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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Qui, presentiamo un protocollo che combina l'elettroporazione e la denervazione in vivo del muscolo elevatore cranico auris longus (LAL). Questa procedura consente lo studio del potenziale ruolo delle proteine di derivazione muscolare nella rigenerazione della sinapsi neuromuscolare.
La giunzione neuromuscolare (NMJ) è la sinapsi periferica che controlla la contrazione delle fibre muscolari scheletriche per consentire il movimento coordinato di molti organismi. Al NMJ, un terminale dell'assone motorio presinaptico entra in contatto con un dominio postsinaptico muscolare ed è coperto da cellule di Schwann terminali. L'integrità e la funzione dell'NMJ sono compromesse in diverse condizioni, tra cui l'invecchiamento, le malattie neuromuscolari e le lesioni traumatiche. Per analizzare il potenziale contributo delle proteine di derivazione muscolare al mantenimento e alla rigenerazione della NMJ, è stata combinata una strategia di trasferimento genico in vivo con la denervazione del muscolo elevatore cranico auris longus (LAL) dopo una lesione meccanica del nervo. Risultati precedenti hanno dimostrato che l'espressione forzata delle proteine fluorescenti di controllo non altera l'organizzazione o la neurotrasmissione dell'NMJ. Questa procedura ha lo scopo di descrivere un metodo dettagliato di elettroporazione in vivo del muscolo LAL seguita da transezione o schiacciamento del ramo specifico del nervo facciale che innerva i muscoli cranici, portando rispettivamente alla denervazione e alla reinnervazione NMJ. La combinazione di queste strategie sperimentali nel muscolo LAL conveniente costituisce un metodo efficiente per studiare il potenziale contributo della sovraespressione o del silenziamento delle proteine muscolari nel contesto della reinnervazione NMJ a breve termine.
La giunzione neuromuscolare (NMJ) è la sinapsi periferica che controlla la contrazione muscolare e, indirettamente, il movimento coordinato degli organismi1. È formato da un terminale dell'assone motorio presinaptico, un dominio postsinaptico muscolare arricchito in recettori dell'acetilcolina (AChR) e cellule di Schwann terminali non mieliniche che coprono il terminale dell'assone 2,3,4. Dopo denervazione NMJ dovuta a lesione traumatica del nervo periferico, malattia o intervento farmacologico, l'attività muscolare contrattile viene persa 5,6. Poiché alcuni microambienti permissivi consentono un recupero funzionale tempestivo ed efficiente, la ricerca di proteine che potrebbero aiutare il processo di rigenerazione è una necessità permanente. Qui, due procedure sono state combinate per valutare in modo specifico il potenziale ruolo della manipolazione dell'espressione proteica muscolare nella rigenerazione a breve termine della NMJ dopo una lesione nervosa.
Il muscolo elevatore auris longus (LAL), situato sulla superficie dorsale del cranio, è un muscolo sottile e piatto che controlla il movimento del padiglione aurico. Il muscolo LAL è costituito da bande rostrali e caudali, ciascuna contenente due o tre strati di fibre muscolari 7,8. Il ramo auricolare posteriore del nervo facciale innerva il muscolo LAL, generando un modello di innervazione ben descritto costituito da cinque regioni di innervazione rostrale (R1-R5) e due caudali (C1-C2) 8,9,10. Il LAL è un muscolo esposto superficialmente e facilmente accessibile, quindi il suo utilizzo richiede procedure minimamente invasive. Ciò consente la visualizzazione dell'NMJ utilizzando la microscopia in tempo reale, la somministrazione di farmaci e l'intervento di preparazioni muscolari complete sia in vivo che ex vivo11,12. Complessivamente, queste caratteristiche rendono il muscolo LAL un modello eccellente per studiare il comportamento e la funzione NMJ 10,13.
L'elettroporazione in vivo è una tecnica di trasferimento genico che consente l'incorporazione di DNA esogeno nel tessuto attraverso la permeabilizzazione transitoria delle membrane cellulari e la mobilità del DNA all'interno delle cellule, entrambe generate dopo aver indotto un campo elettrico14,15. Questa procedura è locale e può essere eseguita in qualsiasi fase dello sviluppo dell'animale. Considerando le caratteristiche uniche del muscolo LAL, la sua elettroporazione in vivo rappresenta una procedura minimamente invasiva, altamente efficiente e rapida16, che consente di osservare una robusta espressione proteica due o tre giorni dopo l'elettroporazione.
La procedura di schiacciamento del nervo facciale è stata ampiamente impiegata nella ricerca in quanto offre numerosi vantaggi 5,17,18. Questo protocollo è stato precedentemente modificato per colpire specificamente il ramo auricolare posteriore del nervo facciale che innerva i muscoli cranici, incluso il muscolo LAL, per evitare la paralisi facciale; Di conseguenza, i topi non richiedono cure particolari dopo l'intervento chirurgico (ad esempio, unguento lubrificante per gli occhi per la perdita del riflesso dell'ammiccamento). Poiché la reinnervazione NMJ al muscolo LAL inizia tra 7-9 giorni dopo la lesione6, è un buon modello di reinnervazione a breve termine rispetto al modello di lesione da schiacciamento nervoso comunemente usato del nervo sciatico per denervare i muscoli degli arti posteriori, dove la reinnervazione si verifica circa tre settimane dopo la lesione nervosa18.
