Name: near infrared (nir) light increases expression of a marker of mitochondrial function in the mouse vestibular sensory epithelium
Uploaded: 2015-03-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
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Die Autoren danken Dr. Paul Witting und Frau Genevieve Fong für ihre Unterstützung bei der mRNA-Extraktion und PCR zu bestätigen, und die Garnett Passe und Rodney Williams Memorial Foundation für die Unterstützung.

Ethik Hinweise: Alle nachstehend beschriebenen Verfahren wurden von der University of Sydney Tierethikkommission genehmigt. 1. Tiere HINWEIS: 1 und 8-9 Monate alten Mäusen (C57BL / 6) aus dem Tier Resources Centre (Perth, Australien) erhalten. Die Mäuse wurden in der Bosch-Nager-Einrichtung an der Universität von Sydney untergebracht. <ol><li> Hausmäuse in Standardmäusekäfige auf einer 12/12 Stunden Licht / Dunkel-Zyklus mit Zugang zu Futter und Wasser ad libitum. </li><li> Teilen Sie Mäusen in jeder Altersgruppe in der Nähe von Infrarot (NIR) behandelt oder scheinbehandelten (Kontroll-) Gruppen zum Vergleich. </li></ol> 2. nahes Infrarot (NIR) Bestrahlung und Sham-Behandlung <ol><li> Rasur der Haare am Kopf und Halsbereich der Maus mit einem elektrischen Rasierer so eng wie möglich, um schnelle Nachwachsen der Haare vor der Beendigung der Behandlungsregime zu verhindern. Um die pathogenfreien Zustand der Mäuse zu erhalten, verwenden Sie 70% EthanolInstrumente zwischen Rasieren Tiere und F10 Veterinärdesinfektionsmittel zwischen Tieren aus getrennten Käfigen reinigen. Tun Sie dies 2-3 Tage vor Beginn der Behandlung, damit Tiere nicht über abgewickelt. </li><li> Restrain Maus, indem das proximale Ende des Schwanzes und lassen Sie ihn in der Handfläche einer Hand oder Tisch entspannen, so dass Stress die zu falschen Ergebnissen führen könnte minimieren. </li><li> Halten Sie die NIR (670 nm) LED (Leuchtdiode) Gerät 1-2 cm von der exponierten (rasiert) Bereich und schalten Sie das Gerät für 90 Sekunden (Abbildung 1A). HINWEIS: Die Temperaturänderung als Ergebnis von 90 Sek Belichtung wurde mit &lt;0,2 ° C in 100 ml Wasser gemessen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2,2-2,3 für die Scheinbehandlung Gruppe von Tieren, aber lassen Sie das Gerät ausgeschaltet (Abbildung 1B). </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2,2-2,3 für den NIR-blockiert Behandlung Gruppe von Tieren, sondern decken Sie das Gerät mit Aluminiumfolie. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2,2-2,5 täglich um approximatE 24-Stunden-Intervallen an 5 aufeinander folgenden Tagen. </li><li> Entpacken Sie die vestibulären Sinnesepithel (3 Cristae und 1 utrikulären Makula) aus beiden Ohren am fünften Tag nach der Behandlung (siehe Abschnitt 3 unten). </li></ol> 3. Die Gewebeextraktion 20 <ol><li> Bereiten 300 ml einer Glycerinbasis künstliche cerebrospinale Flüssigkeit (ACSF), bestehend aus (in mM): 26 NaHCO 3, 11 Glucose, 250 Glycerin, 2,5 KCl, 1,2 NaH 2 PO 4, 1,2 MgCl 2, 2,5 CaCl 2. Vor der Zugabe von CaCl 2, Gas der Lösung mit Carbogen (95% O 2 und 5% CO 2), um einen pH von 7,4 herzustellen und vermeiden Calciumpräzipitation (Trübung). Kühlen Sie die Lösung in einen -80 ° C Gefrierschrank für 45 Minuten, so dass ein Eisbrei gebildet. </li><li> Bereiten Sie die RNA-Isolierung Lysepuffer in markierter Schraubverschluss Mikroröhrchen (stoppt das Knallen der Deckel bei Rohrdruckänderungen zwischen Einfrieren und Auftauen in flüssigem Stickstoff) nachden Anweisungen des Herstellers oder üblichen Laborpraxis. Haben flüssigem Stickstoff fertig in einem Aluminium Dewargefäß. HINWEIS: Verwenden Sie Schutzkleidung und eyeware beim Umgang mit flüssigem Stickstoff. Stellen Sie sicher, dass flüssiger Stickstoff befindet sich in einem gut belüfteten Raum verwendet, da das Volumen der Gasform ist etwa 700 mal so seiner flüssigen Form und können Ersticken verursachen. </li><li> Tief anaesthetize Mäuse mit Ketamin (400 mg / kg) über eine intraperitoneale Injektion. Lassen Sie die Hintergliedmaße Reflex vollständig als Hinweis darauf, dass