Valutazione Stress cellulare e l'infiammazione nei Nuclei di cervello che secerne l'ossitocina discreti nel ratto neonatale prima e dopo la prima poppata di colostro

Summary

Qui, presentiamo un protocollo per isolare i nuclei del cervello nel cervello del ratto neonatale in concomitanza con la prima alimentazione colostro. Questa tecnica permette lo studio dello stress nutritivo insufficienza nel cervello come modulata dalla segnalazione del enterocyte.

Abstract

L’obiettivo del presente protocollo è quello di isolare i nuclei del cervello ricco di ossitocina-recettore nel cervello neonatale prima e dopo la prima poppata di colostro. L’espressione di proteine note per rispondere agli stress metabolico è stato misurato in cervello-nuclei isolati mediante Western blotting. Questo è stato fatto per valutare se insufficienza metabolica indotta da stress in nutrienti nel corpo innescato lo stress di un neurone. Precedentemente abbiamo dimostrato che l’insufficienza dei nutrienti in neonati suscita lo sforzo metabolico nell’intestino. Inoltre, l’ossitocina colostro modula indicatori di risposta, l’infiammazione e l’autofagia stress cellulare nei villi dell’intestino di ratto neonato prima e dopo la prima poppata. Indicatori di proteina connessi con lo stress del reticolo endoplasmatico di segnalazione [ER chaperone immunoglobulina proteina (BiP), traduzione negli eucarioti iniziazione fattore 2A (eIF2a) ed eIF2a chinasi della chinasi di proteina R (p-PKR)], così come due infiammazione-segnalazione proteine [fattore nucleare-KB (NF-kB) e inibitore κB (IkB)], sono stati misurati nei nuclei del cervello neonato [nucleo del tratto solitario (NTS), nucleo paraventricolare (PVN), nucleo supra-ottica (figlio), corteccia (CX), nuclei del corpo striato (STR), e nucleo mediale preottica (MPO)] prima del primo feed (disinnestato da colostro) e dopo l’inizio della professione infermieristica (innescato da colostro). Espressione di BiP/GRP78 e p-eIF2a erano sovraregolati in unprimed e downregulated nel tessuto NTS innescato. NF-kB è stata mantenuta (alta) nel citoplasma CX, STR e MPO, considerando che NF-kB era più bassa e identicamente in NTS, PVN ed il figlio in entrambe le condizioni. Il collettivo BiP e p-eIF2 risultati sono coerenti con una risposta allo stress. eIf2a è stato fosforilati da chinasi dsRNA (p-PKR) nel figlio, CX, STR e MPO. Tuttavia, in NTS (e in misura minore nel PVN), eIf2a è stato fosforilato da un’altra chinasi, chinasi di nonderepressible-2 controllo generale (GCN2). I meccanismi di stress-modulanti precedentemente osservati negli enterociti neonato intestino sembrano riflettersi in alcune regioni del cervello di OTR-ricco. La NTS e PVN può utilizzare un meccanismo di fosforilazione differenti (sotto sottoalimentazione) da altre regioni ed essere refrattario all’impatto dell’insufficienza dei nutrienti. Collettivamente, questi dati suggeriscono che le risposte del cervello allo stress nutritivo insufficienza sono compensate da segnalazione da colostro-innescato enterociti.

Introduction

In contrasto con la nostra comprensione dello sviluppo iniziale del cervello che si verificano nel corso dei giorni a settimane dopo il parto, relativamente piccolo è conosciuto circa la miriade di cambiamenti dinamici che si verificano nelle prime ore di vita in ratti. Delle sfide principali è stata la piccola dimensione del cervello del ratto neonatale e un requisito per strumenti ad alta tecnologia isolare regioni discrete del cervello o singole cellule. Studi valutano spesso gene trascrizione e traduzione di non^1,2, che non dà una solida comprensione dei livelli funzionali di molecole di segnalazione attivate. Altri esaminare l’espressione usando immunohistochemistry a regioni del cervello di riferimento, che non consente per la quantificazione dell’espressione livelli³. Nessuno studio finora ha esaminato l’attivazione di segnalazione vie connesse con il colostro primo dei ratti alimentare nelle regioni discrete del cervello, che richiede isolamento rapido e sacrificio e misura di espressione della proteina e fosforilazione della proteina mediante Western macchiare. Mentre il cervello microdissection viene eseguita su più vecchi e più grandi cervelli, non abbiamo individuato un riferimento eseguendo un pugno di cervello non-singolo-cellula in un cervello di P0. Questa carta presenta un protocollo per l’isolamento di ristrette regioni del cervello neonatale utilizzando una tecnica di pugno relativamente low-tech e un Western blotting procedura per misurare l’espressione di proteine in campioni relativamente piccoli. Questo protocollo può essere adatto per domande di ricerca che richiedono la valutazione dell’espressione della proteina e modificazioni post-traduzionali (ad es., fosforilazione) in regioni relativamente ristrette di piccoli cervelli di qualsiasi specie, a condizione che il utente può identificare visivamente la regione del cervello di interesse con un Atlante e identificabili luoghi d’interesse.

