Acute en chronische modellen van hyperglycemie bij zebravis: een methode om de impact van hyperglycemie op neurogenese te beoordelen en de biodistributie van radiolabelde moleculen
Summary
Dit werk beschrijft methodes om acute en chronische hyperglycemie modellen in zebravis te bepalen. Het doel is om de invloed van hyperglycemie op fysiologische processen te onderzoeken, zoals constitutieve en schade-geïnduceerde neurogenese. Het werk benadrukt ook het gebruik van zebravis om radioactieve gelabelde moleculen te volgen (hier, [ 18 F] -FDG) met behulp van PET / CT.
Abstract
Hyperglycemie is een belangrijk gezondheidsprobleem dat leidt tot cardiovasculaire en cerebrale dysfunctie. Bijvoorbeeld, is het geassocieerd met verhoogde neurologische problemen na beroerte en wordt aangetoond dat neurogene processen worden aangetast. Interessant is dat de volwassen zebravis onlangs is ontwikkeld als een relevant en nuttig model om hyperglycemie / diabetes na te bootsen en om constitutieve en regeneratieve neurogenese te onderzoeken. Dit werk biedt methoden om zebravismodellen van hyperglycemie te ontwikkelen om de invloed van hyperglycemie op de proliferatie van hersencel te onderzoeken onder homeostatische en hersenreparatieomstandigheden. Acute hyperglycemie wordt vastgesteld met behulp van de intraperitoneale injectie van D-glucose (2,5 g / kg lichaamsgewicht) in volwassen zebravis. Chronische hyperglycemie wordt geïnduceerd door onderdompeling van volwassen zebravis in D-glucose (111 mM) die water gedurende 14 dagen bevat. Bloed-glucose-niveau metingen worden beschreven voor deze verschillende benaderingen. Methoden om de invloed van hyperglycemie op constitutieve a. Te onderzoekenEn regeneratieve neurogenese, door het mechanisch beschadigen van de telencephalon te beschrijven, de hersenen te ontleed, paraffine inbedden en doorsneden met een microtome, en het uitvoeren van immunohistochemieprocedures, worden aangetoond. Tenslotte wordt ook de methode om zebravis te gebruiken als een relevant model voor het bestuderen van de biodistribuatie van radioactief gemerkte moleculen (hier, [18F] -FDG) met behulp van PET / CT beschreven.
Introduction
Hyperglycemie wordt gedefinieerd als overmatig bloedglucosegehalte. Hoewel het een situatie van acute stress kan weerspiegelen, is hyperglycemie ook een aandoening die vaak leidt tot diagnose van diabetes, een chronische aandoening van insulineafscheiding en / of resistentie. In 2016 heeft het aantal volwassenen die met diabetes leven, 422 miljoen wereldwijd wereldwijd bereikt. Elk jaar sterven 1,5 miljoen mensen uit deze ziekte, waardoor het een belangrijk gezondheidsprobleem is 1 . Inderdaad leidt ongecontroleerde diabetes tot verschillende fysiologische stoornissen die het cardiovasculaire systeem, de nieren en het perifere en centrale zenuwstelsel beïnvloeden.
Interessant genoeg kan acute en chronische hyperglycemie cognitie veranderen en bijdragen aan zowel dementie als depressie 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Daarnaast is de toelating van patiënten wMet hyperglycemie is geassocieerd met slechtere functionele, neurologische en overlevingsresultaten na ischemische beroerte 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . Er werd ook aangetoond dat hyperglycemie / diabetes de volwassen neurogenese beïnvloedt, een proces dat leidt tot de opwekking van nieuwe neuronen door het beïnvloeden van neurale stamcelactiviteit en neuronale differentiatie, migratie en overleving 2 , 12 .
In tegenstelling tot zoogdieren, tonen teleostvis, zoals zebravis, intense neurogene activiteit door de hele hersenen en tonen een uitstekende capaciteit voor hersenherstel tijdens de volwassenheid 13 , 14 , 15 , 16 . Met name zijn dergelijke capaciteiten mogelijk door de voortdurende neuRal stam / voorloper cellen, waaronder radiale glia en neuroblasten 17 , 18 , 19 . Daarnaast is de zebravis onlangs uitgegroeid tot een model voor het bestuderen van metabolische aandoeningen, waaronder obesitas en hyperglycemie / diabetes 20 , 21 , 22 .
Hoewel de zebravis een goed herkend model van hyperglycemie en neurogenese is, hebben weinig studies de invloed van hyperglycemie op hersenhomeostase en cognitieve functie 12 , 23 onderzocht. Om de invloed van hyperglycemie op constitutieve en schade-geïnduceerde hersenscelle proliferatie te bepalen, werd een model van acute hyperglycemie gecreëerd door de intraperitoneale injectie van D-glucose. Daarnaast is een model van chronische hyperglycemie gereproduceerd door het onderdompelen van vis in water aangevuld wMet D-glucose 12 . Zebravis vertoont veel voordelen in onderzoek. Ze zijn goedkoop, makkelijk te verhogen en transparant tijdens de eerste ontwikkelingsfasen, en hun genoom is sequenced. In het kader van dit werk tonen ze ook een aantal extra voordelen: (1) zij delen soortgelijke fysiologische processen met mensen, waardoor ze een kritisch instrument zijn voor biomedisch onderzoek; (2) zij toestaan het snelle onderzoek van de invloed van hyperglycemie op hersenhomeostase en neurogenese, gezien hun wijdverspreide en sterke neurogene activiteit; En (3) zij zijn een alternatief model, waardoor de vermindering van het aantal zoogdieren dat in onderzoek wordt gebruikt, kan worden verminderd. Ten slotte kan zebravis worden gebruikt als model voor het testen van de biodistributie van radioactief gemerkte moleculen en potentiële therapeutische middelen met behulp van PET / CT.
Het algemene doel van de volgende procedure is om visueel te documenteren hoe u modellen van acute en chronische hyperglycemie in zebravis opzet, gebruik zebElektroish om hersenherstelwerk in hyperglycemische condities te beoordelen en radioactief gemerkte moleculen te monitoren (hier, [ 18 F] -FDG) met behulp van PET / CT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit werk beschrijft verschillende methoden om acute en chronische modellen van hyperglycemie bij zebravis te bepalen. De voornaamste voordelen van deze procedures zijn dat: (1) zij het aantal zoogdieren die voor onderzoek worden gebruikt verminderen, (2) ze eenvoudig zijn op te zetten en snel te implementeren, en (3) ze economisch zijn. Daarom laten dergelijke modellen toe op het onderzoek naar de invloed van hyperglycemie op een groot aantal dieren om de impact ervan op verschillende fysiologische processen te onderzoe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken de Rijksuniversiteit La Réunion van de Rijksuniversiteit La Réunion sterk voor het bewerken van de video (met name Jean-François Février, Eric Esnault en Sylvain Ducasse), Lynda-Rose Mottagan voor de stemoverdracht, Mary Osborne-Pellegrin voor het lezen van proefschriften De voice-over, en het CYROI-platform. Dit werk werd ondersteund door subsidies van de Universiteit van La Réunion (Bonus Qualité Recherche, Dispositifs incitatifs), Conseil Régional de La Réunion, Europese Unie (CPER / FEDER) en Philancia vereniging. ACD is een ontvanger van een collegegeld van de Ministère de l'Education Nationale, de Enseignement Supérieur et de la Recherche, Universiteit van de Réunion (Contrat Doktorale).
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 |
References
- 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).
