Summary

Inriktning alpha Synuclein aggregat i kutan perifer nerv fibrer av fritt flytande immunofluorescens assay

Published: June 25, 2019
doi:

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för en fritt flytande indirekta immunofluorescens assay på huden biopsi sektioner som gör det möjligt att identifiera sjukdomsspecifika kon formation varianter av alfa-Synuclein inblandade i Parkinsons sjukdom och flera proteiner i perifera nerv systemet.

Abstract

Hittills, för de flesta neurodegenerativa sjukdomar endast en obduktion histopatologisk definitiv diagnos är tillgänglig. För Parkinsons sjukdom (PD), diagnosen fortfarande förlitar sig endast på kliniska tecken på motorisk inblandning som visas senare i sjukdomsförloppet, när de flesta av dopaminerga nerv celler är redan förlorat. Därför finns det ett starkt behov av en bio markör som kan identifiera patienter i början av sjukdomen eller med risk att utveckla den. Under de senaste åren har hudbiopsi visat sig vara en utmärkt forskning och diagnostiska verktyg för perifera nerv sjukdomar såsom små fiber neuropati. Intressant, en liten fiber neuropati och alpha Synuclein (αSyn) neurala insättningar har visats av hudbiopsi hos PD-patienter. I själva verket har hudbiopsi den stora fördelen av att vara en lättillgänglig, minimalt invasiva och smärtfri förfarande som gör det möjligt att analysera perifera nervvävnad benägna att patologin. Dessutom, möjligheten att upprepa hudbiopsi i samband med uppföljningen av samma patient gör det möjligt att studera den längsgående korrelation med sjukdomsprogression. Vi satte upp ett standardiserat tillförlitligt protokoll för att undersöka närvaron av αSyn aggregat i hud nerv fibrer av PD-patienten. Detta protokoll innebär få kort fixering steg, en cryotome snittning och sedan en fritt flytande immunofluorescens dubbel färgning med två specifika anti kroppar: anti protein Gene produkt 9,5 (PGP 9.5) för att markera den kutana nerv fibrer och anti 5g4 för att upptäcka αSyn aggregat. Det är en mångsidig, känslig och lätt att utföra protokoll som också kan tillämpas för att rikta andra proteiner av intresse i hud nerver. Förmågan att markera αSyn aggregat är ytterligare ett steg framåt till användningen av hudbiopsi som ett verktyg för att fastställa en pre-mortem histopatologisk diagnos av PD.

Introduction

Hudbiopsi har fått en stor betydelse som diagnostiska och forsknings verktyg inom området neurologiska sjukdomar1. I själva verket innehåller epidermis och dermis rikliga somatiska sensoriska nerv fibrer (myeliniserade och unmyelinated), nociceptiva fria nerv ändar, sensoriska receptorer och autonom innervation av svett körtlar, fartyg, talgkörtlar och muskel arrector pilorum och 2.

I mitten av 20- talet, den setup för immunhistokemi av PGP 9.5 anti kropp tillät bevis på en omfattande innervation av mänskliga epidermis däggdjur hud3. PGP 9.5 är en carboxyl-Terminal hydrolas jämnt fördelad längs axoner av både centrala och perifera nerv systemet (PNS). Tillgängligheten av denna anti kropp tillät inte bara att klargöra morfologi och anatomi PNS i huden utan också genomfört studiet av sjukdomar i samband med det3,4. Hudbiopsi bidrog till att definiera en ny klinisk enhet: den lilla fiber neuropati. Flera internationella grupper visade sambandet mellan förlusten av intraepidermal nerv fibrer och symtom/tecken på små fiber neuropati5 av hudbiopsi analys och förutsatt standardiserade protokoll för nervmorphometry samt normativa referensvärden som skall användas i den kliniska praxisen6,7,8.

Nyligen en stor mängd bevis har visat att neurodegenerativa sjukdomar, som kännetecknas av felvikt protein ackumulationer i centrala nerv systemet, är flera system patologier9. I själva verket kännetecknas PD av αSyn ackumulering i dopaminerga neuron i substantia nigra, men det har visats att αsyn och dess patologisk form, fosforylerade αsyn (P-αsyn), kunde upptäckas också i perifera vävnader. Gastrointestinalt slem hinna10, saliv körtlar11, hud autonoma fibrer som omger svett körtlar och pilomotor muskler12,13,14, Visa immunoreaktivitet mot patogena former av αsyn, i enlighet med Braak hypotes som spännande postulat att αsyn patologi kan börja i PNS i god tid, innan dess ackumulering i hjärnan15. Vidare har förekomsten av p-αsyn påvisats i hud nerver hos patienter med rem-beteende störningar som anses prodromala PD16,17 på så sätt kan hudpatologiskt αsyn anses vara en lovande tidig perifer histopatologisk markör för synucleinopati.