Questa tecnica è stata sviluppata per comprendere i cambiamenti che si verificano nel cervello a seguito di colostro primo dei ratti neonatali, feed, che è ricca di ossitocina (OT). OT è stato a lungo conosciuto per la sua capacità di stimolare la contrazione uterina e di delusione di latte. Tuttavia, OT ora è conosciuto per svolgere una vasta gamma di ruoli nella regolazione di molte funzioni corporee e comportamenti⁴. Ad esempio, OT si oppone lo stress e l’infiammazione in combinazione con comportamenti affiliativi adattivi⁵, ritarda lo svuotamento gastrico e rallenta il transito intestinale. Sono stati identificati recettori OT (OTR) in neuroni enterici ed epitelio intestinale^6,7,8. Gli effetti gastrointestinali di OT sono particolarmente importanti per il bambino durante il primo periodo postnatale. Per esempio, l’allattamento al seno è associato con la consegna di quantitativi notevoli di OT per l’intestino neonatale^9,10, e i dati mostrano che l’OTR è pesantemente overexpressed in villi perfusioni durante il latte lattante periodo⁸.

Esperimenti in vitro utilizzando una linea cellulare di intestino hanno dimostrato a livello cellulare che l’ossitocina modula importanti molecole nello stress signaling pathway^11,12 e svolge un ruolo regolatore nella traduzione delle proteine ¹². questi studi suggeriscono che i componenti del latte, tra cui l’ossitocina esogena dalla madre, sono importanti in unfolded protein response in neonati per ridurre stress cellulare¹³.

Studi in vivo ed ex vivo hanno dimostrato che il colostro OT modula i marcatori di autofagia, infiammazione e la risposta di stress cellulare nei villi dell’intestino di ratto neonato. Enterociti neonati soffrono stress cellulare sostanziale sul loro lato luminal quando l’intestino è esposto simultaneamente a microbiota dalla madre nel colostro^14,15 e numerose proteine, tra cui gli ormoni quali OT^{9 , 10 , 16}.

Gli effetti di OT sul cervello sono stati studiati¹⁷. Tuttavia, i meccanismi di segnalazione OT ha dimostrati nell’intestino durante il periodo postnatale precoce non sono stati studiati nel cervello. In questa carta, un metodo per isolare nuclei discrete del cervello nel tronco cerebrale neonatale del ratto e ipotalamo usando l’elettroforesi viene utilizzato per profilare regioni isolate del cervello. L’obiettivo generale di questo metodo è quello di acquisire lo stato di segnalazione delle cellule nelle aree del cervello più vicino possibile alla nascita, prima e dopo il primo latte lattante, nel tessuto cerebrale con l’indice più basso di neuroni e glia. La spiegazione razionale per lo sviluppo di questa tecnica è che permette l’isolamento rapido delle regioni limitate, microscopico cervello neonatale cuccioli con una collezione più omogenea dei neuroni per studi ex vivo utilizzando un automatizzato macchiarsi occidentale metodologia, offrendo risultati altamente coerenti su relativamente piccoli campioni sezionati. Una lacuna del precedente lavoro comprende più di dissezione lorda (fettine di cervello o cervello intero) e più vecchi animali^18,19. I cervelli di giovani cuccioli sono incredibilmente dinamici, caratterizzato da onde di differenziazione gliale dopo la nascita. Al fine di studiare i cambiamenti del cervello influenzato da cuccioli prima alimentazione, studiando con restrizioni nuclei neuronali con dissezione riproducibile è necessario.