Mäuse vollständig betäubt abklingen. </li><li> Enthaupten Mäusen mit scharfen Edelstahl Schere und einen Einschnitt entlang der sagittalen Haut des Schädels mit einer Rasierklinge (gerundet # 22). An dieser Stelle und in Schritte von 3,5 bis 3,9, halten das Schädeldach, Gehirn, und die zugrunde liegenden Vestibularapparat so kühl wie möglich durch die regelmäßige Anwendung der eiskalten ACSF über das Gewebe. </li><li> Mit dem spitzen Arm Standardmuster Schere einen small Einschnitt in den Schädel zu Lambda und entlang der Pfeilnaht geschnitten. </li><li> Schieben Sie den Arm von einem flachen Rongeure unter dem Scheitelbein hält die Klinge so nah wie möglich an der unteren Oberfläche des Knochens, ohne Ziehen des Gehirns. Sichern Sie und ziehen weg die Scheitelbein seitlich und das Hinterhauptbein hinten, bis das Gehirn ausgesetzt ist. </li><li> Verwenden Sie einen kleinen Spatel aus rostfreiem Stahl, und heben Sie das Gehirn weg von der vorderen und mittleren Schädelgrube, um die Gleichgewichtsnerv (CN VIII) aus. Durchschneiden den Nerv, um unnötige Spannung auf die primären afferenten Axone, die direkt innervieren die vestibulären Haarzellen zu verhindern. </li><li> Entfernen Sie das Gehirn in toto nach Durchtrennung des KN-VIII. </li><li> Beachten Sie die knöchernen Labyrinth mit der Cochlea und der peripheren vestibulären Organe in der mittleren Schädelgrube. Machen Sie zwei kleine Schnitte neben jeder knöchernen Labyrinth und Verbrauchsteuern die gesamte Struktur, indem Sie den vorderen Bogengangs und später ziehenVerbündeter. </li><li> Sofort tauchen exzidierten Labyrinthe in einer Sezieren Schale mit eiskaltem ACSF-Lösung (wie in Schritt 3.1 beschrieben), während kontinuierlich mit Carbogen Perfusion. </li><li> Unter einem Stereomikroskop, halten Sie durch das Labyrinth der Cochlea und befestigen Sie sie am Boden der Schale mit einer Pinzette. <ol><li> Verwenden Sie gerade feinen Pinzette, eine kleine Öffnung in der Knochen über der vorderen Bogengangs (SSC) Ampulle kratzen. </li><li> Vergrößern Sie vorsichtig diese Öffnung durch das Erreichen unmittelbar unter dem Knochen und schnippte nach außen weg von der Ampulle. Seien Sie vorsichtig, hier nicht schieben Pinzette in die Öffnung und Beschädigung des fragilen häutige Labyrinth unten. Fahren Sie auf diese Weise, bis der Utriculus, vorderen und seitlichen Ampullen alle ausgesetzt sind. Wenn möglich, entfernen Sie auch die hinteren Ampulle. </li></ol></li><li> Mit feinen Pinzette vorsichtig heben Sie den Utriculus und Ampullen aus dem knöchernen Labyrinth, bis sie vollständig gelöst sind. Wo es möglich ist, halten Sie siedurch die damit verbundenen Bogengänge um eine Beschädigung der Sinnesepithel. In einigen Fällen muss der proximale Teil des halbkreisförmigen membranöse Kanal mit Irisschere geschnitten, um die Ampullen aus dem Knochen zu lösen. </li><li> Sicher erfassen die Vestibularorgane zwischen der Spitze der Pinzette und Stelle in den Lysepuffer zuvor in Schritt 3.2 vorbereitet. Vorsichtig schwenken die Zange um im Puffer, um sicherzustellen, Vestibularorgane wurden aus der Zange abgelöst. Überprüfen Sie in diesem Fall, indem die Zange unter dem Stereomikroskop ist. <ol><li> Schrauben Sie den Deckel Mikrotubuli und frieren die Probe in flüssigem Stickstoff unmittelbar. </li></ol></li></ol> 4. RNA-Extraktion und RT-PCR <ol><li> Folgen Standardmethoden der Boten-RNA (mRNA) Extraktion gemäß den Anweisungen des Herstellers oder bevorzugte Laborprotokollen. HINWEIS: Ein handelsüblicher Kit, das Träger RNAs verwendet werden, um zu isolieren geringe Ausbeuten an mRNA wurde in diese verwendetProtokoll. Nieder Elutionsvolumina verwendet, um Endkonzentrationen von mRNA zu erhöhen. HINWEIS: Negative &quot;kein Enzym&quot; Kontrollen (NEC) und &quot;keine DNA-Template&quot; Kontrollen (NTC) müssen ebenfalls durchgeführt werden, um die Gültigkeit der beobachteten Effekte zu gewährleisten. </li><li> Anwenden von Standardverfahren der reversen Transkription von mRNA komplementäre DNA (cDNA) und die Amplifikation von Zielgenen 21-23. </li></ol>

