Identifying proteins specifically associated with Bruch’s membrane in human eyes is an important step in understanding the biochemical mechanisms behind eye diseases such as age-related macular degeneration. This protocol describes how to enrich this sheet of extracellular matrix for down-stream biochemical analysis.
La dégénérescence maculaire (AMD) liée à l'âge est la principale cause de déficience visuelle dans le monde développé. La maladie se manifeste par la destruction du centre de la rétine, appelée la macula, ce qui entraîne la perte de la vision centrale. DMLA précoce est caractérisé par la présence de petites lésions jaunâtres appelés drusen mous qui peut évoluer sur la fin AMD tels que l'atrophie géographique (DMLA sèche) ou la néovascularisation (DMLA humide). Bien que les changements cliniques sont bien décrits, et la compréhension des influences génétiques sur conférant le risque de DMLA sont de plus en plus détaillée, une zone dépourvue progrès majeur est de comprendre les conséquences biochimiques de risque génétique. Ceci est partiellement dû à des difficultés dans la compréhension de la biochimie de la membrane de Bruch, une matrice extracellulaire très mince qui agit comme un filtre biologique de la matière à partir de l'approvisionnement en sang et un échafaudage sur lequel l'épithélium pigmentaire rétinien (RPE) monocouche cellulaire réside. Drusen form à l'intérieur de la membrane de Bruch et leur présence perturbe l'écoulement des éléments nutritifs pour les cellules RPE. Seulement en enquêtant sur la composition en protéines de la membrane de Bruch, et même la façon dont d'autres protéines interagissent avec elle, les chercheurs peuvent espérer démêler les mécanismes biochimiques qui sous-tendent la formation de druses, développement de la DMLA et après la perte de vision. Cet article détaille les méthodes pour enrichir soit membrane de Bruch ensemble, ou tout simplement de la région de la macula, de sorte qu'il peut être utilisé pour l'analyse biochimique aval, et de fournir des exemples de la façon dont cela est déjà en train de changer la compréhension de la membrane de Bruch la biochimie.
L'utilisation de tissus de l'œil humain post-mortem dans la recherche ophtalmique est une ressource inestimable pour la compréhension de la pathogenèse de la maladie de l'œil. Analyse des yeux des bailleurs de fonds humaines a fait d'importantes contributions à discerner les mécanismes qui sous-tendent liée à l'âge dégénérescence maculaire (AMD), qui est la principale cause de cécité dans le monde occidental 1. Globalement, AMD représente environ 8,7% des cas de cécité et d'une population vieillissante de plus en plus, il est prévu d'affecter 196 millions de personnes par les résultats 2020 2. AMD dans la perte de la vision centrale et a un impact profond sur l'indépendance et la qualité de vie des patients 3. DMLA précoce est caractérisée par la formation de druses et il peut évoluer vers une atrophie géographique (parfois dénommé «sec» AMD), ou néovascularisation choroïdienne (également dénommé néovasculaire ou «humide» AMD). Alors anti-VEGF injections peuvent stabiliser ou améliorer la vision de la DMLA néovasculaire il iest pas curative, et à l'heure actuelle, aucun traitement existe pour l'atrophie géographique.
Alors il a été démontré certaines variantes génétiques de modifier AMD risque de 4 – 8, on en sait moins sur la façon dont ces variantes affectent la macula à un niveau biochimique. Un site important dans la pathogenèse AMD est la membrane de Bruch. Forme DRUSEN sein de cette structure et diverses études ont fourni des preuves de l'activation du complément dans et autour de la membrane de Bruch dans AMD 9. La membrane de Bruch est une feuille de la matrice extracellulaire qui sépare les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien (RPE) de la choroïde, et est d'environ 4 pm d'épaisseur. La membrane de Bruch fusionne dans la choriocapillaire, une couche de la choroïde qui contient capillaires fenêtrés et externe à ce sont des couches contenant de plus grands vaisseaux sanguins 10 (figure 1A).
La membrane de Bruch est une feuille supplémentaire de pentilaminarmatrice cellulaire (ECM), et cette méthodologie détails comment isoler la membrane de Bruch, avec l'ECM de la choriocapillaire sous-jacents (ci-après appelé enrichi la membrane de Bruch), qui est en grande partie décellularisé et exempt de globules rouges. La membrane de Bruch enrichi a ensuite été utilisé pour des expériences de buvards et d'histologie de l'Ouest. En outre, la méthodologie pour enrichir la membrane de Bruch uniquement à partir de la région de la macula de l'œil est décrite, qui sera d'un intérêt particulier pour ceux qui enquêtent sur les aspects biochimiques de la DMLA.
