Method Article
An ELISA offering a novel quantitative approach is described. It specifically detects disease-associated α-synuclein (αSD) in a transgenic mouse model (M83) of synucleinopathy using several antibodies against either the Ser129 phosphorylated αS form or the C-terminal part of the protein.
Además de los métodos establecidos como Western blot, se necesitan nuevos métodos para cuantificar rápida y fácilmente asociado a la enfermedad α-sinucleína (aS D) en modelos experimentales de synucleopathies. Una línea de ratón transgénico (M83) sobre-expresión de los aS A53T humanos y desarrollar espontáneamente un fenotipo clínico dramática entre ocho y 22 meses de edad, que se caracterizan por síntomas que incluyen pérdida de peso, postración, y deterioro motor severa, se utilizó en este estudio. Para los análisis moleculares de aS D (aS asociado a la enfermedad) en estos ratones, un ELISA fue diseñado para cuantificar específicamente aS D en ratones enfermos. Análisis del sistema nervioso central en este modelo de ratón mostró la presencia de aS D principalmente en las regiones cerebrales caudal y la médula espinal. No hubo diferencias en la distribución aS D entre diferentes condiciones experimentales que conducen a la enfermedad clínica, es decir, en uninoculado y normalmente envejecimiento ratones transgénicos y en ratones inoculados con extractos de cerebro de ratones enfermos. La detección específica de aS D inmunorreactividad utilizando un anticuerpo contra la Ser129 fosforilada aS por ELISA esencialmente correlacionados con la obtenida por Western blot e inmunohistoquímica. Inesperadamente, se observaron resultados similares con varios otros anticuerpos contra la parte C-terminal de aS. La propagación de aS D, lo que sugiere la participación de un mecanismo de "-prión como", de este modo se puede monitorizar y cuantificar en este modelo de ratón utilizando un enfoque ELISA fácilmente.
Most current methods for detecting disease-associated α-synuclein (αSD) in experimental models of Parkinson's disease (PD), such as immunohistochemistry or Western blot, are time-consuming and not quantitative. This neurodegenerative disease is characterized by alpha-synuclein aggregation mainly in the form of inclusions containing an aggregated form of the normally soluble presynaptic protein αS1,2 (Lewy bodies and Lewy neurites). Normally only marginally phosphorylated, αS is hyperphosphorylated at its serine 129 residue in these inclusions3 and can be monitored by antibodies specifically directed against Ser129 phosphorylated αS, thus providing a reliable marker of the pathology.
Recent research suggests that a “prion-like” mechanism could be involved in the propagation of αS aggregation within the nervous system of an affected patient4,5. These studies reported the acceleration of a synucleinopathy by inoculating brain extracts containing αSD into a transgenic mouse model (M83) expressing an A53T mutated human αS protein associated with a severe motor impairment occurring as the mice age6. In the same manner, intra-cerebral inoculation of aggregated recombinant αS in the same M83 mouse model confirmed the acceleration of aggregation5. The induction of deposits of phosphorylated αS has also been reported after inoculation of C57Bl/6 wild-type mice with either fibrillar recombinant αS or brain extracts from human DLB patients7,8. Sacino et al.9 recently pointed out that after injection of fibrillar human αS, a widespread and progressive cerebral αS inclusion formation could be induced in M83 mice, but not in E46K transgenic mice or non-transgenic mice in which induced αS inclusions were transient, and mainly restricted to the site of injection. Recent studies on monkeys confirmed propagation of αS aggregates after inoculation of PD-derived extracts in species closer to humans10.
The link between αS alterations and Parkinson’s disease suggest that αSD is a potential biomarker for Parkinson’s disease11. A recent study showed the detection of oligomeric soluble aggregates of α-synuclein in human cerebro-spinal fluid (CSF) and plasma as a potential biomarker for Parkinson’s disease based on a conventional sandwich system ELISA using the same antibody to capture and detect αS12. Based on the same method, multimeric proteins were recognized in biological samples, including the brain, because there are multiple copies of epitopes present in the assembled forms13. Very recently, pathological αS in the CSF of patients with a proven Lewy body pathology was detected using both an ELISA kit with a highly specific antibody against αSD (5G4) and an immunoprecipitation assay14. These methods could differentiate patients with PD/DLB from other types of dementia.