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Die Autoren erklären, sie haben keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

Die hier beschriebenen repräsentativen Ergebnisse zeigen, dass kurze transkranielle Lieferung von NIR-Licht (90 sec / Tag für 5 Tage) ist ausreichend, um das Niveau der Antioxidantien Ausdruck in älteren Mäusen zu erhöhen, wenn mit scheinbehandelten Mäusen verglichen. Während abgegebene Wärme könnte eine Quelle der mitochondrialen und / oder neuronale Aktivierung darstellen, wie Ratte berichtet vestibulären Afferenzen 24 - unsere Messung von Wärme durch die NIR emittierten LED-Gerät war &lt;0,2 ° C über 90 s, und als solche ist unwahrscheinlich, die dazu führen, hier beschriebenen Änderungen. Weitere, im Gegensatz zu dem Bericht ausgeführt, werden die hier verwendete NIR-Behandlung wurde nicht direkt auf die Sinnesepithel oder vestibulären afferenten Neuronen angewandt, und als solche ist auch unwahrscheinlich, dass auf thermosensitive Kanäle (zB TRPV4) auswirken. Schließlich früheren Arbeiten mit dem gleichen NIR Gerät in anderen Hirnregionen haben vorgeschlagen, dass die Wärme nicht die Quelle der beobachteten Unterschiede 7,9. Während diese results zeigen eine Hochregulation der zellulären Reaktionen auf altersbedingten oxidativen Stress auf genetischer Ebene, ist es nicht klar, ob diese Änderungen weitere auf Proteinebene ausgedrückt, oder wichtiger ist, ob sie sich in der Gesamtbilanz Leistung der Mäuse wieder. Darüber hinaus wird die Hochregulation für eine einzelne allgegenwärtigen Antioxidans gezeigt. Es ist wahrscheinlich, dass mehrere Marker des Zellstoffwechsels von diesem Behandlungsschema sind betroffen. Da ferner mRNA wurde aus Vestibularapparates in toto entnommen (dh Haarzellen, Stützzellen, vestibuläre Afferenzen und Epithel alle vorhanden) ist es nicht möglich, beobachteten Veränderungen im Zellstoffwechsel in Abhängigkeit von NIR-Licht-Behandlung zu einer bestimmten vestibulären Haar beziehen Zelle oder primären afferenten Typ. Wichtig ist aber, mit dem beschriebenen Herstellungs ausreichend mRNA kann von einem einzigen Mausklick extrahiert werden, um künftige korrelative Studien zwischen den Zellstoffwechsel und die Verhaltensanalyse von Gleichgewicht perfo ermöglichenrmance. Die hohe Intensität LED-Gerät verwendet, hier gibt etwa 5 J / cm 2 pro 90 sec Behandlungs- insgesamt 25 J Energie über 5 Tage. Während der Vorteil der Verwendung von Licht langer Wellenlänge (einschließlich NIR) Penetranz, kann nicht davon ausgegangen, dass die volle 25 J von NIR-Licht wird zu dem vestibulären Sinnesepithel bracht. Bei der Maus muss Licht von mindestens 1 mm durch Schichten von Weichgewebe und Knochen, die den peripheren vestibulären Apparat und schützen das Gehirn eindringen. Beim Menschen erstreckt sich auf Zentimetern. So ist die Penetranz von Licht stellt eine Beschränkung der beschriebenen Technik in Bezug auf die Übersetzung des NIR-Licht Behandlungsstrategien in der klinischen Einstellung. Neuere Arbeiten haben jedoch Glasfasern eingesetzt, um NIR-Licht zu tiefen Hirnstrukturen einschließlich der Basalganglien 25 und Sinnesorgane einschließlich der Cochlea 26 zu liefern. Auf dieser Basis und die Lage des peripheren Vestibularapparat benachbart derCochlea (und klinische Zugriff darauf über den Warzenfortsatz), ist es möglich, dass im menschlichen vorschlagen, könnte eine direkte Stimulation des vestibulären Sinnesepithel durch eine kleine Lichtleiter ausgelöst durch ein externes Gerät erreicht werden - vergleichbar mit einem Cochlea-Implantat 27 . Mehrere Bedingungen können in der oben beschriebenen, um das Interesse des Forschers anzupassen Protokoll geändert werden. Erstens verwendet die Wellenlänge here (670 nm) kann erweitert zu längeren Wellenlängen im Infrarotbereich umfassen, wie zuvor in anderen sensorischen Systemen und Tiermodellen berichtet. Zweitens können Behandlungen auch abhängig davon, ob kurzfristige oder langfristige Antwort ist in Frage variiert werden. Hier wurde eine sehr kurze Behandlungsschema verwendet, aber dies könnte zu längeren Laufzeiten oder auch kürzere Laufzeiten verlängert, um die Dynamik der NIR-induzierten Veränderungen zu messen. Die größte Herausforderung dieses Protokolls ist es, die Überlebensfähigkeit des Gewebes zu erhaltenwährend der Gewebeentnahme. Angesichts der Zeit benötigt, um die knöchernen Labyrinth entfernen und Verbrauchsteuern die häutige Labyrinth von ihm, ist es entscheidend, metabolischen Abbau zu reduzieren. Dies wird durch Baden des Gewebes in eiskaltem ACSF während des gesamten Verfahrens und Perfusion diese Lösung kontinuierlich mit Carbogen erreicht. Darüber hinaus am Ende der Präparation Prozedur weiter Gewebeabbau kann mit der Verwendung von flüssigem Stickstoff zu blinken frieren die extrahierten Gewebe angehalten werden. Gegebenenfalls kann man das gefrorene Gewebe aufgetaut und mRNA extrahiert zur weiteren Genanalyse. Obwohl die hier beschriebenen Methoden beschreiben nicht die vollständige Wirkung der NIR-Licht-Behandlung auf den Zellstoffwechsel im vestibulären Sinnesepithel können weitere Anwendung dieser Strategie geändert, um andere altersassoziierten Marker der Mitochondrienfunktion 28,29 und / oder Zellstoffwechsel einschließen Beleidigungen wie Hypoxie 30. Letztlich ist die Fähigkeit, die v beschreibenestibular zellulären Stoffwechselprofil eines einzelnen Maus wird die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Leistung und Balance subzellulärer Prozesse während der Alterung, und die Auswirkungen der Therapie mit NIR-Behandlung zu ermöglichen.

