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.
En plus des méthodes établies comme Western blot, de nouvelles méthodes sont nécessaires pour quantifier rapidement et facilement associé à une maladie α-synucléine (aS D) dans des modèles expérimentaux de synucléopathies. Une lignée de souris transgéniques (M83) sur-exprimant les aS de A53T humaines et développer spontanément un phénotype clinique dramatique entre huit et 22 mois d'âge, caractérisées par des symptômes tels que la perte de poids, une prostration, et sévère déficience motrice, a été utilisé dans cette étude. Pour les analyses moléculaires de aS D (aS associée à la maladie) chez ces souris, un test ELISA a été conçu pour quantifier spécifiquement aS D chez des souris malades. L'analyse du système nerveux central dans ce modèle de souris a montré la présence de D aS principalement dans les régions du cerveau et caudale de la moelle épinière. Il n'y avait pas de différences dans la distribution aS D entre différentes conditions expérimentales conduisant à la maladie clinique, à savoir, dans uninoculATED et le vieillissement normalement souris transgéniques et des souris inoculées avec des extraits de cerveau de souris malades. La détection spécifique de aS D immunoréactivité en utilisant un anticorps contre Ser129 phosphorylé aS par ELISA essentiellement en corrélation avec celle obtenue par transfert de Western et immunohistochimie. De façon inattendue, des résultats similaires ont été observés avec d'autres anticorps dirigés contre la partie C-terminale de aS. La propagation de aS D, suggérant l'implication d'un mécanisme de «prion-like", peut donc être facilement contrôlée et quantifiée dans ce modèle de souris en utilisant une approche ELISA.
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.
Toutes les procédures et protocoles impliquant des animaux ont été conformément à la directive CE 86/609 / CEE du Conseil et ratifiée par Cometh, le comité national français pour l'examen de l'éthique dans l'expérimentation animale (protocole 11-0043). Les animaux ont été logés et soignés dans l'Anses approuvé d'installations expérimentales à Lyon (approbation B 69387 0801).
1. Préparation des souris
Experiment | Souris Inoculum (cerveau équivalent) | Période de survie (Dpi) | Median / survie maximale (vieux jours) | aS détection de d par ELISA / WB / IHC |
1 | Souris inoculées | 441 ± 166 | 419/736 | 8/8 |
2 | Souris inoculées (0,2 mg) | 150 ± 52 | 140/241 | 9/9 |
Tableau 1. Liste des expériences réalisées sur des souris M83. Les inoculations ont été réalisées à 6 semaines pour l'expérience 2 dans la zone de striato-corticale avec 20 ul d'un homogénat de cerveau de souris malade (1% poids / volume dans du glucose 5%), à la suite anesthésie de six semaines vieilles souris M83 homozygotes de 3% inhalation isoflurane. dpi: jours après inoculation.
2. aS Extraction de Brain moitiés
3. aS Extraction de disséqués régions cérébrales
4. Détection par ELISA de aS
5. Epitope Mapping
6. Analyse statistique
Dans cette étude, les tests ELISA utilisés spécifiquement identifiés aS associées à des maladies (aS D) dans des homogénats de cerveau préparés dans un tampon de sel élevée de souris M83 malades. En utilisant un anticorps reconnaissant spécifiquement pSer129 aS (p = 0,0074), l'ELISA distingue facilement vieux, souris malades (> 8 mois) à partir de jeunes (2-5 mois), les souris M83 sains (Figure 1). Plusieurs autres anticorps ont montré des signaux aussi élevés (> 0,6 OD) que dans les homogénats de cerveau de souris malades. Tel est le cas pour 4D6 (p = 0,01), LB509 (p = 0,0047) et 8A5 (p <0,001) par rapport à des séquences différentes de la partie C-terminale de la protéine (124-134, 115-122, 129-140 et respectivement) et, dans une moindre mesure, syn514 contre l'extrémité N-terminale (2-12) de la protéine (p = 0,0003). En outre, l'anticorps monoclonal produit AS11 dans notre laboratoire contre aS humains recombinants fibrillaires 18 après l'immunisation de souris C57BL / B6 6S (aS-19 nulles)souris avec une deletion du locus α-syn, a montré de façon similaire des signaux élevés (p <0,01) que dans des homogénats de cerveau de souris malades. Cet anticorps a été montré à présent à reconnaître la séquence (P) VDPDNEAY amino-acide (E) de aS, correspondant à la séquence de α-synucléine humaine 118-125.
