Transección del nervio tibial - Un modelo normalizado para la atrofia del músculo esquelético denervación inducida en ratones
Summary
El modelo de transección del nervio tibial es un bien tolerado, validado, y reproducible modelo de atrofia del músculo esquelético. El modelo de protocolo quirúrgico se describe y se demuestra en C57Black6 ratones.
Abstract
El modelo de transección del nervio tibial es un bien tolerado, validado, y reproducible modelo de atrofia del músculo esquelético inducida por desnervación en roedores. Aunque originalmente desarrollado y utilizado ampliamente en la rata, debido a su tamaño más grande, el nervio tibial en ratones es lo suficientemente grande que pueda ser manipulado fácilmente, ya sea con aplastamiento o transección, dejando las ramas del nervio peroneal y sural del nervio ciático intacta y preservando así sus músculos en cuestión. Por lo tanto, este modelo ofrece las ventajas de la inducción de una menor morbilidad y impedimento de la deambulación que el modelo de transección del nervio ciático y también permite a los investigadores estudiar los mecanismos biológicos fisiológicos, celulares y moleculares que regulan el proceso de la atrofia muscular en ratones diseñados genéticamente. El nervio tibial suministra el gastrocnemio, sóleo y plantar los músculos, por lo que su corte transversal permite el estudio de los músculos esqueléticos desnervado compuesto por fibras de contracción rápida de tipo II y / o de tipo I de contracción lentafibras. Aquí se demuestra el modelo de transección del nervio tibial en el C57Black6 ratón. Evaluamos la atrofia del músculo gastrocnemio, como representante de un músculo, en 1, 2, y 4 semanas después de la denervación mediante la medición de los pesos musculares y del tipo de área de la sección transversal de la fibra específica en parafina secciones histológicas immunostained para la miosina rápida contracción.
Introduction
Denervación del músculo esquelético, debido a una lesión traumática de nervios periféricos, la enfermedad o la intervención farmacológica, resulta en la pérdida inmediata de la función contráctil muscular voluntario. Muscle concomitantemente comienza a atrofiarse y esta atrofia es reversible si reinervación oportuna y de buena calidad produce 1,2. En la ausencia de reinervación, atrofia miofibrilar progresa, y cambios biológicos irreversibles en el músculo se produce con la fibrosis muscular y muerte miofibras. Aquí se demuestra el modelo de transección del nervio tibial, un modelo de la denervación inducida por la atrofia muscular y la fibrosis en los ratones. Este modelo permite a los científicos estudiar los mecanismos biológicos fisiológicos, celulares y moleculares que subyacen a la atrofia muscular in vivo en los músculos gastrocnemio y sóleo. Aunque se han utilizado históricamente predominante en ratas, más reciente aplicación de este modelo a nocaut y las líneas de ratones transgénicos en concreto, permite a los investigadores para evaluar el papel de la, las proteínas (s) de interés en la inducción, el desarrollo y el mantenimiento, o, alternativamente, la resolución de, la atrofia muscular y la fibrosis in vivo.
El nervio tibial es un nervio periférico del motor-sensorial mixta en la extremidad posterior de roedores, y es una de las tres ramas terminales del nervio ciático. Transección del nervio tibial desnerva el gastrocnemio, sóleo y plantar (músculos y los tres músculos flexores profundos y pequeños de los pies, incluyendo tibial posterior, flexor largo de los dedos y flexor largo del dedo gordo hallicus), y es un modelo bien estandarizado y validado en ratas 3,4 . Los músculos gastrocnemio y sóleo pueden ser fácilmente diseccionados en puntos de tiempo de serie Publicación de transección del nervio tibial, fijaron y procesaron para la evaluación de la histología muscular y morfometría de la fibra muscular, o el flash congelado para la extracción de ARN y de proteínas musculares para el propósito de estudiar, por ejemplo, las redes de señalización celular que regulan la atrofia muscular. El gamuscular strocnemius es un tipo de fibra muscular mixta (de tipo I y de tipo II, aunque predominantemente de tipo II) y el músculo sóleo se compone de una gran proporción de fibras de tipo I, proporcionando de este modo contracción muscular a la vez rápido y lento para la evaluación de 5,6. El modelo de transección del nervio tibial es adecuado para estudiar el proceso de denervación inducida por la atrofia muscular, tanto a corto plazo (días) 7 y largo plazo (semanas a meses) 4,8.