Degressiven Leistung und anschließende Wasserfälle sind häufig, und leider oft kennzeichnenden Merkmale des natürlichen Alterungs 1. Die Auswirkungen dieser Rückgang ist sowohl physisch als auch sozial sein, und für ältere Menschen deutlich reduziert die Lebensqualität. Als Reaktion darauf haben physikalische Therapie und Rehabilitation im Mittelpunkt der Forschung im Bereich Wasserfälle gewesen, aber noch nicht mit der konsequenten Reduzierung der Prävalenz von wiederholten Stürzen in Verbindung gebracht. Zur gleichen Zeit, Arbeit untersucht Veränderungen im peripheren oder zentralen vestibulären Systems (die für das Gleichgewicht zu halten verantwortlich System) ist knapp, und mögliche therapeutische Strategien zugunsten solcher Systeme und die zugrunde liegenden Ursachen des Ungleichgewichts begrenzt. Jüngste Arbeiten auf altersbedingte neurodegenerative Erkrankungen einschließlich altersbedingter Makuladegeneration 2-4, Alzheimer-Krankheitsmodellen 5-8 und Parkinson 9-12 neuroprotektive Wirkungen si gezeigtenmple nicht-invasive Anwendung von Nahinfrarot (NIR). Ferner wird in dem Gleichgewichtsorgan, NIR verwendet wurde, um die Aktivität der vestibulären primären afferenten Neuronen in vitro 13 zu erhöhen. Während der Mechanismus der NIR-Licht ist nicht gut verstanden, haben die meisten Studien mit NIR vorgeschlagen, dass NIR stimuliert Mitochondrien Komplex IV (Cytochrom-c-Oxidase) 14-17 auf den Zellstoffwechsel zu erleichtern. In der vestibulären Sinnesepithel der subkutanen Platte vom Typ I Haarzellen dicht in Mitochondrien 18 und können als solche einen Wirkort für therapeutische NIR-Behandlung darstellen. Hier eine kurze, nicht-invasive Behandlung Regime transkraniell angewendet NIR, die verwendet werden können, um den Zellstoffwechsel zu messen (und implizit auch die Funktion der Mitochondrien) in der Maus vestibulären Sinnesepithel beschrieben. Ebenfalls diskutiert ist eine Vorbereitung des vestibulären Sinnesepithel und es wird gezeigt, dass NIR erhöht die Expression eines ubiquitous Antioxidans (Superoxiddismutase 1) im Riechepithel - früher gezeigt wichtig für Cochlea Haarzellüberleben 19 zu sein.

<table><tbody><tr><td>Quantum WARP 10</td><td>Quantum Devices</td><td>2070N030-A</td><td></td></tr><tr><td>Screw top microtubules</td><td>Quality Scientific Plastics</td><td>520-GRD-Q</td><td></td></tr><tr><td>Ketamine</td><td>Parnell, Alexandria Australia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard pattern scissors</td><td>FST</td><td>14001-12</td><td></td></tr><tr><td>Carbon steel surgical blades #22</td><td>Livingstone</td><td>SBLDCL 22</td><td></td></tr><tr><td>Friedman-Pearson rongeurs</td><td>FST</td><td>16221-14</td><td></td></tr><tr><td>Stereo microscope</td><td>Leica Microsystems</td><td>A60S</td><td></td></tr><tr><td>Dumont #5 SF forceps</td><td>FST</td><td>11252-00</td><td></td></tr><tr><td>Isolate II RNA Micro Kit</td><td>Bioline</td><td>BIO-52075</td><td></td></tr></tbody></table>

near infrared (nir) light increases expression of a marker of mitochondrial function in the mouse vestibular sensory epithelium

Strategien zur Dämpfung Rückgang der Abgleichfunktion mit zunehmendem Alter sind überwiegend konzentrierte sich auf physikalische Therapien einschließlich Balance Aufgaben und Bewegung. Allerdings sind diese Ansätze sich nicht auf die zugrunde liegenden Ursachen von Balance Rückgang. Verwendung von Mäusen wurde die Auswirkung von Licht im nahen Infrarot (NIR) auf den Stoffwechsel der Zellen in der vestibulären Sinnesepithel beurteilt. Die gesammelten Daten zeigen, dass diese einfache und sichere Intervention dieser gefährdeten Zellen vor den schädlichen Wirkungen der natürlichen Alterung schützen. mRNA wurde aus der isolierten peripheren vestibulären Sinnesepithel (crista ampullaris und utricular Makula) extrahiert und anschließend in einer cDNA-Bibliothek transkribiert. Diese Bibliothek wurde dann für die Expression von ubiquitären Antioxidans (SOD-1) sondiert. Antioxidans-Genexpression wurde dann verwendet, um den Zellstoffwechsel zu quantifizieren. Mit Hilfe der transkraniellen Lieferung von NIR bei jungen (4 Wochen) und älteren (8-9 Monate) Mäuse und eine kurze Behandlungsregime (90 sec / Tag für 5 days), diese Arbeit legt nahe, NIR allein kann ausreichen, um die Funktion der Mitochondrien im vestibulären Sinnesepithel verbessern. Da gibt es gegenwärtig keine verfügbaren, preiswert, nicht-invasive Therapieverfahren zur vestibulären Haarzellfunktion verbessern, die Anwendung von externen NIR-Strahlung stellt eine mögliche Strategie, um die Auswirkungen der Alterung auf den Zellstoffwechsel inder vestibulären Sinnesepithel entgegenzuwirken.