The “prion-like” propagation of αS aggregation was further studied in transgenic mouse model M83 using an ELISA approach that was designed to specifically identify αSD15. In this study, we report the detailed ELISA protocol used to quantitatively detect αSD in sick mice (whether or not inoculated with αSD from sick M83 mice) and more especially in the brain regions specifically targeted by the pathological process in this M83 transgenic mouse model4.
Todos los procedimientos y protocolos con animales estaban en conformidad con la Directiva 86/609 / CEE del Consejo y ratificado por venir, el Comité Nacional Francés para la consideración de la ética en la experimentación animal (protocolo de 11 a 0043) de la CE. Los animales fueron alojados y atendidos en ANSES aprobada de instalaciones experimentales en Lyon (aprobación B 69387 0801).
1. Preparación de ratones
Experiment | Ratones Inóculo (cerebro equivalente) | Período de supervivencia (Dpi) | La mediana / supervivencia máxima (días de edad) | aS d detección por ELISA / BM / IHC |
1 | Los ratones inoculados | 441 ± 166 | 419/736 | 8/8 |
2 | Ratones inoculados (0,2 mg) | 150 ± 52 | 140/241 | 9/9 |
Tabla 1. Lista de experimentos realizados en ratones M83. Las inoculaciones se realizaron a las 6 semanas para el experimento 2 en la zona cortical-estriado con 20 l de un homogeneizado de cerebro de un ratón enfermo (1% peso / vol en glucosa al 5%), después de anestesia de 6 semanas de edad ratones homocigotos M83 en un 3% la inhalación de isoflurano. dpi: días después inoculación.
2. aS Extracción de Brain Mitades
3. aS Extracción de diseccionado cerebrales Regiones
4. Detección de aS por ELISA
5. Epitope Mapping
6. Análisis estadístico
En este estudio, las pruebas ELISA utilizadas específicamente identificados aS enfermedades asociadas (aS D) en homogeneizados de cerebro preparados en un tampón de alta sal de ratones enfermos M83. El uso de un anticuerpo que reconoce específicamente pSer129 aS (p = 0,0074), el ELISA distingue fácilmente de edad, ratones enfermos (> 8 meses de edad) de los jóvenes (2-5 meses de edad), los ratones sanos M83 (Figura 1). Varios otros anticuerpos mostraron igualmente altos señales (> 0,6 OD) sólo en homogeneizados de cerebro de los ratones enfermos. Este es el caso para 4D6 (p = 0,01), LB509 (p = 0,0047) y 8A5 (p <0,001) frente a diferentes secuencias de la parte C-terminal de la proteína (124-134, 115-122, y 129-140 respectivamente) y, en un grado mucho menor, syn514 contra el extremo N-terminal (2-12) de la proteína (p = 0,0003). Además, el anticuerpo monoclonal AS11 producido en nuestro laboratorio contra aS humanos recombinantes fibrilares 18 después de la inmunización de ratones C57BL / 6S (B6 aS-null) 19los ratones con una deleción del locus α-syn, mostró señales igualmente altos (p <0,01), sólo en homogeneizados de cerebro de ratones enfermos. Este anticuerpo ha demostrado ahora de reconocer la secuencia (P) VDPDNEAY-amino ácido (E) de aS, correspondiente a la secuencia 118-125 de α-sinucleína humana.
En contraste, bajo estas condiciones experimentales, los análisis de homogeneizados de cerebro con el anticuerpo de detección clon 42 dirigido contra una región central de α-sinucleína (91-96 secuencia), mostró una señal muy baja tanto para los ratones M83 enfermos y sanos. No podía distinguir las dos poblaciones de ratones (p = 0,1158). Ratones jóvenes M83 sin embargo mostraron una inmunorreactividad mayor que los ratones no transgénicos B6C3H (M83 genética línea de fondo). El contraste fue aún mayor con C57BL / 6S ratones (B6 aS-null), que tienen un locus α-syn eliminado. Esto sugiere que la inmunorreactividad leve en ratones M83 corresponde a baja detección de la señal de aS normales. La Analytical sensibilidad de este ELISA se evaluó en comparación con un método de transferencia de Western 4 anteriormente descrito para la detección de insoluble Ser129 fosforilada α-sinucleína, mediante el examen, utilizando tanto métodos de ELISA y Western blot, diluciones seriadas de homogeneizados de cerebro preparados a partir de la misma enfermo M83 cerebro de ratón (Figura 2). Aproximados 10 g equivalentes cerebrales eran suficientes para obtener una señal ELISA positiva para el homogeneizado de cerebro de este ratón enfermo, tanto con LB509 y anticuerpos PSer129. Por el contrario, se necesitan al menos 200 mg equivalentes cerebrales para detectar pSer129 aS en la fracción insoluble-sarcosil analizado por transferencia de Western usando el mismo anticuerpo PSer129 15. Esto indica que el ELISA tiene una sensibilidad analítica unas 20 veces la del método de Western blot.