Latte foraggio solitamente viene analizzato per il suo impatto immunologico e nutrizionale sull’espressione del gene o di salute (ad esempio, in enterociti^20,21), mentre il suo effetto sulle aree del cervello durante lo sviluppo cerebrale è raramente studiato. In riferimento a gut colecistochinina recettori vagali relè a nuclei del tronco cerebrale, ma non a intracellulare segnalazione vie²²è stato analizzato l’effetto del transito di latte nell’intestino sulla funzione del cervello. C’è una vasta letteratura sulla vulnerabilità del cervello in via di sviluppo neonato a malnutrizione delle madri durante la gravidanza²³, ma non vengono affrontati i segnali di sforzo e l’infiammazione. D’importanza, il metodo corrente si avvale di un fenomeno nei neonati di ratto zero-day che gli stimoli di colostro anima-nati dal relè vagale di stimoli viscerali di isola. Questo è il periodo di IPO-reattività del cosiddetto stress caratterizzato da nucleo immaturo tractus solitarius (NTS)-ipotalamico circuito immediatamente dopo la nascita^24,25 che limita il NTS, nucleo paraventricolare (PVN), e Nucleo Sopraottico (figlio) segnali agli stimoli di anima-nati.

Questo metodo è utile per l’analisi delle molteplici vie di segnalazione e relativamente limitato di cellule neuronali, purché il tessuto cerebrale è raccolto al giorno-0 postnatale nei ratti, oltre a se le madri sono state contestate o non di qualsiasi tipo di trattamento durante la gravidanza. Cucciolate possono essere analizzati per gli effetti del colostro alimentazione contro pre-alimentazione segnalazione. Quando si confrontano i segnali tra aree del cervello con poveri contro resa ricca di proteine, questo metodo consente la determinazione nel capillare delle proteine totali delle bande del polipeptide in capillari corrono paralleli immunitario-quantificazione di antigeni della proteina. Questo metodo consente il confronto quantitativo, usando unità arbitrarie, dei risultati ottenuti dall’anticorpo stesso senza curve standard quantitativi e con riferimento alle proteine totali a capillare. Confrontando i risultati ottenuti dagli anticorpi differenti è possibile solo utilizzando le curve standard quantitative.

Questo metodo ha permesso per la valutazione della segnalazione che si verificano tra l’intestino e il cervello e che possa avere un impatto funzione in entrambi gli organi²⁶bidirezionale. L’associazione fra ingestione di cibo e l’ossitocina, che è stato ampiamente studiato in anni recenti²⁷, sostiene un collegamento tra segnalazione aumentata l’ossitocina e la disponibilità di nutrienti. Questi studi inoltre sostengono il concetto di converse che i deficit sono accoppiati con le riduzioni di ossitocina ipotalamico segnalazione l’energia.

Precedenti studi sull’effetto di OT su attività di cervello hanno dimostrato che l’infiammazione intestinale indotta ha suscitato cFos trascrizione nella corteccia PVN, amigdala e piriform ipotalamica che era refrattaria a vagotomia²⁸. Tuttavia, l’infusione sistemica di OT con secretina è diminuito la risposta di cFos cervello alla reazione infiammatoria provocata nell’ intestino²⁸. Ciò ha suggerito che l’effetto di OT esogeno è stato effettuato da percorsi diversi da relè vagale, possibilmente via ematica molecole di segnalazione effettuate attraverso l’area postrema^6,29.

In questo studio, le vie di segnalazione di stress cellulare che precedentemente hanno osservato nell’intestino sono state valutate nel cervello. L’ipotesi era che componenti di latte possono proteggere o rimandare l’effetto di infiammazione su permeabilità dell’intestino ai metaboliti microbici e altri, e a sua volta, gli effetti sulla funzione cerebrale. Le differenze chiaro antagonistiche di IkB contro BiP di segnalazione trovato nei villi, prima e dopo l’innesco di colostro¹³, ha suggerito che i cervelli dei neonati, ancora in fase di sviluppo, possono percepire questi segnali indotti da colostro gut.

Segnalazione marcatori proteici utilizzati in precedenti esperimenti di intestino che sono associati con lo stress del reticolo endoplasmatico sono stati misurati. Essi comprendono il chaperone ER BiP, traduzione iniziazione fattore eIF2a (che serve come una risposta di stress integrator³⁰), eIF2a chinasi p-PKR e due proteine di infiammazione-segnalazione (NF-kB e suo inibitore, IkB).