So vergleichen Sie die Auswirkungen der NIR-Behandlung bei jungen (4 Wochen) und älteren (8-9 Monate) Mäusen messen wir die Expression von antioxidativen Superoxid-Dismutase 1 (SOD-1) in junge (n = 16) und ältere (n = 20) Mäuse, die NIR-behandelten scheinbehandelten oder NIR-blockiert waren. Figur 2 zeigt eine signifikante Zunahme der β-Actin-normalisierten SOD-1-Expression von mehr als 2-fach in jungen NIR-behandelten Tieren im Vergleich zu jungen scheinbehandelten Tieren (p &lt;0,01) und junge NIR-blockierten Tieren (p &lt;0,01). Ältere NIR-behandelten Tiere zeigten auch mehr als eine 2-fach Hochregulierung von SOD-1, wenn mit älteren NIR-blockiert Tieren (p &lt;0,05) verglichen. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/52265/52265fig1highres.jpg" /> Abbildung 1. NIR-Behandlung. (A) NIR-LED-Gerät 1 gehalten - 2 cm über dem rasierten Bereich auf dem Kopf der Maus 90 Sekunden pro Tag an 5 aufeinander folgenden Tagen in Bestrahlung treated Mäusen. (B) NIR LED-Gerät über scheinbehandelten Mäuse in der gleichen Weise, aber mit dem Gerät für die Dauer von 90 Sekunden ausgeschaltet gehalten. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52265/52265fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/52265/52265fig2highres.jpg" /> Abbildung 2. Analyse von SOD-1-Genexpression nach 5 aufeinanderfolgenden Tagen der NIR Behandlung (90 sec / Tag). Die vestibuläre Sinnesepithel wurde am fünften Tag und spezifische Antioxidans Gens mittels RT-PCR untersucht geerntet. Die SOD-1-Gen wurde normalisiert, um β-Actin-Baseline und Densitometrie durchgeführt mit ImageJ v1.48. Signifikante Hochregulation (p &lt;0,01) von SOD-1-Expression wurde in jungen NIR-behandelten Tieren beobachtet, im Vergleich mit sowohl jungen scheinbehandelten und junge NIR-blockierten Bedienelementen (4 Wochen). Deutliche Steigerung (p &amp;# 60; 0,05) in SOD-1-Expression wurde auch in älteren NIR-behandelten Tieren beobachtet, wenn mit älteren NIR-blockiert Tiere (8 verglichen - 9 Monate). Alle Diagramme zeigen die fache Veränderung der SOD-1-Gen-Expression im Vergleich zu den jungen scheinbehandelten Kontrolle. Die Daten stellen den Mittelwert ± SD. Die Daten wurden mit one-way ANOVA analysiert und statistische Signifikanz ermittelt nach Tukey-Mehrfachvergleichs post-hoc-Test. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52265/52265fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a>

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Near Infrared NIr Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Mitochondriale Dysfunktion ist ein Markenzeichen von Zellalterung. Dieser Aufsatz benutzt nicht-invasive nahen Infrarot (NIR) Behandlung die Mitochondrienfunktion im alternden Maus vestibulären Sinnesepithel verbessern.

Nahes Infrarot (NIR) Licht Erhöht Ausdruck einer Markierung der Funktion der Mitochondrien im Maus Vestibular Sinnesepithel

Strategies for attenuating decline in balance function with increasing age are predominantly focused on physical therapies including balance tasks and ...

near-infrared-nir-light-increases-expression-marker-mitochondrial

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Biology

Near Infrared (NIr) Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

9.9K Aufrufe.  University of Sydney.  Mitochondriale Dysfunktion ist ein Markenzeichen von Zellalterung. Dieser Aufsatz benutzt nicht-invasive nahen Infrarot (NIR) Behandlung die Mitochondrienfunktion im alternden Maus vestibulären Sinnesepithel verbessern. 

Serie: Near Infrared NIr Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Behavioral Assessment of the Aging Mouse Vestibular System

Age related decline in balance performance is associated with deteriorating muscle strength, motor coordination and vestibular function. While a number of studies show changes in balance phenotype with age in rodents, very few isolate the vestibular contribution to balance under either normal conditions or during senescence. We use two standard behavioral tests to characterize the balance performance of mice at defined age points over the lifespan: the rotarod test and the inclined balance beam test. Importantly though, a custom built rotator is also used to stimulate the vestibular system of mice (without inducing overt signs of motion sickness). These two tests have been used to show that changes in vestibular mediated-balance performance are present over the murine lifespan. Preliminary results show that both the rotarod test and the modified balance beam test can be used to identify changes in balance performance during aging as an alternative to more difficult and invasive techniques such as vestibulo-ocular (VOR) measurements.

Motor control and balance performance are known to deteriorate with age. This paper presents a number of standard noninvasive behavioral tests with the addition of a simple rotary stimulus to challenge the vestibular system and show changes in balance performance in a murine model of aging.

Behavioral Beurteilung der Alterungs Maus vestibuläre System

Age related decline in balance performance is associated with deteriorating muscle strength, motor coordination and vestibular function. While a number of ...