En revanche, dans ces conditions expérimentales, les analyses des homogénats de cerveau avec l'anticorps de détection dirigé contre le clone 42 d'une région centrale de α-synucléine (91-96 séquence), a montré un signal très faible pour les deux souris M83 malades et sains. Il ne pouvait pas distinguer les deux populations de souris (p = 0,1158). Jeunes souris M83 néanmoins montré une immunoréactivité plus élevé que les souris non transgéniques B6C3H (M83 de la ligne de fond génétique). Le contraste était encore plus grande avec des souris C57BL / 6 S (aS-B6 nulles) des souris, qui ont un locus α-syn supprimé. Cela suggère que la légère immunoréactivité chez la souris M83 correspond à la détection de signal bas de aS normales. Le Asensibilité nalytical de ce test ELISA a été évaluée par rapport à une décrit précédemment Western méthode de transfert 4 pour la détection d'insoluble Ser129 phosphorylé α-synucléine, en examinant, en utilisant les deux tests ELISA et les méthodes de transfert de Western, des dilutions en série des homogénats de cerveau préparés à partir de la même M83 malade cerveau de souris (Figure 2). Approximatives 10 pg équivalents cérébrales étaient suffisants pour obtenir un signal positif ELISA pour le broyât de cerveau de cette souris malades, à la fois avec LB509 et des anticorps PSer129. Au contraire, au moins 200 ug d'équivalents du cerveau ont été nécessaires pour détecter pSer129 aS dans la fraction insoluble dans le sarkosyl analysés par buvardage de Western en utilisant le même anticorps PSer129 15. Ceci indique que le test ELISA a une sensibilité analytique quelques 20 fois celle de la méthode Western blot.
Chez les souris malades et vieux M83 (figure 3A), homogénats de cerveau du mésencéphale, le tronc cérébral et la moelle épinière de sho Mer marqué immunoréactivité avec deux LB509 et des anticorps PSer129 dans l'ELISA. Toutefois, aucune immunoréactivité détectable n'a été observée dans les autres régions du cerveau, y compris le bulbe olfactif, le cortex cérébral, le striatum, l'hippocampe, le thalamus et de l'hypothalamus. Le test ELISA a donné un signal faible pour le cervelet. L'immunoréactivité dans les différentes régions du cerveau de souris M83 développer une maladie clinique accélérée suite à l'injection d'un extrait de cerveau d'un malade M83 souris 4 (figure 3B) était indiscernable de celle observée dans âgés (> 8 mois) non inoculé des souris M83. Ces résultats sont pleinement cohérents avec ceux obtenus par Western blot (figure 3C) et immunohistochimie 15, montrant une plus grande dépôt de Ser129 α-synucléine dans les régions caudales du cerveau et la moelle épinière.
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Figure 1. La détection ELISA de la maladie associée à α-synucléine (aS D) dans des homogénats entiers de cerveau de souris M83. Le lapin ELISA combinant anti-aS polyclonaux (revêtement) avec syn514, LB509, AS11, 4D6, 8A5 (détection) ou clone 42 (revêtement) avec anti-pSer129 aS (PSer129) (détection) anticorps distinguer les souris malades de souris M83 sains, tandis ELISA anti-aS polyclonaux de lapin (revêtement) / clone42 (détection) ne fonctionne pas. Les six malades, vieilles souris M83 âgés de 11 à 16 mois a montré des signes de immunoréactivité avec les anticorps anti-α-syn (sauf clone 42 anticorps). Ce ne fut pas le cas ni pour les six jeunes, des souris en bonne santé âgés de 2 à 5 mois, ou avec les commandes supplémentaires, y compris B6C3H (fond génétique de souris M83) ou de souris aS-nuls B6. Les barres d'erreur représentent SD modification de Bétemps 15.