En contraste con el modelo de transección del nervio ciático (un segundo modelo de la denervación inducida por la atrofia muscular comúnmente utilizado en roedores), la transección del nervio tibial induce una menor morbilidad en el animal, por lo que es un modelo más atractivo. Transección del nervio ciático desnerva todos los músculos de la pierna (debajo de la rodilla) y el pie, mermando la capacidad del animal para caminar 2, mientras que la transección del nervio tibial deja las ramas del nervio peroneo y sural del nervio ciático intacto, conservando asísus músculos en cuestión y territorios sensoriales. El ratón es incapaz de flexión plantar o invertir el pie, pero es capaz de deambular fácilmente y el peso lleva igualmente en ambas extremidades traseras, disminuyendo así significativamente la morbilidad del modelo. Estudios de análisis de la marcha que evalúan los patrones de caminar se han realizado en ratas después de lesiones del nervio tibial y ciático y demostrar que la huella y la carga de peso se conserva mejor con una lesión tibial 9,10. Además, en el modelo de transección del nervio tibial, el nervio peroneo puede ser movilizado en un punto de tiempo más tarde y se transfiere como una fuente de reinervación retardada, si el diseño del estudio requiere 3. En contraste, la reinervación retardada en el modelo de transección del nervio ciático hace necesario el uso de un injerto de nervio al déficit nervio ciático, muy significativamente el aumento de la dificultad técnica del modelo y la limitación de su uso para cirujanos expertos.
Mientras que el modelo de transección del nervio tibial requires familiaridad del operador con la técnica quirúrgica estéril en cirugía animal, tanto el nervio tibial y los músculos de la pantorrilla que inerva son fácilmente accesibles e identificables para la manipulación, de manera que las personas que no son cirujanos, o una amplia experiencia con la cirugía animal, pueden dominar fácilmente este modelo .
Protocol
Representative Results
Discussion
El modelo de transección del nervio tibial de la atrofia del músculo esquelético denervación inducida es un modelo comúnmente empleado y bien validado en ratas. Hemos adaptado este modelo para su uso en los ratones, lo que permite al investigador para tomar ventaja de la existencia de ratones modificados genéticamente y estudiar el proceso de la atrofia muscular in vivo en ausencia de proteínas cruciales para la regulación de la masa muscular 7,8. Los músculos gemelos y sóleo, tanto desnerv…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por becas de la Asociación de Investigación Neuromuscular CIHR (JNM – 90959, para Jaeb).
Materials
| Reagents and Materials | |||
| 10-0 Nylon suture | Ethicon | 2850G | |
| 5-0 Vicryl suture | Ethicon | J553G | |
| Equipment | |||
| Spring microdissecting scissors | Fine Surgical Tools | 15021-15 | |
| Ultra fine forceps | Fine Surgical Tools | 11370-40 | |
| Non locking micro needle holder (driver) | Fine Surgical Tools | 12076-12 | |
| Spring retractor | Fine Surgical Tools | 17000-02 |
References
- Fu, S. Y., Gordon, T. Contributing factors to poor functional recovery after delayed nerve repair: prolonged denervation. J. Neurosci. 15, 3886-3895 (1995).
- Kobayashi, J., Mackinnon, S. E., Watanabe, O., Ball, D. J., Gu, X. M., Hunter, D. A., Kuzon, W. M. The effect of duration of muscle denervation on functional recovery in the rat model. Muscle Nerve. 20, 858-866 (1997).
