Neurofiziologie celulară

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Neurodegenerare: de la genetică la molecule Vizualizați toate cele 23 de articole

rozătoarele

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Departamentul de Zoologie Experimentală și Neurobiologie, Universitatea din Pecs, Pecs, Ungaria
  • 2 Centrul de cercetare Janos Szentagothai, Pecs, Ungaria
  • 3 Neuroștiințe clinice și experimentale (NiCE), CIBERNED și Institutul de Cercetări Bio-Sănătate din Murcia (IMIB), Școala de Medicină, Campus Mare Nostrum, Universitatea din Murcia, Murcia, Spania
  • 4 Departamentul de biologie medicală, Universitatea din Pecs, Pecs, Ungaria
  • 5 Departamentul de Anatomie, MTA-PTE Echipa de cercetare PACAP „Lendulet”, Universitatea din Pecs, Pecs, Ungaria

Introducere

Retina vertebratelor, ca și alte părți ale sistemului nervos central, este supusă unor modificări degenerative cauzate de îmbătrânire. Retina este, de asemenea, locul bolilor pentru care vârsta este un factor de risc major, inclusiv degenerescența maculară și glaucomul (Jackson și Owsley, 2003). Retina este, fără îndoială, cea mai bine înțeleasă parte a sistemului nervos central al vertebratelor în ceea ce privește modelarea, circuitele și funcția sa celulară. Este compus din cinci tipuri majore de neuroni: fotoreceptori, interneuroni (celule orizontale, bipolare și amacrine) și celule ganglionare ale retinei (RGC) care integrează informații vizuale și le trimit creierului (Sanes și Zipursky, 2010). Neuronii retinieni pot fi subdivizați în aproximativ 70 de subtipuri funcționale distincte (Masland, 2001) pentru mulți dintre care markeri sunt disponibili pentru a identifica modificările specifice îmbătrânirii.

Complicațiile legate de vârstă au fost demonstrate la mai multe specii de mamifere, inclusiv maimuțe, pisici, oi, șobolani, șoareci și Octodon degus (degu). Această din urmă specie prezintă mai multe avantaje pentru studierea diferitelor condiții patologice. Degu este un rozător histricomorf din America de Sud, foarte vizual, originar din Chile, care exprimă la bătrânețe deficite cognitive, anxietate (Popović și colab., 2009) și ritmuri circadiene instabile de amplitudine mică (Vivanco și colab., 2007). Deosebit de remarcabil este faptul că animalele dezvoltă o patologie spontană asemănătoare Alzheimerului și prezintă semne de perturbare semnificativă a substanței albe, diabet și cancer la îmbătrânire (Inestrosa și colab., 2005; Ardiles și colab., 2012, 2013), asemănându-se cu mai multe aspecte ale patologiei umane. îmbătrânire (van Groen și colab., 2011).

Prin urmare, scopul prezentului studiu a fost de a efectua o caracterizare complexă a retinei degu la niveluri histologice, ultrastructurale și imunohistochimice în timpul îmbătrânirii axate pe elementele căii verticale (fotoreceptorii către celulele bipolare la celulele ganglionare). Deoarece retina degu este mai asemănătoare cu retina umană decât cu retina altor rozătoare, această descriere va oferi o bază solidă pentru studii viitoare în care pot fi studiate manipulări experimentale și/sau agenți neuroprotectori.

Materiale și metode

Animale

În total 28 de degusuri feminine (greutate corporală 180–270 g) de 6n = 8), 12n = 8) și vârsta de 36 de lunin = 12) au fost utilizate. Acest din urmă grup este considerat ca fiind un grup în vârstă (dar nu în vârstă). Degus au fost adăpostite individual în cuști de sticlă opace (40 × 25 × 25 cm) la instalațiile pentru animale de la Universitatea din Murcia. Pe tot parcursul studiului, camera experimentală a fost menținută sub o temperatură controlată (21 ± 1 ° C) și un ciclu de lumină/întuneric de 12 ore (luminile aprinse la 7:00 a.m. și stinse la 19:00 p.m.). Podelele cuștilor erau acoperite cu așchii de lemn care se schimbau o dată pe săptămână. Au fost furnizate alimente și apă ad libitum prin plasarea a 120 g de pelete alimentare (Harlan Tekland Global Diet ®, Harlan Laboratories, SUA) pe zi și sticle de apă pe o rețea situată în partea superioară a rezervorului. Apa din rezervor era schimbată zilnic. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu standardele de reglementare relevante, orientările experimentale și procedurile conforme cu Directiva Consiliului Comunității Europene (2010/63/UE) și comitetul etic al Universității din Murcia.