Forschung

Verhalten

A Protocol to Evaluate and Quantify Retinal Pigmented Epithelium Pathologies in Mouse Models of Age-Related Macular Degeneration

Age-related macular degeneration (AMD) is a debilitating retinal disorder in aging populations. It is widely believed that dysfunction of the retinal pigmented epithelium (RPE) is a key pathobiological event in AMD. To understand the mechanisms that lead to RPE dysfunction, mouse models can be utilized by researchers. It has been established by previous studies that mice can develop RPE pathologies, some of which are observed in the eyes of individuals diagnosed with AMD. Here, we describe a phenotyping protocol to assess RPE pathologies in mice. This protocol includes the preparation and evaluation of retinal cross-sections using light microscopy and transmission electron microscopy, as well as that of RPE flat mounts by confocal microscopy. We detail the common types of murine RPE pathologies observed by these techniques and ways to quantify them through unbiased methods for statistical testing. As proof of concept, we use this RPE phenotyping protocol to quantify the RPE pathologies observed in mice overexpressing transmembrane protein 135 (Tmem135) and aged wild-type C57BL/6J mice. The main goal of this protocol is to present standard RPE phenotyping methods with unbiased quantitative assessments for scientists using mouse models of AMD.

Mouse models can be useful tools for investigating the biology of the retinal pigmented epithelium (RPE). It has been established that mice can develop an array of RPE pathologies. Here, we describe a phenotyping protocol to elucidate and quantify RPE pathologies in mice using light, transmission electron, and confocal microscopy.

Ein Protokoll zur Bewertung und Quantifizierung von retinalen pigmentierten Epithelpathologien in Mausmodellen der altersbedingten Makuladegeneration

Age-related macular degeneration (AMD) is a debilitating retinal disorder in aging populations. It is widely believed that dysfunction of the retinal ...

Genetik

An Isolated Semi-intact Preparation of the Mouse Vestibular Sensory Epithelium for Electrophysiology and High-resolution Two-photon Microscopy

Understanding vestibular hair cells function under normal conditions, or how trauma, disease, and aging disrupt this function is a vital step in the development of preventative approaches and/or novel therapeutic strategies. However, the majority of studies looking at abnormal vestibular function have not been at the cellular level but focused primarily on behavioral assays of vestibular dysfunction such as gait analyses and vestibulo-ocular reflex performance. While this work has yielded valuable data about what happens when things go wrong, little information is gleaned regarding the underlying causes of dysfunction. Of the studies that focus on the cellular and subcellular processes that underlie vestibular function, most have relied on acutely isolated hair cells, devoid of their synaptic connections and supporting cell environment. Therefore, a major technical challenge has been access to the exquisitely sensitive vestibular hair cells in a preparation that is least disrupted, physiologically. Here we demonstrate a semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium that retains the local micro-environment including hair cell/primary afferent complexes.

Analysis of vestibular hair cell function is complicated by their location deep within the hardest part of the skull, the petrous temporal bone. Most functional hair cell studies have used acutely isolated hair cells. Here we describe a semi-intact preparation of mouse vestibular epithelium for electrophysiological and two-photon microscopy studies.

Eine Isolierte Semi-intakt Vorbereitung der Maus Vestibuläre Sinnesepithel für Elektrophysiologie und hochauflösende Zwei-Photonen-Mikroskopie

Understanding vestibular hair cells function  under normal conditions, or how trauma, disease, and aging disrupt this  function is a vital step in the ...

Neurowissenschaften

In vivo Imaging of Optic Nerve Fiber Integrity by Contrast-Enhanced MRI in Mice

The rodent visual system encompasses retinal ganglion cells and their axons that form the optic nerve to enter thalamic and midbrain centers, and postsynaptic projections to the visual cortex. Based on its distinct anatomical structure and convenient accessibility, it has become the favored structure for studies on neuronal survival, axonal regeneration, and synaptic plasticity. Recent advancements in MR imaging have enabled the in vivo visualization of the retino-tectal part of this projection using manganese mediated contrast enhancement (MEMRI). Here, we present a MEMRI protocol for illustration of the visual projection in mice, by which resolutions of (200 &#181;m)3 can be achieved using common 3 Tesla scanners. We demonstrate how intravitreal injection of a single dosage of 15 nmol MnCl2 leads to a saturated enhancement of the intact projection within 24 hr. With exception of the retina, changes in signal intensity are independent of coincided visual stimulation or physiological aging. We further apply this technique to longitudinally monitor axonal degeneration in response to acute optic nerve injury, a paradigm by which Mn2+ transport completely arrests at the lesion site. Conversely, active Mn2+ transport is quantitatively proportionate to the viability, number, and electrical activity of axon fibers. For such an analysis, we exemplify Mn2+ transport kinetics along the visual path in a transgenic mouse model (NF-&#954;B p50KO) displaying spontaneous atrophy of sensory, including visual, projections. In these mice, MEMRI indicates reduced but not delayed Mn2+ transport as compared to wild type mice, thus revealing signs of structural and/or functional impairments by NF-&#954;B mutations.
In summary, MEMRI conveniently bridges in vivo assays and post mortem histology for the characterization of nerve fiber integrity and activity. It is highly useful for longitudinal studies on axonal degeneration and regeneration, and investigations of mutant mice for genuine or inducible phenotypes.

In vivo Imaging of Optic Nerve Fiber Integrity by Contrast-Enhanced MRI in Mice

This video illustrates a method, using a clinical 3 T scanner, for contrast-enhanced MR imaging of the na&#239;ve mouse visual projection and for repetitive and longitudinal in vivo studies of optic nerve degeneration associated with acute optic nerve crush injury and chronic optic nerve degeneration in knock-out mice (p50KO).

In-vivo-Imaging von Optic Nerve Fiber Integrität von Contrast-Enhanced MRI in Mäuse

The rodent visual system encompasses retinal ganglion cells and their axons that form the optic nerve to enter thalamic and midbrain centers, and ...