- Bain, J. R., Veltri, K. L., Chamberlain, D., Fahnestock, M. Improved functional recovery of denervated skeletal muscle after temporary sensory nerve innervation. Neuroscience. , 103-503 (2001).
- Batt, J., Bain, J., Goncalves, J., Michalski, B., Plant, P., Fahnestock, M., Woodgett, J. Differential gene expression profiling of short and long term denervated muscle. FASEB J. 20, 115-117 (2006).
- Sher, J., Cardasis, C. Skeletal muscle fiber types in the adult mouse. Acta Neurol. Scand. 54, 45-56 (1976).
- Agbulut, O., Noirez, P., Beaumont, F., Butler-Browne, G. Myosin heavy chain isoforms in postnatal muscle development of mice. Biol. Cell. 95, 399-406 (2003).
- Nagpal, P., Plant, P. J., Correa, J., Bain, A., Takeda, M., Kawabe, H., Rotin, D., Bain, J. R., Batt, J. A. The ubiquitin ligase nedd4-1 participates in denervation-induced skeletal muscle atrophy in mice. PLoS ONE. 7, e46427 (2012).
- Plant, P. J., Bain, J. R., Correa, J. E., Woo, M., Batt, J. Absence of caspase-3 protects against denervation-induced skeletal muscle atrophy. J. Appl. Physiol. 107, 224-234 (2009).
- Varejao, A. S., Meek, M. F., Ferreira, A. J., Patricio, J. A., Cabrita, A. M. Functional evaluation of peripheral nerve regeneration in the rat: walking track analysis. J. Neurosci. Methods. 108, 1-9 (2001).
- Willand, M. P., Holmes, M., Bain, J., Fahnestock, M., de Bruin, H. Electrical muscle stimulation after immediate nerve repair reduces muscle atrophy without affecting reinnervation. Muscle Nerve. 48, 219-225 (2013).
- Sterne, G. D., Coulton, G. R., Brown, R. A., Green, C. J., Terenghi, G. Neurotrophin-3-enhanced nerve regeneration selectively improves recovery of muscle fibers expressing myosin heavy chains 2b. J. Cell Biol. 139, 709-715 (1997).
- Plant, P. J., North, M. L., Ward, A., Ward, M., Khanna, N., Correa, J., Scott, J. A., Batt, J. Hypertrophic airway smooth muscle mass correlates with increased airway responsiveness in a murine model of asthma. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 46, 532-540 (2012).
- Bain, J. R., Mackinnon, S. E., Hunter, D. A. Functional evaluation of complete sciatic, peroneal, and posterior tibial nerve lesions in the rat. Plast. Reconstr. Surg. 83, 129-138 (1989).
- Hare, G. M., Evans, P. J., Mackinnon, S. E., Best, T. J., Midha, R., Szalai, J. P., Hunter, D. A. Walking track analysis: utilization of individual footprint parameters. Ann. Plast. Surg. 30, 147-153 (1993).
- McLean, J., Batt, J., Doering, L. C., Rotin, D., Bain, J. R. Enhanced rate of nerve regeneration and directional errors after sciatic nerve injury in receptor protein tyrosine phosphatase sigma knock-out mice. J. Neurosci. 22, 5481-5491 (2002).
- Richner, M., Bjerrum, O. J., Nykjaer, A., Vaegter, C. B. The spared nerve injury (SNI) model of induced mechanical allodynia in mice. J. Vis. Exp. (54), e3092 (2011).
- Rogoz, K., Lagerstrom, M. C., Dufour, S., Kullander, K. VGLUT2-dependent glutamatergic transmission in primary afferents is required for intact nociception in both acute and persistent pain modalities. Pain. 153, 1525-1536 (2012).
- Thornell, L. E. Sarcopenic obesity: satellite cells in the aging muscle. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 14, 22-27 (2011).
