Summary

Uma injeção de dois pontos estabelecida stably de lysophosphatidylcoline-Induced Focal Demyelination Modelo em camundongos

Published: May 11, 2022
doi:

Summary

O presente protocolo descreve uma injeção de dois pontos de linfosfatilcolina através de um quadro estereotaxico para gerar um modelo de desmielinização estável e reprodutível em camundongos.

Abstract

A sinalização linfosfolipídida mediada por receptores contribui para a fisiopatologia de diversas doenças neurológicas, especialmente a esclerose múltipla (EM). Lisofosphatidylcholina (LPC) é uma lisofosfosfolipídio endógena associada à inflamação, e pode induzir danos rápidos com toxicidade aos lipídios de mielina, levando à desmielinização focal. Aqui, um protocolo detalhado é apresentado para injeção estereotática de LPC de dois pontos que poderia causar diretamente desmielinização grave e replicar a lesão de desmielinização experimental rapidamente e stably em camundongos por procedimento cirúrgico. Assim, esse modelo é altamente relevante para as doenças de desmielinização, especialmente a ESM, podendo contribuir para o avanço clínico da pesquisa. Além disso, os métodos de coloração azul rápido e imunofluorescência e Luxol foram usados para retratar o curso do tempo da desmielinização no caloso corpus de camundongos injetados com LPC. Além disso, o método comportamental foi utilizado para avaliar a função cognitiva dos camundongos após a modelagem. No geral, a injeção de dois pontos de linfosfatidylcholina através de um quadro estereotaxico é um método estável e reprodutível para gerar um modelo de dessalinização em camundongos para estudos posteriores.

Introduction

A sinalização linfosfolipídica mediada por receptores envolve diversos processos fisiológicos de quase todos os sistemasde órgãos 1. No sistema nervoso central (SNC), essa sinalização desempenha um papel crítico nas patógenias de doenças neurológicas autoimunes, como a esclerose múltipla (EM). A esclerose múltipla é uma doença imunomediada crônica caracterizada por desmielinização patológica e resposta inflamatória, causando disfunção neurológica e comprometimento cognitivo 2,3. Após uma recaída contínua e a remissão durante a doença precoce, a maioria dos pacientes eventualmente evolui para o estágio secundário-progressivo, o que poderia causar danos irreversíveis ao cérebro e incapacidaderesultante 4. Acredita-se que a marca patológica do curso secundário-progressivo é a desmielinização de placas causadas por lesões inflamatórias5. Os tratamentos existentes para ESM podem reduzir significativamente o risco de recaída. No entanto, ainda não há terapia eficaz para danos desmielinizados de longo prazo causados pela ESMprogressiva 6. Assim, é necessário um modelo estávelmente estabelecido e facilmente reprodutível para estudar terapêuticas pré-clínicas que se concentrem na degeneração da matéria branca.

Demielinização e remiellinação são dois grandes processos patológicos no desenvolvimento da esclerose múltipla. A demyelinação é a perda da baia de mielina em torno de axônios induzidos por microglia com fenótipos pró-inflamatórios7, e leva à condução lenta de impulsos nervosos e resulta na perda de neurônios e distúrbios neurológicos. A remielinação é uma resposta endógena de reparo mediada por oligodenrócitos, onde distúrbios podem levar à neurodegeneração e comprometimento cognitivo8. A resposta inflamatória é crucial para todo o processo, afetando tanto o grau de dano e reparação da mielina.

Portanto, um modelo animal estável de desmielinização inflamatória persistente é significativo para a exploração de estratégias terapêuticas para MS. Devido à complexidade da ESM, vários tipos de modelos animais foram estabelecidos para imitar lesões desmielinizadoras in vivo, incluindo encefalomielite autoimune experimental (EAE), modelos tóxicos-desmielinizadores, cuprizone (CPZ) e linfosfatilina (LPC)9 . LPC é um lysofosfolipídio endógeno associado à inflamação, e pode induzir danos rápidos com toxicidade aos lipídios de mielina, levando à dessalinização focal. Com base em relatórios anteriores e pesquisas10,11, é fornecido um protocolo detalhado de injeção de dois pontos com algumas modificações. Geralmente, o modelo clássico de injeção LPC de um ponto só produz desmielinização local no local da injeção e é frequentemente acompanhado de remielinização espontânea12,13. No entanto, o modelo LPC de injeção de dois pontos pode demonstrar que o LPC pode induzir diretamente a desmielinização no calosum do corpus do mouse e causar desmielinização mais durável com pouca regeneração de mielina.

