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.
Myocardinfarct (MI) heeft dramatische middellange en lange termijn gevolgen van de fysiologische en gedragsmatige niveau, maar de betrokken mechanismen zijn nog onduidelijk. Ons laboratorium heeft een rattenmodel van post-MI syndroom dat verminderde hartfunctie, neuronaal verlies in het limbische systeem, cognitieve stoornissen en gedragsmatige tekenen van depressie wordt ontwikkeld. Op neuronaal niveau, caspase-3 activatie bemiddelt post-MI apoptose in verschillende limbische gebieden, zoals de amygdala – piek op 3 dagen na MI. Cognitieve en gedragsmatige stoornissen lijken 2-3 weken na MI en deze correleren statistisch met de maatregelen van caspase-3-activiteit. De hier beschreven protocol wordt gebruikt om MI induceren verzamelen amygdala weefsel en meet caspase-3 activiteit met spectrofluorimetrie. MI induceren, wordt de dalende kransslagader afgesloten gedurende 40 min. Het protocol voor de evaluatie van caspase-3 activatie begint 3 dagen na MI: de ratten opgeofferd en de amygdala geïsoleerde rapiDly uit de hersenen. De monsters worden snel bevroren in vloeibare stikstof en bij -80 ° C bewaard tot werkelijke analyse. De techniek uitgevoerd voor caspase-3 activatie beoordelen op basis van splitsing van een substraat (DEVD-AMC) van caspase-3, die een fluorogene verbinding die kan worden gemeten door spectrofluorimetrie vrijgeeft. De methodologie kwantitatieve en reproduceerbare maar de vereiste apparatuur duur en de procedure voor het kwantificeren van de monsters tijdrovend. Deze techniek kan worden toegepast op andere weefsels, zoals het hart en de nieren. DEVD-AMC kan worden vervangen door andere substraten op de activiteit van andere caspasen meten.
Caspasen of Cysteine-afhankelijke-aspartaat gerichte proteasen zijn een familie van enzymen betrokken bij verschillende homeostase processess 1. Caspasen kan grofweg worden ingedeeld op basis van hun rol in apoptose of ontsteking. Caspase-1, -4, -5 en -12 zijn betrokken bij ontstekingen terwijl die betrokken zijn bij apoptose kan sub-geclassificeerd als initiator caspases (caspase-8 en -9) en beul caspases (caspase-3, -6 en -7 ).
Caspasen spelen een belangrijke rol in vele ziekten, vooral in aandoeningen waarin apoptose buitensporig kan zijn, zoals waargenomen na myocardinfarct (MI) of cerebrale ischemie.
In het rattenmodel van post-MI syndroom gebruikt in ons lab is vastgesteld dat caspase-3 wordt geactiveerd niet alleen in het myocardium 2, maar ook in het limbische systeem dat is betrokken bij de beheersing van stemming en emoties 3-6. Ook wordt gezien dat caspase-3 wordt geactiveerd in verschillende regiohet limbische systeem, zoals de hippocampus en amygdala en deze activering pieken ongeveer 3 dagen na ischemisch insult 4. Interessant is dat caspase-3-activiteit correleert met post-MI gedrags- stoornissen, en de demping door middel van farmacologische en nutritionele interventies vermindert deze verwondingen, hetgeen duidt op een mogelijk verband tussen caspase-3 en post-MI depressie 7-12.
Caspase-3 activatie kan worden gemeten met verschillende technieken. Western blotting constateert de enzymatische eigenschappen van de caspasen en kunnen actieve enzymen en hun pro-enzymvormen detecteren. Western blotting echter semi-kwantitatief en kleine variaties kunnen worden verloren door zwak signaal-ruisverhoudingen 13. Een betere techniek is gebaseerd op de splitsing van een substraat (DEVD-AMC) van caspase-3 die een fluorogene verbinding vrijgeeft en kan worden gemeten door spectrofluorimetrie. Caspase-3 activatie is een betrouwbare merker van apoptose. Meting van apoptose can instabiel zijn omdat het tijdvenster van optreden is kort, en naburige cellen kunnen apoptotische lichamen of cellen 14 phagocytize. Apoptose kan verder worden bevestigd door andere technieken, zoals terminal deoxynucleotidyltransferase dUTP nick end labeling (TUNEL) test, dat DNA fragmentatie die voortvloeit uit apoptotische signaaltransductie cascades 6, of de verhouding van pro- / anti-apoptotische proteïnen, zoals Bax / detecteert Bcl2 6.
Onze ervaring met dit protocol in de afgelopen 10 jaar geleid tot de identificatie van de kritieke methodologische kwesties. Ten eerste, snelle hersenen dissectie in een petrischaal op gemalen ijs belangrijk prepareerkwaliteit handhaven. Ten tweede dient men zich te realiseren dat weefsel sonicatie korter de cerebrale amygdala vergelijking met andere typen weefsels, zoals het hart (10 sec) en nieren (20 sec). Ten derde moet grote zorg worden genomen om het substraat nauwkeurig te mengen voordat het aan de monsters. We tegenkwamen variabele signalen wanneer het mengen volgorde was onvoldoende. Ten vierde moeten geen bellen in de kwarts cel bij het lezen van de monsters. Anders kan het signaal worden veranderd.
We hebben een verandering in de afgelopen jaren de reproduceerbaarheid van de resultaten te vergroten: verhoging substraatvolume volume minder dan 1 pi voorkomen. Toch kunnen kleine verschillen optreden tussen opeenvolgende testen en tenminste 3 controlemonsters worden gebruiktcontrol variaties. Fluorescentie metingen van deze controles worden gemiddeld en het gemiddelde wordt gesteld op 100%. Fluorescentie maatregelen experimentele monsters worden omgezet in percentage van de controlemonsters.
Een andere beperking van deze techniek is dat slechts een deel van het weefsel wordt toegepast en derhalve kan caspase-3 activiteit wordt onderschat. Inderdaad, het tijdvenster van apoptose kort in een bepaalde cel en kan worden gemist hoewel het voorkomt in aangrenzende gebieden op het moment van bemonstering 1,4,15. Het omgekeerde is ook mogelijk: apoptosis kan bijzonder intens in porties van weefsel, wat resulteert in een overschatting van caspase-3 activiteit. Wij raden het gebruik van de resterende weefsels (amygdala) voor aanvullende technieken, zoals TUNEL testen of Bax / Bcl2 ratio (zie inleiding).
Spectrofluorimetrie ten minste twee voordelen boven Western blotting. Ten eerste genereert direct kwantitatieve gegevens. Ten tweede, het meet enzymatische eenctivity zelf in plaats van eiwit of RNA-expressie, die geen verband kan zijn, en het is bekend dat eiwit expressie kan worden verhoogd zonder wijziging van enzymatische activiteit. Bovendien kan spectrofluorimetrie worden uitgevoerd op andere weefsels of met andere diersoorten en kunnen worden aangepast voor andere caspase subtypen, met verschillende substraten, zodat veilig vergelijkingen kunnen worden gemaakt.
Concluderend dit document wordt het gebruik van spectrofluorimetrie met caspase-3 activiteit te meten in de amygdala, waarin wordt aangetoond dat apoptose optreedt in deze regio van het limbische systeem 3 dagen na MI.
The authors have nothing to disclose.
. Dit werk werd ondersteund door een subsidie van het Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada Kim Gilbert heeft een studententijd van Fonds de la 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 |