Analiza microscopică histologică și electronică

Animalele au fost anesteziate cu Isofluoran (medic veterinar Isoba ®, SUA), administrate cu un vaporizator cu flux continuu (MSS3, Medical Supplies and Services, Anglia, Marea Britanie) și apoi sacrificate prin decapitare. Ambii ochi au fost îndepărtați imediat și dispuși în mod distinct în conformitate cu procedura histologică sau microscopică electronică care trebuie efectuată.

Pentru histologie ochii au fost fixați în paraformaldehidă 4% (PFA; Merck, Ungaria) dizolvată în tampon fosfat 0,1 M (PB; Spektrum3D, Ungaria). Ocularele au fost disecate și încorporate în rășină epoxidică (rășină Durcupan ACM; Sigma-Aldrich, Ungaria) așa cum am descris anterior (Szabadfi și colab., 2012). Secțiunile au fost tăiate la 2 μm, colorate cu albastru de toluidină (Sigma-Aldrich, Ungaria) și examinate cu un microscop Nikon Eclipse 80i. Măsurătorile au fost luate cu programul SPOT Basic. Pentru măsurători au fost utilizate zone retiniene centrale aflate la 1 și 2 mm de discul optic (n = 2-5 măsurători dintr-un bloc de țesut). S-au măsurat următorii parametri: (i) secțiunea transversală a retinei de la membrana limitativă externă (OLM) la membrana limitativă internă (ILM); (ii) lățimea straturilor retiniene individuale. Comparațiile statistice au fost făcute folosind testul ANOVA unidirecțional, urmat de analiza posthoc Tukey-B. Datele au fost prezentate ca medie ± SEM (GraphPadPrism5.0).

Microscopia electronică a fost efectuată pe ochi fixați cu 4% PFA suplimentat cu 1% glutaraldehidă dizolvată în 0,1M PB. După spălare în PB, probele de țesut au fost tratate cu OsO4 1% în PB, deshidratate prin serie de etanol ascendent și încorporate în rășină Durcupan ACM (Sigma-Aldrich, Ungaria). Secțiunile au fost tăiate la 70 nm în Reichert Ultracut S și au fost colorate cu citrat de plumb al lui Reynold. Probele au fost examinate și fotografiate într-un microscop electronic JEOL 1200EX.

Imunohistochimie

Tabelul 1. Anticorpi utilizați în experimente imunohistochimice.

Numărul de RGC (celule Brn3a-pozitive; Xiang și colab., 1995; Nadal-Nicolás și colab., 2009) ± SEM a fost măsurat în lungimea stratului de celule ganglionare (GCL) de 100 μm. Celulele care exprimă atât Chx10, cât și PKCα au fost punctate ca celule bipolare cu tijă, iar celulele care exprimă Chx10, dar nu și PKCα, au fost punctate ca celule bipolare cu con, după cum a urmat protocolul lui Morrow și colab. (2008). Numărul tuturor celulelor bipolare și celulelor bipolare cu tijă și conului bipolar au fost numărate în zona de 100 μm 2 a INL. Comparațiile statistice au fost făcute folosind testul ANOVA unidirecțional, urmat de analiza posthoc Tukey-B. Datele au fost prezentate ca medie ± SEM (GraphPadPrism5.0).

Rezultate

Caracterizarea inițială a degu retinelor de 6, 12 și 36 de luni a fost inițial realizată prin histologie de rutină.

Analiza morfologică și morfometrică descriptivă

Straturile caracteristice ale retinei mamiferelor au fost bine distinse în degu: stratul fotoreceptor (PL), stratul nuclear exterior (ONL), stratul exterior plexiform (OPL), stratul nuclear interior (INL), stratul plexiform interior (IPL) și GCL Figura 1 ). Celulele tipice ale retinei de mamifere (corpurile celulare fotoreceptoare și segmentele exterioare (OS) de conuri și tije, celule bipolare, diferite tipuri de celule amacrine, celule orizontale, celule amacrine deplasate, celule ganglionare și celule gliale Müller) au fost, de asemenea, bine vizibile la toate varstele.

Figura 1. Analiza morfologică și morfometrică a secțiunilor reprezentative ale retinei degu, cu vârsta de 6, 12 și 36 de luni, colorate cu albastru de toluidin. Straturile caracteristice ale retinei mamiferelor au fost bine vizibile în toate grupurile, diferențe morfologice majore nu au putut fi observate între cele trei grupuri (A - C). Cu toate acestea, grosimea stratului interior plexiform (IPL) (D) și întreaga retină (membrana limită internă OLM (ILM)), (D) a crescut semnificativ, în timp ce numărul RGC (celule Brn3a-pozitive) în lungimea stratului de celule ganglionare (GCL) de 100 μm a scăzut semnificativ la degus retinele în vârstă de 36 de luni comparativ cu animalele de 6 și 12 luni (E). Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. **p ## p ### p ## p ### p # p ### p 2 INL au fost reduse semnificativ la degu retine în vârstă de 36 de luni (A, B; *p # p ### p 3.3.co; 2-9