En los ratones enfermos y de edad M83 (Figura 3A), homogeneizados de cerebro de la mesencéfalo, tronco cerebral y la médula espinal sho wed marcado inmunoreactividad con tanto LB509 y anticuerpos PSer129 en el ELISA. Sin embargo, ninguna inmunorreactividad detectable se observó en las otras regiones del cerebro, incluyendo el bulbo olfatorio, corteza cerebral, cuerpo estriado, hipocampo, el tálamo y el hipotálamo. El ELISA dio una señal débil para el cerebelo. La inmunoreactividad en las diferentes regiones del cerebro de los ratones M83 desarrollar una enfermedad clínica acelerada después de la inyección de un extracto de cerebro de un enfermo M83 ratón 4 (Figura 3B) era indistinguible de la observada en la edad (> 8 meses de edad) sin inocular ratones M83. Estos resultados son totalmente coherentes con los obtenidos por Western blot (Figura 3C) e inmunohistoquímica 15, mostrando una mayor deposición de Ser129 α-sinucleína en las regiones caudales del cerebro y la médula espinal.
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Figura 1. ELISA de detección de enfermedad asociada a α-sinucleína (aS D) en homogeneizados cerebrales enteras procedentes de ratones M83. El conejo ELISA combinación anti-aS policlonal (revestimiento) con syn514, LB509, AS11, 4D6, 8A5 (detección) o clon 42 (revestimiento) con anti-pSer129 aS (PSer129) (detección de anticuerpos) distinguir los ratones enfermos de ratones sanos M83, mientras que ELISA con anti-aS policlonal de conejo (revestimiento) / clone42 (detección) no lo hace. Los seis viejos ratones enfermos, M83 edades comprendidas de 11 a 16 meses mostró signos de inmunorreactividad con los anticuerpos α-syn contra (excepto clon 42 de anticuerpos). Este no era el caso, ya sea para los seis ratones jóvenes y sanos de edades comprendidas entre 2 y 5 meses de edad, o con los controles adicionales que incluyen B6C3H (antecedentes genéticos de M83 ratones) o de ratones nulos aS-B6. Las barras de error representan SD Modificado de Bétemps 15.
Figura 3. La detección de enfermedad asociada a α-sinucleína (aS D) en diferentes regiones del cerebro de los ratones M83 por ELISA y Western blot. ELISA identifica aS D con anticuerpos PSer129 o LB509 detección en ratones M83 durante el envejecimiento normal (A) (n = 1, 4 repeticiones, con una media ± DE) o después de la inoculación de los ratones M83 6 semanas de edad, con un homogeneizado de cerebro de un enfermo M83 ( B) (n = 1, 4 repeticiones, media ± DE). (C) aS D fue identificado por Western blot con el anticuerpo de detección EP1536Y PSer129 en las mismas regiones neuro-anatómico en ratones inoculados con un homogeneizado de cerebro de un ratón M83 enfermo. Marcadores de peso molecular (en kDa) se indican a la izquierda del panel C. Igual cantidad de proteínas totales se utilizaron en cada línea para la carga equivalente en gel. Las ocho regiones siguientes neuro-anatómico de los ratones enfermos M83 fueron probados: OB: bulbo olfativo, Cx: corteza cerebral, Hi: hipocampo, St: cuerpo estriado, Me: mesencéfalo, Cb: cerebelo, BS: tronco cerebral, Carolina del Sur: la médula espinal cervical . Modificado de Bétemps 15.
El uso de un ELISA se demostró para detectar específicamente aS D directamente a partir de homogeneizados de cerebro de ratón durante la enfermedad en el modelo de ratón transgénico M83. De hecho, este ELISA podría distinguir fácilmente los ratones M83 enfermos de ratones sanos M83 utilizando homogeneizados de cerebro solamente enteros en tampón elevado de sal.
