Zebra basımında Akut ve Kronik Hiperglisemi Modelleri: Hipergliseminin Nörogenez Üzerindeki Etkisini ve Radyoaktif Etiketli Moleküllerin Biyo Dağılımını Değerlendiren Bir Yöntem
Summary
Bu çalışma, zebra balığı içinde akut ve kronik hiperglisemi modelleri oluşturmak için kullanılan yöntemleri açıklamaktadır. Amaç, hipergliseminin, yapısal ve yaralanmaya bağlı nörogenez gibi fizyolojik süreçler üzerindeki etkisini araştırmaktır. İş ayrıca PET / CT'yi kullanarak radyoaktif işaretlenmiş molekülleri (burada [18F] -FDG) takip etmek için zebrafish kullanımını vurguluyor.
Abstract
Hiperglisemi kardiyovasküler ve serebral disfonksiyona yol açan önemli bir sağlık sorundur. Örneğin, inmeden sonra artmış nörolojik problemlerle ilişkilidir ve nörojenik süreçleri zayıflattığı gösterilmiştir. İlginçtir, yetişkin zebra balığı son zamanlarda hiperglisemi / şeker hastalığını taklit etmek ve yapıcı ve rejeneratif nevrojenezi araştırmak için ilgili ve faydalı bir model olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışma, homeostatik ve beyin tamir koşulları altında hipergliseminin beyin hücresi çoğalması üzerindeki etkisini araştırmak için zebrafish hiperglisemi modelleri geliştirmek için yöntemler sunmaktadır. Akut hiperglisemi, yetişkin zebra balığı içine D-glukoz (2.5 g / kg vücut ağırlığı) intraperitoneal enjeksiyonu kullanılarak oluşturulmuştur. Kronik hiperglisemi, yetişkin zebra balığının, 14 gün boyunca su içeren D-glukoz (111 mM) içine batırılmasıyla indüklenir. Bu farklı yaklaşımlar için kan-glikoz düzeyinde ölçümler açıklanmaktadır. Hipergliseminin konstitütif a ve hiperglisemi üzerindeki etkilerini araştıran yöntemlerRetanatif nevrojenez, telencefalonun mekanik hasarını tarif ederek, beynin parçalanarak, bir mikro-top ile parafin gömülüp, kesitlendirilerek ve immünohistokimya prosedürleri uygulayarak gösterilir. Son olarak, PET / CT'yi kullanarak radyoaktif işaretli moleküllerin biyolojik dağılımını (burada [18F] -FDG) incelemek için zebrafish'i ilgili bir model olarak kullanma yöntemi de açıklanmaktadır.
Introduction
Hiperglisemi, aşırı kan şekeri seviyeleri olarak tanımlanır. Akut stres durumunu yansıtabilmesine rağmen, hiperglisemi de sıklıkla diyabetin teşhisine, insülin sekresyonu ve / veya dirençli kronik bir bozukluğa neden olan bir durumdur. 2016'da diyabetli yaşayan yetişkinlerin sayısı dünya çapında 422 milyona ulaştı ve her yıl 1.5 milyondan fazla kişi bu hastalıktan ölmekte ve bu durum önemli bir sağlık sorunu haline gelmektedir 1 . Gerçekten de, kontrolsüz şeker hastalığı, kardiyovasküler sistemi, böbrekleri ve periferik ve merkezi sinir sistemlerini etkileyen çeşitli fizyolojik bozukluklara neden olur.
İlginçtir, akut ve kronik hiperglisemi, bilişimi değiştirebilir ve demans ve depresyona katkıda bulunur 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Buna ek olarak, hastaların wHiperglisemi, iskemik inme sonrası kötü fonksiyonel, nörolojik ve sağkalım sonuçları ile ilişkilendirilmiştir 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . Ayrıca hiperglisemi / diyabetin nöronal kök hücre aktivitesini ve nöronal farklılaşma, göç ve sağkalımı etkileyerek yeni nöronların oluşumuna yol açan bir süreç olan erişkin nörogenezini etkilediği gösterildi 2 , 12 .