La combinazione di elettroporazione in vivo e lesione del nervo facciale al muscolo LAL consentirà ai ricercatori di valutare il comportamento dei componenti sinaptici contro la modulazione proteica di derivazione muscolare in diversi momenti della rigenerazione NMJ, compresi gli effetti morfologici a breve e lungo termine 6,16, attraverso un'ampia varietà di tecniche tra cui saggi immunoistochimici, istologici e funzionali.
Tutte le procedure sperimentali sono approvate dal Comitato di Bioetica dell'Universidad Austral de Chile, Cile (protocollo n. 503/2023), e hanno seguito le norme imposte dal Comitato di Bioetica dell'Agenzia Nazionale di Ricerca e Sviluppo del Cile (ANID), nonché le linee guida della Direttiva del Consiglio Europeo per la Cura degli Animali da Laboratorio. Il presente studio ha utilizzato topi adulti (3-6 mesi) CF-1 di entrambi i sessi (30-45 g). L'eutanasia è stata realizzata con un'overdose di anestetico inalante seguita da dissanguamento. I reagenti e le attrezzature utilizzate nello studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Elettroporazione muscolare LAL in vivo
2. Denervazione indotta da lesione nervosa da schiacciamento
NOTA: Questo protocollo è una modifica di un protocollo17 descritto in precedenza. Eseguire questa procedura con una differenza di almeno 3 giorni dall'elettroporazione. A seconda delle domande della ricerca, questa procedura può essere eseguita prima o dopo l'elettroporazione.
L'elevata resa quantica in fluorescenza della proteinatdTomato 20 la rende un tracciante appropriato per l'efficienza dell'elettroporazione. Pertanto, è stata valutata l'espressione della proteina tdTomato nei muscoli LAL mediante elettroporazione in vivo (Figura 1). I muscoli LAL sono stati sezionati 21 giorni dopo l'elettroporazione. Le preparazioni a montatura intera mostrano la sottile banda caudale (cLAL, poligono ciano...
La combinazione di elettroporazione muscolare in vivo e denervazione è un valido approccio sperimentale per studiare una nicchia rigenerativa presso l'NMJ4. Poiché il muscolo LAL è esposto superficialmente, queste procedure combinate possono essere facilmente integrate con la somministrazione di sonde o farmaci che potrebbero influenzare l'espressione o l'attività proteica12. Inoltre, l'elettroporazione dei geni reporter nel mu...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamo l'ambiente altamente collaborativo e stimolante dei membri del NeSt Lab per le utili discussioni e commenti su questo lavoro. Il lavoro presso il NeSt Lab è attualmente finanziato da FONDECYT 1221213. Lo schema nella Figura 1A è stato creato con BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#5/45 Dumont forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | Sterilize before use |
anti 2H3 | DSHB | Dilute 1 : 300 | |
anti S100 Ready to Use | Dako | IR504 | Dilute 1 : 5 |
anti SV2 | DSHB | Dilute 1 : 50 | |
Chlorhexidine gluconate 2% | DifenPharma | ||
Cold light dissecting stereomicroscope | Motic | Model SMZ-171 | |
DAPI | Invitrogen | D1306 | Dilute 1 : 100 |
Dumont #5SF Forceps | Fine Science Tools | 11252-00 | Sterilize before use |
Dumont Mini Forceps –Style 5 | Fine Science Tools | 11200-14 | Sterilize before use |
ECM 830 electroporator | BTX Harvard Apparatus | ||
Gold needle-type electrodes | Genetrodes, BTX | 45-0114 | 10 mm straight |
Hamilton syringe | Hamilton | 80400 | |
Hyaluronidase | Sigma-Aldrich | H3884 | |
Inhalation anesthesia machine | SciVerma Scientific | M3000 Table Top | |
Isoflurane | Baxter | 218-082 | |
Mice | Instituto de Salud Publica - Chile | Adult (3-6 months old) CF-1 mice, of both sexes (30-45 g) | |
Razor blades | Schick | ||
Suture Glicosorb 5/0 | TAGUM | GS0812.J | Absorbable polyglycolic acid thread |
tdTomato plasmid | Addgene | 54642 | tdTomato plasmid under the control of the CMV promoter |
Tramadol hydrochloride 5% (Triamcol) | Drag Pharma | ||
Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | Sterilize before use |
WGA Alexa Fluor 488 | Invitrogen | W7024 | Dilute |
α-BTX Alexa Fluor 488 | Invitrogen | B13422 | Dilute 1 : 500 |
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