Föreningen av små fiber neuropati i PD har visats tidigare och det har kon stater ATS att intraepidermal nerv fibrer densitet återspeglar sjukdomsprogression18,19. Därför är hudbiopsi ett användbart verktyg för att studera neurodegeneration i PD och för att etablera en pre-mortem histopatologisk diagnos av sjukdomen. I själva verket har hudbiopsi en stor fördel av att vara en lättillgänglig och minimalt invasiva förfarande, vilket gör att analysen av nervvävnad benägna att patologin. Slutligen, möjligheten att upprepa hudbiopsi i samband med uppföljning av samma patienter gör det möjligt att studera den längsgående korrelation med sjukdomsprogression.

I vårt laboratorium, utnyttja en dubbel immuno-färgning med PGP 9.5 och kon formation specifika monoklonala 5g4 anti kropp, som erkänner sjukdomsspecifika former av αsyn inklusive små aggregat20,21, kunde vi Visa den förekomst av αSyn aggregat i hudens nerver med en lovande hög diagnostisk verknings grad19. Immunofluorescens analys av hudbiopsi i överensstämningssjukdomar framstår som en lovande källa till bio markörer genom att kombinera både upptäckten av protein aggregat och måttet på neurodegeneration in vivo. Härefter illustrerar vi ett enkelt och mångsidigt protokoll om hantering av hudbiopsi och utförande av fritt flytande immunofluorescens-färgning för detektion av αSyn-aggregat. Dessutom kan detta protokoll anpassas för att inrikta sig på alla andra intresse proteiner som uttrycks i hud-PNS.

Följande studie protokoll har använts för att utvärdera diagnos nyttan av aggregerad αSyn-analys i PNS för PD med hudbiopsi19. Inklusionskriterier för PD var: en definitiv klinisk diagnos enligt den brittiska Brain Bank diagnostiska kriterier, sjukdoms tid minst 3 år, ingen släkt historia, och ingen större kognitiv svikt eller stora dysautonomiska symptom i historien. Uteslutnings kriterier var kända orsaker till neuropati (glycated hemoglobin, kreatinin, vitamin B12, TSH, serum immunofixation, HIV, HCV, syfilis, och borrelios). Varje ämne genomgick 3 mm-diameter hudbiopsier på tre anatomiska platser (hals på C8 dermatomal nivå, lår 10 cm ovanför knäet, benet 10 cm över laterala fotled olus) på sidan, som var kliniskt mer drabbade. I allmänhet är följande protokoll om hantering av hudbiopsi och utföra fritt flytande immunofluorescens färgning och analys. Därför kan det anpassas och användas för att upptäcka andra proteiner av intresse för hud vävnad.

Protocol

Protokollet har godkänts av kantonala etik kommittén och alla inskrivna försöks personer gav skriftligt informerat samtycke till studien. 1. hudbiopsi samling Låt en kvalificerad läkare utföra hudbiopsi i en lämplig klinisk miljö. Välj området för att utföra hudbiopsi och rengör den med en spritsudd. Bered bedövnings lösningen med 1 cc lidokain 2%. Med nålen parallellt med området, injicera lokal bedövning subkutant. Efter at…

Representative Results

Efter den beskrivna proceduren (figur 1), upptäckte vi αsyn aggregat, märkta med 5G4 anti kroppar, i dermal nerv fascicles innerverar autonoma strukturer av PD-patienter. Morfologi av alfa-Synuclein insättningar visas som en prickig signal längs axoner av dermal nerver (figur 2). Faktum är att utnyttja detta protokoll hos 19 PD patienter och 17 kontroller i hudbiopsier på tre anatomiska området (livmoder hals cancer, lår och distala benet) fann vi att 5…

Discussion

Vi beskriver en fritt flytande immunofluorescens test för hudbiopsier för diagnos av PD: det utnyttjar dubbel immunofärgning med anti-PGP 9.5 anti kropp, en panaxonal markör, och anti-5G4, en kon formation specifik anti kropp som erkänner den aggregerade formen av αSyn.

De stora fördelarna med hudbiopsi för diagnostiskt syfte i PD och möjligen i andra proteiner kon Formations rubbningar är: 1) direkt till gång till nervvävnad benägna att sjukdomen genom en milt invasiv teknik och …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi tackar Parkinson Schweiz och ABREOC (den vetenskapliga forsknings råd givande nämnden för Ente Ospedaliero Cantonale) för deras ekonomiska stöd för denna studie.