Samuel, M. A., Zhang, Y., Meister, M. și Sanes, J. R. (2011). Modificări legate de vârstă în neuronii retinei șoarecelui. J. Neurosci. 31, 16033–16044. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3580-11.2011

Sanes, J. R. și Zipursky, S. L. (2010). Principiile de proiectare a sistemelor vizuale de insecte și vertebrate. Neuron 66, 15–36. doi: 10.1016/j.neuron.2010.01.018

Szabadfi, K., Atlasz, T., Kiss, P., Reglodi, D., Szabo, A., Kovacs, K., și colab. (2012). Efectele protectoare ale neuropeptidei PACAP în retinopatia diabetică. Res. Țesutului celular. 348, 37-46. doi: 10.1007/s00441-012-1349-0

Takada, Y., Vijayasarathy, C., Zeng, Y., Kjellstrom, S., Bush, R. A. și Sieving, P. A. (2008). Patologie sinaptică în retina șocului retinoschisis (Rs1-/y) și modificarea prin livrarea genei rAAV-Rs1. Investi. Oftalmol. Vis. Știință. 49, 3677–3686. doi: 10.1167/iovs.07-1071

Terzibasi, E., Calamusa, M., Novelli, E., Domenici, L., Strettoi, E. și Cellerino, A. (2009). Remodelarea circuitelor retiniene în funcție de vârstă. Neurobiol. Îmbătrânire 30, 819–828. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2007.08.017

van Groen, T., Kadish, I., Popović, N., Popović, M., Caballero-Bleda, M., Baño-Otálora, B., și colab. (2011). Patologie cerebrală legată de vârstă în Octodon degu: vas de sânge, substanță albă și patologie asemănătoare Alzheimerului. Neurobiol. Îmbătrânire 32, 1651–1661. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2009.10.008

Vivanco, P., Ortiz, V., Rol, M. A. și Madrid, J. A. (2007). Căutând cheile diurnalității în aval de ceasul circadian: rolul melatoninei într-un rozător cu fază dublă, Octodon degus. J. Pineal Res. 42, 280–290. doi: 10.1111/j.1600-079x.2007.00418.x

Wässle, H. și Boicot, B. B. (1991). Arhitectura funcțională a retinei mamiferelor. Fiziol. Rev. 71, 447–480.

Worgul, B. V. și Rothstein, H. (1975). Cataracta congenitală asociată cu rânduri meridionale dezorganizate la un nou animal de laborator: degusul (Octodon degus). Biomedicină 23, 1-4.

Xiang, M., Zhou, L., Macke, J. P., Yoshioka, T., Hendry, S. H., Eddy, R. L., și colab. (1995). Familia Brn-3 a factorilor din domeniul POU: structură primară, specificitate de legare și expresie în subseturi de celule ganglionare retiniene și neuroni somatosenzoriale. J. Neurosci. 15, 4762–4785.

Cuvinte cheie: Octodon degus, îmbătrânire, retină, cale verticală, ultrastructură, celule bipolare din gen, proteine ​​sinaptice

Citație: Szabadfi K, Estrada C, Fernandez-Villalba E, Tarragon E, Setalo Jr. G, Izura V, Reglodi D, Tamas A, Gabriel R și Herrero MT (2015) Îmbătrânirea retiniană la rozătoarele chiliene diurne (Octodon degus): alterări histologice, ultrastructurale și neurochimice ale căii de procesare a informațiilor verticale. Față. Celulă. Neuroști. 9: 126. doi: 10.3389/fncel.2015.00126

Primit: 21 octombrie 2014; Acceptat: 17 martie 2015;
Publicat online: 21 aprilie 2015.

Victoria Campos-Peña, Institutul Național de Neurologie și Neurochirurgie, Mexic

Rafael Linden, Universitatea Federală din Rio de Janeiro, Brazilia
Benjamín Florán, Centrul pentru Investiții și Studii Studii Avansate din IPN, Mexic

* Corespondență: Maria Trinidad Herrero, Neuroștiințe clinice și experimentale (NiCE), CIBERNED și Institutul de Cercetări Bio-Sănătate din Murcia (IMIB), Facultatea de Medicină, Campus Mare Nostrum, Universitatea din Murcia, Campus Espinardo, 30100 Murcia, Spania Tel: +34 868 88 84 84, Fax: +34 868 88 41 50 [email protected]

† Cu mare tristețe, autorii anunță că Krisztina Szabadfi a murit tragic în timpul depunerii acestui manuscris.