Memelilerin aksine, zebra balığı gibi teleost balıkları, tüm beyin boyunca yoğun bir nörojenik aktivite gösterir ve yetişkinlikte beyin onarımı için olağanüstü bir kapasite sergiler. 13 , 14 , 15 , 16 . Özellikle, bu tür kapasiteler neu'nun ısrarlı olması nedeniyle mümkündürRadyal glia ve nöroblastlar da dahil olmak üzere ral kök / progenitör hücreler 17 , 18 , 19 . Buna ek olarak, zebrafish son zamanlarda obezite ve hiperglisemi / diabet 20 , 21 , 22 dahil olmak üzere metabolik bozuklukların incelenmesi için bir model olarak ortaya çıkmıştır.
Zebra balığı hiperglisemi ve nörogenezin iyi bilinen bir model olmasına rağmen, çok az çalışma, hipergliseminin beyin homeostazı ve bilişsel işlev üzerindeki etkisini araştırmıştır 12,23. Yapısal ve yaralanmaya bağlı beyin hücresi çoğalması üzerine hipergliseminin etkisini belirlemek için intraperitoneal D-glukoz enjeksiyonu yoluyla bir akut hiperglisemi modeli oluşturuldu. Buna ek olarak, kronik hiperglisemi modeli, balıkları suya eklenen suya daldırmak suretiyle üretildi.D-glikoz 12 . Zebra balığı, araştırmada birçok avantaj sergilemektedir. Gelişmenin ilk aşamalarında ucuz, yükseltilmesi kolay ve şeffaftır ve genomları dizilenmiştir. Bu çalışma bağlamında, ek avantajlar da sunmaktadır: (1) insanlarla benzer fizyolojik süreçleri paylaşıyorlar, bunları biyomedikal araştırmalar için kritik bir araç haline getiriyorlar; (2) yaygın ve güçlü nörojenik aktiviteleri göz önüne alındığında, hipergliseminin beyin homeostazı ve nörogenezis üzerindeki etkisinin hızlı bir şekilde incelenmesine izin verdikleri; Ve (3) bunlar araştırma için kullanılan memelilerin sayısının azaltılmasına izin veren alternatif bir model. Son olarak, zebrafish, PET / CT kullanan radyoaktif işaretlenmiş moleküllerin ve potansiyel terapötik ajanların biyolojik dağılımını test etmek için bir model olarak kullanılabilir.
Aşağıdaki prosedürün genel amacı, zebra balığı ile ilgili akut ve kronik hiperglisemi modellerinin nasıl kurulacağını görsel olarak belgelemek, zebHiperglisemik koşullarda beyin tadilatını değerlendirmek ve radyoaktif işaretlenmiş molekülleri (burada, [18F] -FDG) PET / BT kullanarak izlemek.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, zebrafishte hiperglisemi akut ve kronik modelleri oluşturmak için çeşitli yöntemleri açıklamaktadır. Bu prosedürlerin başlıca avantajları şunlardır: (1) araştırma için kullanılan memelilerin sayısının azaltılmasına izin verdikleri, (2) kurulması kolay ve hızlıdırlar ve (3) ekonomiktirler. Bu nedenle, bu tür modeller, atherothrombosis, kardiyovasküler işlev bozuklukları, retinopatiler, kan-beyin bariyeri sızıntısı ve konstitütif ve rejeneratif nörogenez dahil olmak üze…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Videoyu düzenlemek için (özellikle Jean-François Février, Eric Esnault ve Sylvain Ducasse) La Réunion Üniversitesi'nden Du Numérique Yönergesi (DUN), sözlüğe okumak için Lynda-Rose Mottagan'a, yazım okuması için Mary Osborne-Pellegrin'e çok teşekkür ediyoruz Sesli görüşme ve CYROI platformu. Bu çalışma, La Réunion Üniversitesi (Bonus Nitelikli Rehberlik, Dispositifs incitatifs), Conseil Régional de La Réunion, Avrupa Birliği (CPER / FEDER) ve Philancia derneği tarafından sağlanan hibeler tarafından desteklendi. ACD, La Réunion Üniversitesi'nden (Contrat Doktora) Enseignement Supérieur et de la Recherche Ministère de l'Education Nationale'den bir burs hibe alıcısıdır.