Nous décrivons ici l'enrichissement de la membrane de Bruch pour une analyse approfondie permettant des analyses ultérieures, y compris western blot 11, spectrométrie de masse et les propriétés de diffusion de la membrane de Bruch utilisant modifiée chambres 11,14 Ussing. Les étapes critiques comprennent a) le raclage approfondie et lavage de la surface interne de l'œil pour éliminer toutes les cellules RPE b) le raclage répété et attentive de la choroïde sous-jacente sans provoquer de Bruch se désintégrer et c) le lavage de la Bruch excisé de l'eau ultrapure pour assurer la lyse des cellules résiduelles. En outre, si la membrane de Bruch la enrichie doit être utilisé pour l'analyse protéomique, l'extraction de la protéine par traitement à l'urée est la plus efficace dans la dégradation du tissu élastique présente par rapport aux autres méthodes telles que l'homogénéisation mécanique. L'histologie de la membrane de Bruch enrichi indique l'ECM de la choriocapillaire est pas supprimé. Ce doit être exinatten- que la couche externe de la membrane de Bruch la pentilaminar est formé par choriocapillaire endotheliales membranes basales des cellules. En effet, il peut être avantageux que l'ECM de la choriocapillaire reste que des changements se produisent dans la présente dans la DMLA, y compris le dépôt de complexe complexe / d'attaque membranaire du complément terminal (MAC) 15. Il convient de noter que pour l'analyse histologique détaillé de la membrane de Bruch, la structure serait mieux préservé si coupe en présence de la sclérotique, la choroïde et la membrane de Bruch. En effet, l'histologie présenté dans la figure 2 est uniquement destiné à démontrer le degré d'enrichissement résultant de la technique décrite dans ce manuscrit.
Enrichissement de maculaire Bruch nécessite dissection minutieuse de l'œilleton, assurant que le NSR et en particulier la fovéa ne sont pas endommagés; autrement identification et ainsi l'isolement de la macula ne sont pas possibles. L'intégrité du tissue est également important de ce processus et il est donc recommandé que les échantillons de moins de 48 heures de temps post-mortem être utilisés. Le degré d'enrichissement requis varie entre les donateurs et peut être affectée par l'âge du donneur, le temps post-mortem, et la présence de toute pathologie oculaire. L'utilisation du terme enrichi est délibérée dans la reconnaissance d'une limitation de la technique, ce qui est que «la purification» ou «isolement» de la membrane de Bruch en utilisant cette méthode est tout simplement pas possible. En effet, étant donné que l'ECM de la choriocapillaire fusionne dans la membrane de Bruch séparation complète il est impossible.
Comprendre les changements biochimiques des tissus oculaires respectifs est essentiel dans la compréhension de la progression de la maladie de l'œil. Cet enrichissement unique de la membrane de Bruch facilite cette compréhension; études en cours étudient le protéome du maculaire enrichi membrane de Bruch en utilisant la spectrométrie de masse à différents stades de la DMLAet dans des échantillons provenant de sujets avec différents génotypes d'améliorer la compréhension de la pathologie moléculaire de la DMLA. Déjà la technique décrite ici a été utilisé pour identifier avec succès FHL-1 en tant que régulateur du complément prédominant dans la membrane 11 et d'autres études de Bruch sur la membrane de enrichi Bruch sont susceptibles d'aboutir à de nouvelles idées plus dans la pathologie moléculaire de la DMLA.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs tiennent à remercier le Dr Isaac Zambrano et le personnel de la Manchester Eye Hospital Banque d'yeux pour la fourniture de tissus de l'œil de donneur humain, et M. Pete Walker, de la Faculté de l'établissement Life Sciences histologie pour les images H & E colorées. Un merci tout spécial à M. Roger Meadows pour son aide avec la microscopie. SJC est récipiendaire d'un Conseil de recherches médicales du développement (MRC) Carrière Fellowship (MR / K024418 / 1) et les auteurs reconnaissent aussi d'autres financement récent de recherche du CRM (G0900538 et K004441), Fight for Sight (1866) et La Société maculaire.
Auxillary objective 0.5x | GT-Vision Ltd | 3638 | Useful (but not essential) for lower magnification imaging of whole eye flat-mount |
Biopsy Punch 6mm | Oncall Medical Supplies | SCH-33-36 | 6mm Biopsy Punches |
Bovine serum albumin | Sigma – Aldrich | A3059 | |
Bromophenol Blue | Sigma – Aldrich | B0126 | |
Cell scrapers | Sarstedt | 83.183 | For membrane enrichment |
CyroPure Cyrovials | Sarstedt | 72.38 | |
Disposable Scalpels | Fisher Scientific | 12387999 | Sterile, individually wrapped Swann-Morton scalpels. |
Dual Gooseneck LED spot lights on 30cm arms | GT-Vision Ltd | 0153 | Flexible light source essential for dissection and imaging |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline | Sigma – Aldrich | D8537 | Used to prevent macula drying out and during membrane enrichment. |
(A) Forceps | Scientific Laboratory Supplies | INS4280 | (A) Fine (100mm) and straight |
(B) Forceps | Scientific Laboratory Supplies | INS4272 | (B) Broad and blunt (150mm). Useful for lifting large portions of sample |
(C) Forceps | Scientific Laboratory Supplies | INS4323 | (C) Straight fine points |
Glycerol | Sigma – Aldrich | G1345 | |
Glycine | Sigma – Aldrich | B0126 | |
GXCAM 5 digital colour camera & GT-Vision software | GT-Vision Ltd | 1122 | |
Methanol | Sigma – Aldrich | M/4000/17 | |
Nitrocellulose membrane | Life Technologies | NP0007 | |
NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris Protein Gels | Life Technologies | NP0322BOX | |
Petri dish | Sterilin | 101VR20 | 90mm, used as a dish for samples |
Protein isolation beads (Strataclean resin) | Agilent | 400714-61 | |
SDS | Bio-Rad | 161-0301 | |
Stereozoom microscope GXMXTL3T (magnification range 7x-45x) | GT-Vision Ltd | 5595 | Stereozoom microscope attached to boom stand for ease of use during dissection |
Tris-HCl | Sigma – Aldrich | T3253 |