Investigating Migraine-Like Behavior Using Light Aversion in Mice

Migraine is a complex neurological disorder characterized by headache and sensory abnormalities, such as hypersensitivity to light, observed as photophobia. Whilst it is impossible to confirm that a mouse is experiencing migraine, light aversion can be used as a behavioral surrogate for the migraine symptom of photophobia. To test for light aversion, we utilize the light/dark assay to measure the time mice freely choose to spend in either a light or dark environment. The assay has been refined by introducing two critical modifications: pre-exposures to the chamber prior to running the test procedure and adjustable chamber lighting, permitting the use of a range of light intensities from 55 lux to 27,000 lux. Because the choice to spend more time in the dark is also indicative of anxiety, we also utilize a light-independent anxiety test, the open field assay, to distinguish anxiety from light-aversive behavior. Here, we describe a modified test paradigm for the light/dark and open field assays. The application of these assays is described for intraperitoneal injection of calcitonin gene-related peptide (CGRP) in two mouse strains and for optogenetic brain stimulation studies.

Rodents are not able to report migraine symptoms. Here, we describe a manageable test paradigm (light/dark and open field assays) to measure light aversion, one of the most common and bothersome symptoms in patients with migraines.

Untersuchung von migräneähnlichem Verhalten mit Lichtaversion bei Mäusen

Migraine is a complex neurological disorder characterized by headache and sensory abnormalities, such as hypersensitivity to light, observed as ...

Assessing Mitochondrial Function in Sciatic Nerve by High-Resolution Respirometry

Mitochondrial dysfunction in peripheral nerves accompanies several diseases associated with peripheral neuropathy, which can be triggered by multiple causes, including autoimmune diseases, diabetes, infections, inherited disorders, and tumors. Assessing mitochondrial function in mouse peripheral nerves can be challenging due to the small sample size, a limited number of mitochondria present in the tissue, and the presence of a myelin sheath. The technique described in this work minimizes these challenges by using a unique permeabilization protocol adapted from one used for muscle fibers, to assess sciatic nerve mitochondrial function instead of isolating the mitochondria from the tissue. By measuring fluorimetric reactive species production with Amplex Red/Peroxidase and comparing different mitochondrial substrates and inhibitors in saponin-permeabilized nerves, it was possible to detect mitochondrial respiratory states, reactive oxygen species (ROS), and the activity of mitochondrial complexes simultaneously. Therefore, the method presented here offers advantages compared to the assessment of mitochondrial function by other techniques.

High-resolution respirometry coupled to fluorescence sensors determines mitochondrial oxygen consumption and reactive oxygen species (ROS) generation. The present protocol describes a technique to assess mitochondrial respiratory rates and ROS production in the permeabilized sciatic nerve.

Beurteilung der mitochondrialen Funktion im Ischiasnerv durch hochauflösende Respirometrie

Mitochondrial dysfunction in peripheral nerves accompanies several diseases associated with peripheral neuropathy, which can be triggered by multiple ...

Biochemie

A Protocol for Transcranial Photobiomodulation Therapy in Mice

Transcranial photobiomodulation is a potential innovative noninvasive therapeutic approach for improving brain bioenergetics, brain function in a wide range of neurological and psychiatric disorders, and memory enhancement in age-related cognitive decline and neurodegenerative diseases. We describe a laboratory protocol for transcranial photobiomodulation therapy (PBMT) in mice. Aged BALB/c mice (18 months old) are treated with a 660 nm laser transcranially, once daily for 2 weeks. Laser transmittance data shows that approximately 1% of the incident red light on the scalp reaches a 1 mm depth from the cortical surface, penetrating the dorsal hippocampus. Treatment outcomes are assessed by two methods: a Barnes maze test, which is a hippocampus-dependent spatial learning and memory task evaluation, and measuring hippocampal ATP levels, which is used as a bioenergetics index. The results from the Barnes task show an enhancement of the spatial memory in laser-treated aged mice when compared with age-matched controls. Biochemical analysis after laser treatment indicates increased hippocampal ATP levels. We postulate that the enhancement of memory performance is potentially due to an improvement in hippocampal energy metabolism induced by the red laser treatment. The observations in mice could be extended to other animal models since this protocol could potentially be adapted to other species frequently used in translational neuroscience, such as rabbit, cat, dog, or monkey. Transcranial photobiomodulation is a safe and cost-effective modality which may be a promising therapeutic approach in age-related cognitive impairment.

Photobiomodulation therapy is an innovative noninvasive modality for the treatment of a wide range of neurological and psychiatric disorders and can also improve healthy brain function. This protocol includes a step-by-step guide to performing brain photobiomodulation in mice by transcranial light delivery, which can be adapted for use in other laboratory rodents.

Ein Protokoll für die transkranielle Photobiomodulation Therapie bei Mäusen

Transcranial photobiomodulation is a potential innovative noninvasive therapeutic approach for improving brain bioenergetics, brain function in a wide ...