Materials
| 1mL Luer-Lok Syringe | BD, USA | 309628 | |
| 4',6'-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma-Aldrich, Germany | D8417 | |
| 7 mL bijou container plain lab | Dutscher, France | 080171 | |
| D-glucose | Sigma-Aldrich, Germany | 67021 | |
| Digital camera | Life Sciences, Japan | Hamamatsu ORCA-ER | |
| Disposable base molds | Simport, Canada | M475-2 | |
| Donkey anti-rabbit Alexa fluor 488 | Life Technologies, USA | A21206 | |
| Embedding center | Thermo Scientific, USA | Shandon Histocentre 3 | |
| Fluorescence microscope | Nikon, Japan | Eclipse 80i | |
| Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) | Cyclotron, France | ||
| Glucometer test strip | LifeScan, France | One-Touch 143 Ultra | |
| Goat anti-mouse Alexa fluor 594 | Life Technologies, USA | A11005 | |
| In-Vivo Imaging System | TriFoil Imaging, Canada | Triumph Trimodality | |
| Microtome | Thermo Scientific, USA | Microm HM 355 S | |
| Monoclonal mouse anti-PCNA | DAKO, USA | clone PC10 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich, Germany | P6148-500G | |
| Polyclonal rabbit anti-GFAP | DAKO, USA | Z033429 | |
| Slide drying bench | Electrothermal, USA | MH6616 | |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium citrate trisodium salt dehydrate | Prolabo, France | 27833.294 | |
| Sterile needle | BD Microlance 3 | 30 G 1/2 ; 0.3 mm x 13 mm | |
| Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Student surgical scissors | Fine Science Tools | 91400-14 | |
| Superfros Plus Gold Slides | Thermo Scientific, USA | FT4981GLPLUS | |
| Surgical microscope | Leica, France | M320-F12 | |
| Tissue embedding cassettes | Simport, Canada | M490-10 | |
| Tissue embedding medium | LeicaBiosystems, USA | 39602004 | |
| Toluene | Sigma-Aldrich, Germany | 244511 | |
| Tricaine MS-222 | Sigma-Aldrich, Germany | A5040 | |
| Triton X100 | Sigma-Aldrich, Germany | X100-500 mL | |
| Vectashield medium | Vector Laboratories, USA | H-1000 | |
| Xylene | Sigma-Aldrich, Germany | 534056 | |
| Fish Strain | AB | ||
| Saline phosphate buffer (10X PBS) pH 7.4 (for 1 liter) | For preparing 10X PBS, add the following salts and complete to 1 liter with distilled water | ||
| Potassium chloride (MM : 74.55 g/mol): 2.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | 746436 | |
| Potassium phosphate monobasic (MM: 136,09 g/mol): 2.40g | Sigma-Aldrich, Germany | 795488 | |
| Sodium chloride (MM : 58.44 g/mol): 80.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| Sodium phosphate dibasic (MM: 141,96 g): 14,40 g | Sigma-Aldrich, Germany | 795410 |
Referencias
- Ho, N., Sommers, M. S., Lucki, I. Effects of diabetes on hippocampal neurogenesis: links to cognition and depression. Neurosci Biobehav Rev. 37 (8), 1346-1362 (2013).
- Cukierman, T., Gerstein, H. C., Williamson, J. D. Cognitive decline and dementia in diabetes–systematic overview of prospective observational studies. Diabetologia. 48 (12), 2460-2469 (2005).
- Gaudieri, P. A., Chen, R., Greer, T. F., Holmes, C. S. Cognitive function in children with type 1 diabetes: a meta-analysis. Diabetes Care. 31 (9), 1892-1897 (2008).
- Brismar, T., et al. Predictors of cognitive impairment in type 1 diabetes. Psychoneuroendocrinology. 32 (8-10), 1041-1051 (2007).
- Ojo, O., Brooke, J. Evaluating the Association between Diabetes, Cognitive Decline and Dementia. Int J Environ Res Public Health. 12 (7), 8281-8294 (2015).
- Capes, S. E., Hunt, D., Malmberg, K., Pathak, P., Gerstein, H. C. Stress hyperglycemia and prognosis of stroke in nondiabetic and diabetic patients: a systematic overview. Stroke. 32 (10), 2426-2432 (2001).
- Stead, L. G., et al. Hyperglycemia as an independent predictor of worse outcome in non-diabetic patients presenting with acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 10 (2), 181-186 (2009).
- Kagansky, N., Levy, S., Knobler, H. The role of hyperglycemia in acute stroke. Arch Neurol. 58 (8), 1209-1212 (2001).
- Gilmore, R. M., Stead, L. G. The role of hyperglycemia in acute ischemic stroke. Neurocrit Care. 5 (2), 153-158 (2006).
- Desilles, J. P., et al. Diabetes mellitus, admission glucose, and outcomes after stroke thrombolysis: a registry and systematic review. Stroke. 44 (7), 1915-1923 (2013).