Figure 3. La détection d'une maladie associée α-synucléine (aS D) dans différentes régions du cerveau de souris M83 par ELISA et Western blot. ELISA identifié aS D avec PSer129 ou LB509 anticorps de détection chez la souris M83 au cours du vieillissement normal (A) (n = 1, 4 répétitions, moyenne ± SD) ou après l'inoculation des souris M83 âgées de 6 semaines avec un homogénat de cerveau d'un M83 malades ( B) (n = 1, 4 répétitions, moyenne ± écart type). (C) aS D a été identifié par Western éponger avec la détection d'anticorps PSer129 EP1536Y dans les mêmes régions neuro-anatomique souris inoculées avec un homogénat de cerveau d'un malade M83 souris. Marqueurs de poids moléculaire (en kDa) sont indiqués sur la gauche du panneau C. quantités égales de protéines totales ont été utilisés dans chaque ligne pour le chargement équivalent sur gel. Les huit régions suivantes neuro-anatomique de souris M83 malades ont été testés: OB: bulbe olfactif, Cx: cortex cérébral, Salut: hippocampe, St: striatum, Me: mésencéphale, Cb: cervelet, BS: tronc cérébral, SC: moelle épinière cervicale . Modifié à partir de 15 Bétemps.
L'utilisation d'un test ELISA a été démontrée pour détecter spécifiquement aS D directement à partir d'homogénats de cerveau de souris au cours de la maladie dans le modèle de souris transgénique M83. En effet, cet ELISA pouvait facilement distinguer les souris malades de souris M83 M83 sains en utilisant des homogénats de cerveau ne entiers dans un tampon de sel élevée.
Les étapes les plus critiques pour de bons résultats à l'aide de cet ELISA sont: disséquer correctement les différentes régions du cerveau de souris en développant la dextérité manuelle nécessaire pour empêcher des dommages lors de la dissection; effectuer la dilution des échantillons exclusivement dans un tampon HS; et le choix des anticorps, parce que tous les anticorps non travaillera dans un format ELISA.
Une certaine variabilité dans les niveaux D aS était néanmoins apparente entre différentes souris. Ces résultats sont équivalents à la détection par Western blot de le modèle typique aS D uniquement détecté chez la souris M83 malades par l'examen du Sarkosyl fractions insolubles après la détection avec un anticorps dirigé contre Ser129 phosphorylé aS 15. Ceci démontre que l'immunoréactivité ELISA correspond à la détection spécifique de D aS.
En accord avec l'analyse par transfert de Western précédent 15, ce ELISA a détecté une immunoréactivité après dissection du cerveau des souris malades M83 dans les parties caudale du cerveau, à savoir, le mésencéphale et le tronc cérébral, ainsi que dans la moelle épinière cervicale. Aucune immunoréactivité a été détectée dans le bulbe olfactif, le cortex cérébral, le striatum ou l'hippocampe, en accord avec les données précédentes indiquant que l'hippocampe a été épargné par le processus pathologique 6, sauf à de très faibles niveaux dans le cas des souris qui avaient été inoculées par fibrillaire alpha synucléine dans l'hippocampe 15. La répartition des aS D est ainsi apparu, quelles que soient les conditions expérimentales globales remarquablement uniformes, qui included navigateur vieillissement normal de souris ou accéléré le développement de la maladie après inoculation intra-cérébrale de homogénats de cerveau de souris malades M83.