Protocol

Todos os procedimentos animais foram aprovados pelo Comitê de Cuidados Com Animais da Tongji Medical College, Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, China. Foram utilizados para o presente estudo camundongos adultos C57BL/6 masculinos e femininos (tipo selvagem, WT; 20-25 g; 8-10 semanas de idade). Os camundongos foram obtidos a partir de fontes comerciais (ver Tabela de Materiais). Os camundongos foram alojados em uma instalação animal específica sem patógenos (SPF) com água e alimento…

Representative Results

A injeção de dois pontos do LPC resultou em uma dessalinização mais durávelLPC leva principalmente a danos rápidos com toxicidade à mielina e decote da integridade do axônio15. O dia da injeção foi considerado como o dia 0. Os camundongos foram mantidos por um período de 10 a 28 dias (10 dpi e 28 dpi). A coloração10 do azul rápido luxol (LFB) foi utilizada para avaliar a área de desmielinização em camundongos nesses pontos de tempo. No …

Discussion

A ESM, doença desmielinização crônica do SNC, é uma das causas mais comuns de disfunção neurológica em adultos jovens20. Clinicamente, aproximadamente 60%-80% dos pacientes com ES experimentam o ciclo de recaídas e remissões antes de desenvolver umaESM 21,22 secundária-progressiva, e isso eventualmente leva a prejuízos de movimento cumulativos e déficits cognitivos ao longo do tempo23. Atualmente, nenhu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (Grants: 82071380, 81873743).

Materials

L-α-Lysophosphatidylcholine from egg yolk Sigma-Aldrich L4129-25MG
32 gauge Needle HAMILTON 7762-05
10 μl syringe HAMILTON 80014
high speed skull drill strong,korea strong204
drill Hager & Meisinger, Germany  REF 500 104 001 001 005
Matrx Animal Aneathesia Ventilator MIDMARK VMR
Portable Stereotaxic Instrument for Mouse Reward 68507
Micro syringe Reward KDS LEGATO 130
Isoflurane  VETEASY
Paraformaldehyde Servicebio G1101
Phosphate buffer BOSTER PYG0021
LuxoL fast bLue Servicebio G1030-100ML
Suture FUSUNPHARMA 20152021225
Brain mold Reward 68707
Electron microscope fixative Servicebio G1102-100ML
Neutral red (C.I. 50040), for microscopy Certistain Sigma-Aldrich 1.01376
Anti-Myelin Basic Protein Antibody  Millipore #AB5864
Anti-GST-P pAb MBL #311
Ki-67 Monoclonal Antibody (SolA15) Thermo Fisher Scientific 14-5698-95
Beta Actin Monoclonal Antibody Proteintech 66009-1-Ig 
Myelin Basic Protein Polyclonal Antibody Proteintech 10458-1-AP
OLIG2 Polyclonal Antibody Proteintech 13999-1-AP
Alexa Fluor 488 AffiniPure Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) YEASEN 34206ES60
Alexa Fluor 594 AffiniPure Donkey Anti-Rat IgG (H+L)  YEASEN 34412ES60
Alexa Fluor 594 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)  YEASEN 34212ES60
HRP Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) abclonal AS014
HRP Goat Anti-Mouse IgG (H+L)  abclonal AS003
Adult C57BL/6 male and female mice Hunan SJA Laboratory Animal Co. Ltd

