Myocardial infarction (MI) is not only followed by impaired cardiac function but also by apoptosis in the amygdala, a brain region involved in the behavioral consequences of MI. This protocol describes how to induce MI, collect amygdala tissue and measure caspase-3 activity, a marker of apoptosis, therein.
L'infarctus du myocarde (MI) a moyen et long terme des conséquences dramatiques aux niveaux physiologiques et comportementaux, mais les mécanismes impliqués sont encore peu claires. Notre laboratoire a développé un modèle de rat de syndrome post-MI qui affiche les fonctions cardiaques douteux, la perte neuronale dans le système limbique, des déficits cognitifs et comportementaux de dépression signes. Au niveau neuronal, la caspase-3 activation médiateur post-MI apoptose dans différentes régions limbiques, comme l'amygdale – culminant à 3 jours post-IM. Troubles cognitifs et comportementaux apparaissent 2-3 semaines post-IM et ceux-ci sont corrélés statistiquement avec des mesures d'activité caspase-3. Le protocole décrit ici est utilisé pour induire MI, prélever des tissus de l'amygdale et mesurer activité caspase-3 utilisant spectrofluorométrie. Pour induire MI, l'artère coronaire est obstruée décroissant pendant 40 min. Le protocole d'évaluation de la caspase-3 activation commence après 3 jours MI: les rats sont sacrifiés et l'amygdale rapi isolédLY du cerveau. Les échantillons sont rapidement congelés dans de l'azote liquide et conservés à -80 ° C jusqu'à l'analyse proprement dite. La technique réalisées pour évaluer l'activation de la caspase-3 est basé sur le clivage d'un substrat (DEVD-AMC) par la caspase-3, ce qui libère un composé fluorogène qui peut être mesurée par spectrofluorimétrie. La méthode est quantitative et reproductible mais l'équipement nécessaire est coûteux et la procédure de quantification des échantillons prend beaucoup de temps. Cette technique peut être appliquée à d'autres tissus, tels que le cœur et les reins. DEVD-AMC peut être remplacé par d'autres substrats pour mesurer l'activité d'autres caspases.
Caspases ou protéases aspartate-dirigé cystéine dépendante sont une famille d'enzymes qui sont impliqués dans divers homéostasie processess 1. Caspases peuvent être classés en fonction de leurs rôles dans l'apoptose ou une inflammation. Caspase-1, -4, -5 et -12 sont impliqués dans l'inflammation alors que ceux qui sont engagés dans l'apoptose peut être classé en tant que sous-caspases initiatrices (caspase-8 et -9) et les caspases effectrices (caspase-3, -6 et -7 ).
Caspases jouent un rôle important dans de nombreuses pathologies, principalement dans les troubles où l'apoptose peut être excessive, comme observé après un infarctus du myocarde (IM) ou l'ischémie cérébrale.
Dans le modèle de rat de syndrome post-MI utilisé dans notre laboratoire, il est établi que la caspase-3 est activé non seulement dans le myocarde, mais aussi deux dans le système limbique qui est impliquée dans la régulation de l'humeur et les émotions 3-6. On voit également que la caspase-3 est activé dans différentes régionsdu système limbique, comme l'amygdale et l'hippocampe, et cette activation pics près de 3 jours après l'agression ischémique 4. Fait intéressant, activité caspase-3 est en corrélation avec post-IM troubles de comportement, et de son atténuation par des interventions pharmacologiques et nutritionnelles réduit ces blessures, ce qui suggère un lien possible entre la caspase-3 et la dépression post-MI 7-12.