Sei regioni cerebrali basate sulla loro capacità negli adulti a secernere o rispondere agli OT sono stati scelti. La NTS, situata presso il midollo superiore, è il primo relè dell’input viscerale e riceve la segnalazione diretta dai neuroni sensoriali vagali nell’intestino³¹ e citochine possibilmente anima-nati, tossine e ormoni attraverso l’ adiacente zona-postrema³². PVN, Nucleo Sopraottico (figlio), nuclei del corpo striato (STR), corteccia cerebrale (CX) e nucleo mediale preottica (MPO) ricevere segnalazione dall’intestino tramite NTS.

Risultati hanno mostrato che la risposta cellulare allo stress durante il periodo postnatale immediato prima dell’innesco di colostro e immediatamente dopo la prima alimentazione è diverso in NTS rispetto al PVN e figlio. Segnalazione in CX, STR e MPO differiva da quella del PVN e figlio, pure. Le funzioni di protezione distinte di OT indicato precedentemente per modulare lo sforzo delle cellule e l’infiammazione nell’intestino sono probabilmente percepite da alcune zone del cervello. Collettivamente, i dati indicano che a livello cellulare, durante le prime ore dopo la nascita, il cervello risponde allo stress metabolici connessi con insufficienza dei nutrienti. I dati mostrano anche che la misura e la direzione degli effetti di modulazione del colostro alimentazione dipendono dalla regione e che in alcune regioni, essi rispecchiano gli effetti OT illustrati in precedenza nell’intestino.

Protocol

Questo studio è stato approvato dalle commissioni di utilizzo alla Columbia University e l’istituto psichiatrico dello stato di New York e istituzionali Animal Care. 1. tessuto preparazione Ordine di ratte gravide temporizzate dal fornitore. Seguire ratti incinti temporizzati osservando loro addomi crescente nelle settimane dopo il loro arrivo e successivamente cercando cuccioli alla data di consegna prevista controllando la gabbia ogni 2 h fino a consegna inizia. <l…

Representative Results

Le bande rappresentative di immunoreactivity relativa proteina totale mostrano che ci sono nuclei di cervello con raccolto molto povera in proteine. Questo richiede l’utilizzo della tecnica automatizzata Western blot, che è altamente sensibile rispetto al canonico Western blot. Questo approccio può essere eseguito con fortyfold meno proteine per capillare rispetto a-corsia in Western blot. Effetti differenziali di priming di colo…

Discussion

Una tecnica per microdissezione di discreti, nuclei del cervello di OTR-ricchi nel cervello del ratto neonatale è presentata in questa carta. È riconosciuto bene che i neuroni sono altamente specializzati, anche all’interno dei nuclei ben caratterizzati nel cervello. Questo approccio altamente riproducibile per isolare specifici nuclei di OTR-ricchi permette test di ipotesi robusto. Mediante Western blotting automatizzato, la coerenza e la riproducibilità dei risultati sono stati ulteriormente migliorate. Mentre una l…

Materials

Bradford solution	Bio Rad
Protein lysis kit	Protein simple	CBS403	Bicine/CHAPS
WES kits	Protein simple	WES-Mouse 12-230 master kit (PS-MK15), WES-Rabbit 12-230 master kit (PS-MK14), WES 12-230 kDa total Protein master kit (PS-TP07)
anti-mouse IgG HRP conjugate	Protein simple
Rabbit anti-phospho-eIF2a	Cell Signaling technology	SER51, 9721
mouse mAb anti-PKR	Cell Signaling technology	2103
Rabbit anti-phospho-PKR	Millipore	Thr451, 07-886
Rabbit mAb anti-PKR	Cell Signaling technology	12297
rabbit mAb anti-GAPDH	Cell Signaling technology	2118
mouse mAb anti-phospho-IKB	Cell Signaling technology	9246
mouse mAb anti-IKB	Cell Signaling technology	4814
rabbit anti-BiP	Cell Signaling technology	3183
Rabbit anti GCN2	Cell Signaling technology	3302
Rabbit mAb anti-phospho-GCN2	BIORBYT	T899
pregnant Sprague-Dawley rats	Charles River Laboratories
Punch device	WellTech Rapid Core or Harris Uni-Core	0.35, 0.50, 0.75, 1.0, 1.20, 1.50