Los pasos más importantes para los resultados exitosos que utilizan este ELISA son: disección correctamente las diferentes regiones de los cerebros de los ratones mediante el desarrollo de la destreza manual necesaria para evitar daños durante la disección; realizar diluciones de muestras exclusivamente en tampón HS; y la elección de anticuerpos, porque no todos los anticuerpos trabajará en un formato ELISA.
Algunos variabilidad en los niveles aS D fue sin embargo aparente entre diferentes ratones. Estos resultados son equivalentes a la detección de Western blot del patrón típico aS D sólo se detectó en los ratones enfermos M83 mediante el examen del sarkfracciones-osil insoluble después de la detección con un anticuerpo contra Ser129 fosforilados aS 15. Esto demuestra que ELISA inmunorreactividad corresponde a la detección específica de aS D.
De acuerdo con los análisis de Western blot anterior 15, este ELISA detecta inmunorreactividad después de la disección del cerebro de los ratones enfermos M83 en las partes caudal del cerebro, es decir, el mesencéfalo y el tallo cerebral, así como en la médula espinal cervical. No se detectó inmunorreactividad en el bulbo olfatorio, corteza cerebral, cuerpo estriado o el hipocampo, consistente con los datos anteriores que indican que el hipocampo se salvó por el proceso patológico 6, a menos que los niveles muy bajos en el caso de los ratones que habían sido inoculados por alfa fibrilar sinucleína en el hipocampo 15. La distribución de aS D por lo tanto apareció independientemente de las condiciones notablemente uniformes en general, experimental, que included ya sea envejecimiento normal de los ratones o acelerado el desarrollo de la enfermedad después de la inoculación intra-cerebral de homogeneizados de cerebro de ratones enfermos M83.
Además, el rendimiento del ensayo es mejor que el método de transferencia Western descrito anteriormente. La sensibilidad analítica de la prueba ELISA apareció superior, como se muestra por los límites de detección obtenidos en esta prueba utilizando diluciones seriadas de un homogeneizado de cerebro de un ratón enfermo M83 (12,5 g para ELISA vs 200 g para el ensayo de Western blot). La sensibilidad del ELISA sin embargo seguía siendo inferior a la de la detección inmunohistoquímica, que detecta aS D en las células individuales y en las regiones frontales del cerebro como la corteza cerebral 15. La sensibilidad de la prueba, sin embargo, podría mejorarse aún más mediante el uso de diferentes anticuerpos y / o sistemas de detección optimizadas, tales como la detección quimioluminiscente como se ha descrito previamente 13.
Es importantenotar que varios otros anticuerpos que reconocen otras formas de la proteína, y en particular una forma no fosforilada (detectada con el anticuerpo monoclonal 4D6 20) dieron resultados similares usando este ELISA, en adición al anticuerpo monoclonal que reconoce específicamente pSer129 aS. Este enfoque ELISA también reveló inmunorreactividad con anticuerpos que reconocen aS específicamente humanas (LB509) y, en un grado mucho menor, aS ratón (D37A6) en los mismos animales enfermos y / o regiones del cerebro de los ratones enfermos 15. Por otro lado, no se observó inmunorreactividad por el análisis ELISA de los ratones enfermos M83 utilizando el anticuerpo clon 42 contra una región central de aS (91-96) 21,22, correspondiente a un epítopo que podría ser críptico en estas condiciones de ELISA. Este formato de ELISA pudo detectar en cerebros de ratón M83 ambos Ser129 aS fosforilados, como se observa por Foulds 11 en el plasma humano, y no fosforilada, posiblemente formas oligoméricas, como se describe en humun plasma y líquido cefalorraquídeo 12,14. A diferencia de los ELISA publicados anteriormente, nuestro formato ELISA ni utilizar el mismo anticuerpo en la captura y detección para detectar la forma oligomérica de aS, ni anticuerpos conocidos para ser conformacional, al igual que el anticuerpo 5G4 utilizado en estudios de Unterberger.
A diferencia del método de transferencia de Western previamente utilizado para detectar aS D en homogeneizados cerebrales de ratones M83 4, el ELISA no requería una etapa de concentración tal como por ultracentrifugación con sarcosilo para detectar la proteína asociada a la enfermedad 23. AS enfermedad asociada fue identificado previamente en ratones M83 por extracción secuencial utilizando tampones de aumento del grado 2,6. Desde un punto de vista práctico, este ensayo cuantitativo ahorra tiempo y reactivos significativa en comparación con el procedimiento de Western blot.