- Dorsemans, A. C., et al. Impaired constitutive and regenerative neurogenesis in adult hyperglycemic zebrafish. J Comp Neurol. , (2016).
- Schmidt, R., Strähle, U., Scholpp, S. Neurogenesis in zebrafish – from embryo to adult. Neural Dev. 8, 3 (2013).
- Kizil, C., Kaslin, J., Kroehne, V., Brand, M. Adult neurogenesis and brain regeneration in zebrafish. Dev Neurobiol. 72 (3), 429-461 (2012).
- Grandel, H., Brand, M. Comparative aspects of adult neural stem cell activity in vertebrates. Dev Genes Evol. 223 (1-2), 131-147 (2013).
- Lindsey, B. W., Tropepe, V. A comparative framework for understanding the biological principles of adult neurogenesis. Prog Neurobiol. 80 (6), 281-307 (2006).
- März, M., et al. Heterogeneity in progenitor cell subtypes in the ventricular zone of the zebrafish adult telencephalon. Glia. 58 (7), 870-888 (2010).
- Chapouton, P., Jagasia, R., Bally-Cuif, L. Adult neurogenesis in non-mammalian vertebrates. Bioessays. 29 (8), 745-757 (2007).
- Lindsey, B. W., Darabie, A., Tropepe, V. The cellular composition of neurogenic periventricular zones in the adult zebrafish forebrain. J Comp Neurol. 520 (10), 2275-2316 (2012).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. Zebrafish. , 2611-2619 (2012).
- Oka, T., et al. Diet-induced obesity in zebrafish shares common pathophysiological pathways with mammalian obesity. BMC Physiol. 10, 21 (2010).
- Capiotti, K. M., et al. Persistent impaired glucose metabolism in a zebrafish hyperglycemia model. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 171, 58-65 (2014).
- Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio). Behav Brain Res. 274, 319-325 (2014).
- Schmidt, R., Beil, T., Strähle, U., Rastegar, S. Stab wound injury of the zebrafish adult telencephalon: a method to investigate vertebrate brain neurogenesis and regeneration. J Vis Exp. (90), e51753 (2014).
- Diotel, N., et al. Effects of estradiol in adult neurogenesis and brain repair in zebrafish. Horm Behav. 63 (2), 193-207 (2013).
- Rodriguez Viales, R., et al. The helix-loop-helix protein id1 controls stem cell proliferation during regenerative neurogenesis in the adult zebrafish telencephalon. Stem Cells. 33 (3), 892-903 (2015).
- Kaslin, J., Ganz, J., Brand, M. Proliferation, neurogenesis and regeneration in the non-mammalian vertebrate brain. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 363 (1489), 101-122 (2008).
- Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors. Development. 138 (22), 4831-4841 (2011).
- Alunni, A., Bally-Cuif, L. A comparative view of regenerative neurogenesis in vertebrates. Development. 143 (5), 741-753 (2016).
- März, M., Schmidt, R., Rastegar, S., Strähle, U. Regenerative response following stab injury in the adult zebrafish telencephalon. Dev Dyn. 240 (9), 2221-2231 (2011).
- Wullimann, M., Rupp, B., Reichert, H. . Neuroanatomy of the zebrafish brain: A topological atlas. , 1-144 (1996).
- Pellegrini, E., et al. Identification of aromatase-positive radial glial cells as progenitor cells in the ventricular layer of the forebrain in zebrafish. J Comp Neurol. 501 (1), 150-167 (2007).
- Zupanc, G. K., Hinsch, K., Gage, F. H. Proliferation, migration, neuronal differentiation, and long-term survival of new cells in the adult zebrafish brain. J Comp Neurol. 488 (3), 290-319 (2005).
- Sarras, M. P., Intine, R. V. Use of Zebrafish as a Disease Model Provides a Unique Window For Understanding the Molecular Basis of Diabetic Metabolic Memory. iConcept Press. , 2611-2619 (2013).
- Connaughton, V. P., Baker, C., Fonde, L., Gerardi, E., Slack, C. Alternate Immersion in an External Glucose Solution Differentially Affects Blood Sugar Values in Older Versus Younger Zebrafish Adults. Zebrafish. , (2016).
- Prasad, S., Sajja, R. K., Naik, P., Cucullo, L. Diabetes Mellitus and Blood-Brain Barrier Dysfunction: An Overview. J Pharmacovigil. 2 (2), 125 (2014).