Determination of Mitochondrial Respiration and Glycolysis in Ex Vivo Retinal Tissue Samples

Mitochondrial respiration is a critical energy-generating pathway in all cells, especially retinal photoreceptors that possess a highly active metabolism. In addition, photoreceptors also exhibit high aerobic glycolysis like cancer cells. Precise measurements of these metabolic activities can provide valuable insights into cellular homeostasis under physiological conditions and in disease states. High throughput microplate-based assays have been developed to measure mitochondrial respiration and various metabolic activities in live cells. However, a vast majority of these are developed for cultured cells and have not been optimized for intact tissue samples and for application ex vivo. Described here is a detailed step-by-step protocol, using microplate-based fluorescence technology, to directly measure oxygen consumption rate (OCR) as an indicator of mitochondrial respiration, as well as extracellular acidification rate (ECAR) as an indicator of glycolysis, in intact ex vivo retinal tissue. This method has been used to successfully assess metabolic activities in adult mouse retina and demonstrate its application in investigating cellular mechanisms of aging and disease.

Determination of Mitochondrial Respiration and Glycolysis in Ex Vivo Retinal Tissue Samples

Described here is a detailed protocol for performing mitochondrial stress assay and glycolytic rate assay in ex vivo retinal tissue samples using a commercial bioanalyzer.

Bestimmung der mitochondrialen Atmung und Glykolyse in Ex-vivo-Netzhautgewebeproben

Mitochondrial respiration is a critical energy-generating pathway in all cells, especially retinal photoreceptors that possess a highly active metabolism. ...

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Red/near-infrared light therapy (R/NIR-LT), delivered by laser or light emitting diode (LED), improves functional and morphological outcomes in a range of central nervous system injuries in vivo, possibly by reducing oxidative stress. However, effects of R/NIR-LT on oxidative stress have been shown to vary depending on wavelength or intensity of irradiation. Studies comparing treatment parameters are lacking, due to absence of commercially available devices that deliver multiple wavelengths or intensities, suitable for high through-put in vitro optimization studies. This protocol describes a technique for delivery of light at a range of wavelengths and intensities to optimize therapeutic doses required for a given injury model. We hypothesized that a method of delivering light, in which wavelength and intensity parameters could easily be altered, could facilitate determination of an optimal dose of R/NIR-LT for reducing reactive oxygen species (ROS) in vitro.
Non-coherent Xenon light was filtered through narrow-band interference filters to deliver varying wavelengths (center wavelengths of 440, 550, 670 and 810nm) and fluences (8.5 x 10-3 to 3.8 x 10-1 J/cm2) of light to cultured cells. Light output from the apparatus was calibrated to emit therapeutically relevant, equal quantal doses of light at each wavelength. Reactive species were detected in glutamate stressed cells treated with the light, using DCFH-DA and H2O2 sensitive fluorescent dyes.&#160;
We successfully delivered light at a range of physiologically and therapeutically relevant wavelengths and intensities, to cultured cells exposed to glutamate as a model of CNS injury. While the fluences of R/NIR-LT used in the current study did not exert an effect on ROS generated by the cultured cells, the method of light delivery is applicable to other systems including isolated mitochondria or more physiologically relevant organotypic slice culture models, and could be used to assess effects on a range of outcome measures of oxidative metabolism.

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Non-coherent Xenon light was passed through narrow-band interference and neutral density filters to deliver light of varying wavelength and intensity to cultured cells. This protocol was used to assess the effects of red/near-infrared light therapy on production of reactive species in vitro: no effects were observed using the tested parameters.

Verfahren zur Beurteilung der Auswirkungen einer Reihe von Wellenlängen und Intensitäten von Rot / Nah-Infrarot-Licht-Therapie auf oxidativen Stress<em&gt; In-vitro-</em

Red/near-infrared light therapy (R/NIR-LT), delivered by laser or light emitting diode (LED), improves functional and morphological outcomes in a range of ...

Biologie

Time-Lapse Video Microscopy for Assessment of EYFP-Parkin Aggregation as a Marker for Cellular Mitophagy

Time-lapse video microscopy can be defined as the real time imaging of living cells. This technique relies on the collection of images at different time points. Time intervals can be set through a computer interface that controls the microscope-integrated camera. This kind of microscopy requires both the ability to acquire very rapid events and the signal generated by the observed cellular structure during these events. After the images have been collected, a movie of the entire experiment is assembled to show the dynamic of the molecular events of interest. Time-lapse video microscopy has a broad range of applications in the biomedical research field and is a powerful and unique tool for following the dynamics of the cellular events in real time. Through this technique, we can assess cellular events such as migration, division, signal transduction, growth, and death. Moreover, using fluorescent molecular probes we are able to mark specific molecules, such as DNA, RNA or proteins and follow them through their molecular pathways and functions. Time-lapse video microscopy has multiple advantages, the major one being the ability to collect data at the single-cell level, that make it a unique technology for investigation in the field of cell biology. However, time-lapse video microscopy has limitations that can interfere with the acquisition of high quality images. Images can be compromised by both external factors; temperature fluctuations, vibrations, humidity and internal factors; pH, cell motility. Herein, we describe a protocol for the dynamic acquisition of a specific protein, Parkin, fused with the enhanced yellow fluorescent protein (EYFP) in order to track the selective removal of damaged mitochondria, using a time-lapse video microscopy approach.

Herein, we describe in detail a time-lapse video microscopy approach to measuring the temporal recruitment of EYFP-Parkin during the selective removal of damaged mitochondria. This dynamic process of EYFP-Parkin-dependent removal of damaged mitochondria can be used as an indicator of cellular health under different experimental conditions.

Zeitraffer-Video-Mikroskopie für die Beurteilung der EYFP-Parkin Aggregation als Marker für Cellular Mitophagie

Time-lapse video microscopy can be defined as the real time imaging of living cells. This technique relies on the collection of images at different time ...