En este estudio, permitieron aS detallados análisis moleculares utilizando un enfoque ELISAcuantificar fácilmente inmunorreactividad con diferentes anticuerpos en ratones enfermos M83. Se podría arrojar luz sobre los mecanismos moleculares implicados en la agregación aS durante sinucleinopatías desde un punto de vista cuantitativo. Por tanto, este método de ELISA podría servir de base para una herramienta rápida y fácil de detectar aS D en diversas muestras biológicas con un marcador fiable de la patología como Ser129 aS fosforilados que Foulds 11 cree espectáculos más prometedora como marcador diagnóstico de la no fosforilada proteína. Recientemente, destacó el hecho de que las medidas de aS totales o posiblemente de aS no fosforilados podrían utilizarse como un marcador sustituto para la progresión de la enfermedad en la EP, como el nivel de aS totales tiende a aumentar con el tiempo después de la aparición de los síntomas iniciales 24 .
The authors have no competing interests to disclose.
Los autores desean agradecer a Damien Gaillard para inoculaciones y el seguimiento de los experimentos con animales. Este trabajo fue apoyado por la ANSES (Agencia Francesa para la Alimentación, Medio Ambiente y Salud Ocupacional y Seguridad) y por una beca de la Fundación France Parkinson.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
LB509 | Abcam | ab27766 | Detection antibody 1/2,000 |
AS11 | Produced at Anses | Detection antibody 1/1,000 | |
4D6 | Abcam | ab1903 | Detection antibody 1/2,000 |
PSer129 | Abcam | ab59264 | Detection antibody 1/3,000 |
PSer129 EP1536Y | Abcam | ab51253 | Detection antibody 1/1,000 |
syn514 | Abcam | ab24717 | Detection antibody 1/500 |
clone 42 | BD Biosciences | 610787 | Coating and detection antibody (1/2,000) |
8A5 | Provided by Dr. Anderson | Detection antibody 1/2,000 | |
polyclonal anti-αsyn antibody | Millipore | AB5038P | Coating antibody |
Anti-mouse IgG HRP conjugate | Southern Biotech | 1010-05 | |
Anti-rabbit IgG HRP conjugate | Southern Biotech | 4010-05 | |
Goat anti-mouse IgG HRP conjugate | Dianova | 115-035-164 | |
HS buffer | Adjust at pH 7.5 and keep at 4 °C | ||
| Euromedex | 26-128-3094-B | |
| Euromedex | 1112-A | |
| Euromedex | EU0007-B | |
| Sigma | 43815 | |
PBS | Adjust at pH 7.5 | ||
| Euromedex | 1309 | |
| Euromedex | 2018 | |
| Euromedex | 1112-A | |
| Euromedex | P017 | |
Tween 20 | Euromedex | 2001-C | |
BSA | Sigma | A7906 | |
DTT 1 mM | Sigma | 43815 | Stock solution 100 mM, toxic |
1% phosphatase cocktail | Pierce | 78428 | |
1% protease inhibitor cocktail | Roche | 04 693 132 001 | 50x concentrated |
Microplate MaxiSorpTM | Thermo Scientific | 442404 | |
Tampon carbonate 50 mM pH 9.6 | |||
| Sigma | 71360 | 2.86 g/L |
| Merk | 6329 | 3.36 g/L, pH 9.6 |
Superblock T20 PBS blocking buffer | Pierce | E6423H | 10x concentrated |
TMB | Sigma | T0440 | Used for ELISA |
TMB | Analytik Jena AG | 847-0104200302 | Used for epitope mapping |
HCl 1 N | Chimie plus | 40030 | |
Ribolyser | Thermo | Fast prep FP120 | keep on ice at this step |
Grinding tubes | Biorad | 355-1197 | |
Plate washer | Tecan | Columbus Pro | |
Plate reader | Biorad | Model 680 | |
Low power magnifier | VWR | 630-1062 | 8X magnification |
Forceps Dumont#7 | WPI | 14097 | For dissection steps |
Transfer pipette 1ml Samso | Samso | 043231 | |
1.5 ml tubes | Dutscher | 033290 |
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