References

  1. Gaire, B. P., Choi, J. W. Critical roles of lysophospholipid receptors in activation of neuroglia and their neuroinflammatory responses. International Journal of Molecular Sciences. 22 (15), 7864 (2021).
  2. Compston, A., Coles, A. Multiple sclerosis. Lancet. 372 (9648), 1502-1517 (2008).
  3. Dobson, R., Giovannoni, G. Multiple sclerosis – a review. European Journal of Neurology. 26 (1), 27-40 (2019).
  4. Mahad, D. H., Trapp, B. D., Lassmann, H. Pathological mechanisms in progressive multiple sclerosis. The Lancet Neurology. 14 (2), 183-193 (2015).
  5. Filippi, M., et al. Multiple sclerosis. Nature Reviews Disease Primers. 4 (1), 43 (2018).
  6. Villoslada, P., Steinman, L. New targets and therapeutics for neuroprotection, remyelination and repair in multiple sclerosis. Expert Opinion on Investigational Drugs. 29 (5), 443-459 (2020).
  7. Lassmann, H. Multiple sclerosis pathology. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 8 (3), 028936 (2018).
  8. Franklin, R. J., Ffrench-Constant, C. Remyelination in the CNS: From biology to therapy. Nature Reviews Neuroscience. 9 (11), 839-855 (2008).
  9. Gentile, A., et al. Immunomodulatory effects of exercise in experimental multiple sclerosis. Frontiers in Immunology. 10, 2197 (2019).
  10. Chen, M., et al. Deficiency of microglial Hv1 channel is associated with activation of autophagic pathway and ROS production in LPC-induced demyelination mouse model. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 333 (2020).
  11. Luo, Q., et al. A stable and easily reproducible model of focal white matter demyelination. Journal of Neuroscience Methods. 307, 230-239 (2018).
  12. Blakemore, W. F., Franklin, R. J. Remyelination in experimental models of toxin-induced demyelination. Current Topics in Microbiology and Immunology. 318, 193-212 (2008).
  13. Degaonkar, M. N., Raghunathan, P., Jayasundar, R., Jagannathan, N. R. Determination of relaxation characteristics during preacute stage of lysophosphatidyl choline-induced demyelinating lesion in rat brain: An animal model of multiple sclerosis. Magnetic Resonance Imaging. 23 (1), 69-73 (2005).
  14. Baydyuk, M., et al. Tracking the evolution of CNS remyelinating lesion in mice with neutral red dye. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (28), 14290-14299 (2019).
  15. Plemel, J. R., et al. Mechanisms of lysophosphatidylcholine-induced demyelination: A primary lipid disrupting myelinopathy. Glia. 66 (2), 327-347 (2018).
  16. Nave, K. A. Myelination and support of axonal integrity by glia. Nature. 468 (7321), 244-252 (2010).
  17. Liu, Z., et al. Induction of oligodendrocyte differentiation by Olig2 and Sox10: evidence for reciprocal interactions and dosage-dependent mechanisms. Developmental Biology. 302 (2), 683-693 (2007).
  18. Kassis, H., et al. Histone deacetylase expression in white matter oligodendrocytes after stroke. Neurochemistry International. 77, 17-23 (2014).
  19. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: Procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocols. 1 (2), 848-858 (2006).
  20. Merkler, D., Ernsting, T., Kerschensteiner, M., Bruck, W., Stadelmann, C. A new focal EAE model of cortical demyelination: multiple sclerosis-like lesions with rapid resolution of inflammation and extensive remyelination. Brain. 129, 1972-1983 (2006).
  21. Karussis, D. The diagnosis of multiple sclerosis and the various related demyelinating syndromes: A critical review. Journal of Autoimmunity. 48-49, 134-142 (2014).
  22. Kamma, E., Lasisi, W., Libner, C., Ng, H. S., Plemel, J. R. Central nervous system macrophages in progressive multiple sclerosis: Relationship to neurodegeneration and therapeutics. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 45 (2022).
  23. Kutzelnigg, A., et al. Cortical demyelination and diffuse white matter injury in multiple sclerosis. Brain. 128, 2705-2712 (2005).
  24. Lassmann, H., Bradl, M. Multiple sclerosis: Experimental models and reality). Acta Neuropathologica. 133 (2), 223-244 (2017).
  25. Lamport, A. C., Chedrawe, M., Nichols, M., Robertson, G. S. Experimental autoimmune encephalomyelitis accelerates remyelination after lysophosphatidylcholine-induced demyelination in the corpus callosum. Journal of Neuroimmunology. 334, 576995 (2019).
  26. Torkildsen, O., Brunborg, L. A., Myhr, K. M., Bo, L. The cuprizone model for demyelination. Acta Neurologica Scandinavica. Supplementum. 188, 72-76 (2008).
  27. Zhan, J., et al. The cuprizone model: Dos and do nots. Cells. 9 (4), 843 (2020).
  28. Torre-Fuentes, L., et al. Experimental models of demyelination and remyelination. Neurologia (Barcelona, Spain). 35 (1), 32-39 (2020).
  29. Merkler, D., et al. Myelin oligodendrocyte glycoprotein-induced experimental autoimmune encephalomyelitis in the common marmoset reflects the immunopathology of pattern II multiple sclerosis lesions. Multiple Sclerosis Journal. 12 (4), 369-374 (2006).
  30. Ucal, M., et al. Widespread cortical demyelination of both hemispheres can be induced by injection of pro-inflammatory cytokines via an implanted catheter in the cortex of MOG-immunized rats. Experimental Neurology. 294, 32-44 (2017).

Play Video

Cite This Article
Pang, X., Chen, M., Chu, Y., Tang, Y., Qin, C., Tian, D. A Stably Established Two-Point Injection of Lysophosphatidylcholine-Induced Focal Demyelination Model in Mice. J. Vis. Exp. (183), e64059, doi:10.3791/64059 (2022).

View Video