38. Kanekal, S., Sahai, A., Jones, R. E., Brown, D. Storage-phosphor autoradiography: a rapid and highly sensitive method for spatial imaging and quantitation of radioisotopes. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. , 171-178 (1995).
  39. Taylor, C. R., Levenson, R. M. Quantification of immunohistochemistry – issues concerning methods , utility and semiquantitative assessment II. Histopathology. 49, 411-424 (2011).
  40. Uhl, P., Fricker, G., Haberkorn, U., Mier, W. Radionuclides in drug development. Drug Discovery Today. 20, 198-208 (2015).
  41. Schmidt, K. C., Smith, C. B. Resolution, sensitivity and precision with autoradiography and small animal positron emission tomography: Implications for functional brain imaging in animal research. Nuclear Medicine and Biolology. 32, 719-725 (2005).
  42. Piel, M., Vernaleken, I., Rösch, F. Positron emission tomography in CNS drug discovery and drug monitoring. Journal of Medicinal Chemistry. 57, 9232-9258 (2014).
  43. Kristensen, J. L., Herth, M. M. In vivo imaging in drug discovery. Drug Design and Discovery. , 119-135 (2017).
  44. Cunha, L., Szigeti, K., Mathé, D., Metello, L. F. The role of molecular imaging in modern drug development. Drug Discovery Today. 19, 936-948 (2014).
  45. Bailly, C., et al. Comparison of Immuno-PET of CD138 and PET imaging with 64CuCl2and18F-FDG in a preclinical syngeneic model of multiple myeloma. Oncotarget. 9, 9061-9072 (2018).
  46. Sóvágó, J., Makkai, B., Gulyás, B., Hall, H. Autoradiographic mapping of dopamine-D2/D3receptor stimulated [35S]GTPγS binding in the human brain. European Journal of Neuroscience. 22, 65-71 (2005).
  47. Sóvágó, J., Dupuis, D. S., Gulyás, B., Hall, H. An overview on functional receptor autoradiography using [35S]GTPγS. Brain Research Reviews. 38, 149-164 (2001).
  48. Solon, E. G. Use of radioactive compounds and autoradiography to determine drug tissue distribution. Chemical Research in Toxicology. 25, 543-555 (2012).
  49. Donnelly, D. J. Small molecule PET tracers in drug discovery. Seminars in Nuclear Medicine. 47, 454-460 (2017).

Tags

AutoradiographyProtein BindingPharmacological TargetsCryostat SectioningRadioligand LabelingNon-specific BindingSpatial ResolutionDigital ImagingPharmacological Analysis
check_url/58879?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Griem-Krey, N., Klein, A. B., Herth, M., Wellendorph, P. Autoradiography as a Simple and Powerful Method for Visualization and Characterization of Pharmacological Targets. J. Vis. Exp. (145), e58879, doi:10.3791/58879 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image