Caspase-3 activation peut être mesurée par diverses techniques. Western blot détermine les propriétés enzymatiques des caspases et peut détecter des enzymes actives, ainsi que leurs formes pro-enzyme. Western blot, cependant, est semi-quantitatif, et de petites variations peuvent être perdues par signal-bruit faibles ratios 13. Une meilleure technique est basée sur le clivage d'un substrat (DEVD-AMC) par la caspase-3 qui libère un composé fluorogène et peut être mesurée par spectrofluorimétrie. Caspase-3 activation est un marqueur fiable de l'apoptose. Mesure de l'apoptose can instable parce que la fenêtre de temps d'apparition est courte, et les cellules voisines pourraient phagocyter des corps apoptotiques ou des cellules 14. L'apoptose peut être confirmé par d'autres techniques, telles que la désoxynucléotidyl transferase dUTP nick étiquetage d'extrémité (TUNEL) dosage Terminal, qui détecte la fragmentation de l'ADN résultant de cascades apoptotiques de signalisation 6, ou le rapport des protéines pro / anti-apoptotiques tels que Bax / Bcl2 6.
Notre expérience avec ce protocole au cours des 10 dernières années a conduit à l'identification des questions méthodologiques critiques. Tout d'abord, la dissection rapide du cerveau dans une boîte de Pétri sur de la glace pilée est important de maintenir la qualité de la préparation. Deuxièmement, il faut être conscient que la sonication de tissu est plus court pour l'amygdale cérébrale par rapport à d'autres types de tissus, comme le cœur (10 sec) ou les reins (20 sec). Troisièmement, un grand soin doit être pris pour mélanger soigneusement le substrat avant de l'ajouter aux échantillons. Nous avons rencontré des signaux variables lorsque la séquence de mélange était inadéquate. Quatrièmement, pas de bulles doivent être présents dans la cellule en quartz lors de la lecture des échantillons. Dans le cas contraire, le signal pourrait être modifiée.
Nous avons fait un changement au cours des dernières années pour accroître la reproductibilité des résultats: l'augmentation du volume de substrat pour éviter volume inférieur à 1 pl. Cependant, de petites variations peuvent se produire entre les essais successifs, et au moins 3 échantillons de contrôle doivent être utilisées pourle contrôle des variations. Mesures de fluorescence de ces contrôles sont en moyenne et la moyenne est fixée à 100%. Des mesures de fluorescence dans les échantillons expérimentaux sont transformées en pour cent des échantillons de contrôle.
Une autre limite de cette technique est que seule une partie de tissu est utilisé et, par conséquent, l'activité caspase-3 pourrait être sous-estimée. En effet, la fenêtre de temps de l'apoptose est courte dans une cellule donnée et peut être manquée, même si elle se produit dans des zones voisines au moment de l'échantillonnage 1,4,15. L'inverse est également possible: l'apoptose pourrait être particulièrement intense dans les parties de tissus, ce qui entraîne une surestimation de l'activité caspase-3. Nous recommandons l'utilisation de tissus restants (amygdale) pour des techniques complémentaires, tels que des essais TUNEL ou rapport Bax / Bcl-2 (voir Introduction).
Spectrofluorométrie a au moins deux avantages sur Western blot. Tout d'abord, il génère directement des données quantitatives. Deuxièmement, il mesure une enzymatiquectivité elle-même plutôt que la protéine ou l'ARN expression, qui peut être sans rapport, et il est connu que l'expression de protéine peut être accrue sans modification de l'activité enzymatique. En outre, spectrofluorimétrie peut être effectuée sur d'autres tissus ou d'espèces différentes et peut être ajusté à d'autres sous-types de caspases, avec différents substrats, de sorte que la comparaison peut être effectuée sans danger.
En conclusion, ce document démontre l'utilisation de spectrofluorométrie pour mesurer activité caspase-3 dans l'amygdale, fournissant la preuve que l'apoptose se produit dans cette région du système limbique 3 jours après un IM.
The authors have nothing to disclose.
. Ce travail a été financé par une subvention du Conseil de recherches en génie du Canada Kim Gilbert sciences naturelles et en détient une bourse de Fonds de recherche du Québec – Santé.
Spectroflurometer | Photon technology Instrument (now Horiba) | Ratiomaster M-40 | with DeltaRAM Random Access Monochromator |
Respirator | Harvard apparatus | 683 | small animal ventilation |
Glass cuvette | NSG precision cells | 3G10 | Optical Glass (340-2,500nm) 10 mm path |
Sonicator | Cole Parmer | 4710 series | |
Spectrometer | Varian | Cary 50 Bio |