Materials

5G4 (anti human αSyneclein 5G4) Analytik Jena Roboscreen 847-0102004001 Mouse monoclonal 
AlexaFluor 488 Goat anti Rabbit IgG  Invitrogen 1971418 2mg/ml
AlexaFluor 594 Goat anti Mouse IgG  Invitrogen 1922849 2mg/ml
Disodium hydrogen phosphate solution Merk Millipore 106586
Ethylene Glycol Sigma-Aldrich 324558
Glycerol Sigma-Aldrich G7757
L-Lysine monohydrochloride Sigma-Aldrich L5626
Paraformaldehyde Aldrich Chemistry 441244
PGP9.5 Abcam ab15503 Rabbit polyclonal
Sodium Chloride Sigma  S3014
Sodium Dihydrogen Phosphate Monohydrate Merck Millipore 106346
Sodium (meta)periodate  Sigma-Aldrich S1878
Trizma Base Sigma  T1503
Tryton X-100 Sigma-Aldrich X100
Vectashield  Vector Laboratories H-1000 Mounting medium

Riferimenti

  1. McArthur, J. C., Griffin, J. W. Another Tool for the neurologist’s Tollbox. Annals of Neurology. 57, 163-167 (2005).
  2. Wilkinson, P. F., Millington, R. . Skin. , 49-50 (2009).
  3. Weddell, G., et al. Nerve endings in mammalian skin. Biological reviews of the Cambridge Philosophical Society. 30, 159-195 (1954).
  4. Wang, L., et al. Protein gene product 9.5-immunoreactve nerve fibers and cells in human skin. Cell and Tissue Research. 261 (1), 25-33 (1990).
  5. Holland, N. R., et al. Intraepidermal nerve fiber density in patients with painful sensory neuropathy. Neurology. 48, 708-711 (1997).
  6. McArthur, J. C., Stocks, E. A., Hauer, P., Cornblath, D. R., Griffin, J. W. Epidermal nerve fiber density: normative reference range and diagnostic efficiency. Archives of Neurology. 55 (12), 1513-1520 (1998).
  7. Lauria, G., et al. European Federation of Neurological Societies/Peripheral Nerve Society Guideline on the use of skin biopsy in the diagnosis of small fiber neuropathy. Report of a joint task force of the European Federation of Neurological Societies and the Peripheral Nerve Society. European Journal of Neurology. 17, 903-912 (2010).
  8. Provitera, V., et al. A multi-center, multinational age- and gender-adjusted normative dataset for immunofluorescent intraepidermal nerve fiber density at the distal leg. European Journal of Neurology. 23, 333-338 (2016).
  9. Wakabayashi, K., et al. Involvement of the peripheral nervous system in synucleinopathies, tauopathies and other neurodegenerative proteinopathies of the brain. Acta Neuropathology. 120, 1-12 (2010).
  10. Ruffmann, C., et al. Detection of alpha-synuclein conformational variants from gastro-intestinal biopsy tissue as a potential biomarker for Parkinson’s disease. Neuropathology and Applied Neurobiology. 44 (7), 722-736 (2018).
  11. Lee, J. M., et al. The search for a peripheral biopsy indicator of alpha-synuclein pathology for Parkinson Disease. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 76, 2-15 (2017).
  12. Donadio, V., et al. Skin nerve misfolded alpha-synuclein in pure autonomic failure and Parkinson disease. Annals of Neurology. 79, 306-316 (2016).
  13. Doppler, K., et al. Cutaneous neuropathy in Parkinson’s disease: a window into brain pathology. Acta Neuropathologica. 128, 99-109 (2014).
  14. Zange, L., Noack, C., Hahn, K., Stenzel, W., Lipp, A. Phosphorylated alpha-synuclein in skin nerve fibres differentiates Parkinson’s disease from multiple system atrophy. Brain. 138, 2310-2321 (2015).
  15. Braak, H., et al. Staging of brain pathology related to sporadic Parkinson’s disease. Neurobiology of Aging. 24, 197-211 (2003).
  16. Doppler, K., et al. Dermal phospho-alpha-synuclein deposits confirm REM sleep behaviour disorder as prodromal Parkinson’s disease. Acta Neuropathologica. 133 (4), 535-545 (2017).
  17. Antelmi, E., et al. Skin nerve phosphorylated α-synuclein deposits in idiopathic REM sleep behavior disorder. Neurology. 88 (22), 2128-2131 (2017).
  18. Nolano, M., et al. Small fiber pathology parallels disease progression in Parkinson disease: a longitudinal study. Acta Neuropathologica. , (2018).
  19. Melli, G., et al. Cervical skin denervation associates with alpha-synuclein aggregates in Parkinson disease. Annals of Clinical and Translational Neurology. 5, 1394-1407 (2018).
  20. Kovacs, G. G., et al. Intracellular processing of disease-associated alpha-synuclein in the human brain suggests prion-like cell-to-cell spread. Neurobiology Disease. 69, 76-92 (2014).
  21. Kovacs, G. G., et al. An antibody with high reactivity for disease-associated alpha-synuclein reveals extensive brain pathology. Acta Neuropathologica. 124, 37-50 (2012).

Play Video

Citazione di questo articolo
Vacchi, E., Pinton, S., Kaelin-Lang, A., Melli, G. Targeting Alpha Synuclein Aggregates in Cutaneous Peripheral Nerve Fibers by Free-floating Immunofluorescence Assay. J. Vis. Exp. (148), e59558, doi:10.3791/59558 (2019).

View Video