En outre, la performance du test est meilleur que le procédé de transfert de Western décrit précédemment. La sensibilité analytique du test ELISA est apparu plus élevée, comme le montrent les limites de détection obtenues dans cet essai en utilisant des dilutions en série d'un homogénat de cerveau d'une souris malades M83 (12,5 ug à 200 ug vs ELISA pour le dosage par transfert de Western). La sensibilité de l'ELISA est restée cependant inférieure à celle de la détection immunohistochimique, qui détecte aS D dans des cellules individuelles et dans les régions cérébrales frontales telles que le cortex cérébral 15. La sensibilité du test peut néanmoins être encore améliorée en utilisant des anticorps et / ou des systèmes de détection optimisées, telles que la détection de chimioluminescence comme décrit précédemment 13.
C'est importantà noter que plusieurs autres anticorps reconnaissant d'autres formes de la protéine, et en particulier une forme non phosphorylée (détecté avec l'anticorps monoclonal 4D6 20) a donné des résultats similaires en utilisant ces ELISA, en plus de l'anticorps monoclonal reconnaissant spécifiquement pSer129 aS. Cette approche ELISA a également révélé immunoréactivité avec des anticorps reconnaissant spécifiquement humaines aS (LB509) et, dans une bien moindre mesure, aS de souris (de D37A6) dans les mêmes animaux malades et / ou régions du cerveau de souris malades 15. D'autre part, aucune immunoréactivité n'a été observée par analyse ELISA de la souris malades M83 en utilisant l'anticorps clone 42 contre une zone centrale de aS (91-96) 21,22, ce qui correspond à un epitope qui peut être crypté dans ces conditions ELISA. Ce format ELISA pourrait détecter dans les cerveaux de souris M83 deux phosphorylés Ser129 aS, comme observé par Foulds 11 dans le plasma humain, et non phosphorylé, éventuellement formes oligomériques, comme décrit dans l'humun plasma et le liquide céphalorachidien 12,14. Contrairement ELISA publiées précédemment, notre format ELISA utilisé ni le même anticorps dans la capture et la détection pour détecter la forme d'oligomères aS, ni anticorps connus pour être de conformation, comme l'anticorps 5G4 utilisé dans les études de Unterberger.
Contrairement à la méthode de Western blot précédemment utilisé pour détecter aS D dans des homogénats de cerveau de souris M83 4, le test ELISA n'a pas besoin d'une étape de concentration, par exemple par ultracentrifugation avec Sarkosyl à détecter la protéine associée à la maladie 23. aS associés à la maladie a été précédemment identifiées chez la souris M83 par extraction séquentielle en utilisant des tampons de 2,6 en augmentant la force. D'un point de vue pratique, cette analyse quantitative permet d'économiser beaucoup de temps et réactifs par rapport à la procédure de transfert de Western.
Dans cette étude, aS détaillées analyses moléculaires en utilisant une approche ELISA ont permis dequantifier facilement l'immunoréactivité avec des anticorps différents chez les souris malades M83. Il pourrait faire la lumière sur les mécanismes moléculaires impliqués dans l'agrégation aS cours synucléinopathies à partir d'un point de vue quantitatif. Cette approche ELISA pourrait donc servir de base à un outil rapide et facile à détecter aS D dans divers échantillons biologiques avec un marqueur fiable de la pathologie comme Ser129 aS phosphorylés qui Foulds 11 croit montre plus prometteur en tant que marqueur diagnostique que la non-phosphorylée protéine. Récemment, il a souligné le fait que les mesures de aS totaux ou éventuellement de aS non phosphorylés pourraient être utilisés comme un marqueur de substitution pour la progression de la maladie dans la MP, que le niveau de aS totales tend à augmenter au fil du temps après l'apparition des premiers symptômes 24 .
The authors have no competing interests to disclose.
Les auteurs tiennent à remercier Damien Gaillard pour inoculations et le suivi de l'expérimentation animale. Ce travail a été soutenu par l'Anses (Agence française pour l'alimentation, l'environnement et la santé et sécurité au travail) et par une subvention de la Fondation 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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