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.2011年3月16日；31(11):4166-77.
doi:10.1523/JNEUROSCI.4184-10.2011。

hSOD1G³A转基因ALS小鼠的皮质脊髓运动神经元和相关的脑下投射神经元发生早期特异性神经变性

P Hande Ozdinler先生 1, 苏珊娜·本恩, 泰德·H·山本, 我的古泽尔, 小罗伯特·H·布朗, 杰弗里·德·麦克利斯
附属公司

hSOD1G³A转基因ALS小鼠的皮质脊髓运动神经元和相关的脑下投射神经元发生早期特异性神经变性

P Hande Ozdinler公司等。 神经科学. .

摘要

肌萎缩侧索硬化症（ALS）的特点是大脑皮层的皮质脊髓/皮质球运动神经元（CSMN；“上部运动神经元”）和脊髓和脑干的脊髓/球运动神经元的脆弱性和中枢变性。越来越多的证据表明，在选定的病例中，认知、感觉和联想系统的大脑皮层病理范围更广。目前尚不清楚广泛接受的转基因ALS模型，尤其是hSOD1（G93A）小鼠，是否会发生CSMN和非运动投射神经元的分子/发育密切相关群体的退化[例如，其他脑下投射神经元（SCPN）]，以及潜在的CSMN/SCPN退化是否具有特异性和早期性。这些ALS模型小鼠对上运动神经元病理学的相对缺乏阻碍了对ALS的分子-病理生理学理解及其在潜在CSMN治疗方法中的应用。在此，通过解剖、细胞、转基因标记和新获得的神经元亚型特异性分子分析，我们确定CSMN和相关非运动SCPN在hSOD1（G93A）小鼠中特异性和进行性退化。在出生后第30天，退化开始得很早，且为症状前期。其他新皮质层、皮质中间神经元和其他投射神经元群，即使在第五层内，也没有受到类似的影响。新皮质（活化星形胶质细胞和小胶质细胞）的非神经元病理学与人类ALS皮质以及受影响的小鼠和人类脊髓的发现一致。这些结果表明先前未知的CSMN/感觉和关联SCPN的神经元类型特异性脆弱性，并确定hSOD1（G93A）小鼠中具有特征性的双重CSMN和SMN变性是保守的。这些结果为详细研究CSMN/SCPN的易损性和潜在的CSMN治疗ALS提供了基础。

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数字

图1。
图1。
hSOD1中CSMN进行性退化G93A公司老鼠。A类，实验设计示意图。重量，hSOD1G93A公司和hSOD1重量用荧光金（FG）注射液逆行标记小鼠，在P30（症状前）、P60（症状性）和P120（终末期）进行分析。在一组实验中，在P50逆行标记CSMN，并在P120（#）进行分析。B类，逆行标记的CSMN位于运动皮层V层，显示出明显的CSMN形态（插图）。C类,D类共聚焦分析显示CSMN/SCPN特异性（新皮质内）转录因子CTIP2的共定位(C类)和排除排除了CSMN的转录因子LMO4(D类)在逆行标记的CSMN中。E类,F类、WT、hSOD1运动皮层的可比较且具有代表性的冠状切片重量和hSOD1G93A公司P30时的小鼠(E类)第120页(F类). 相邻面板中的装箱区域被放大，以显示反向标记的CSMN。G公司，WT中CSMN体平均直径的条形图表示，hSOD1重量和hSOD1G93A公司P30、P60和P120的小鼠。H（H），WT中每20×场CSMN平均数的条形图表示，hSOD1重量和hSOD1G93A公司小鼠处于P30、P60和P120。在P50逆行标记并在P120分析的CSMN标记为“#”。比例尺：C类，40微米；D类，50微米。数据表示为平均值±SEM*第页< 0.05; **第页< 0.0001;G公司,H（H）Bonferroni检验之前进行双向方差分析。
图2。
图2。
CSMN死亡是通过细胞凋亡发生的。A类，P30，hSOD1重量小鼠表现出健康的CSMN细胞核(我–iv（四）)而hSOD1中的核固缩可观察到凋亡G93A公司CSMN公司(我'–iv’，箭头）。装箱区域(我–iv（四）,我'–iv’)在低倍图像中，图像被放大到右侧。B类，在P60时，许多hSOD1中CC-3表达增加G93A公司CSMN，但在hSOD1中未检测到重量CSMN公司。C类在P120，运动皮层，特别是第V层的尼塞尔染色分析显示hSOD1第V层大锥体神经元的正常补体重量运动皮层(我,ii（ii）)但hSOD1显著减少G93A公司运动皮层(我',ii’). 装箱区域(我–ii’)在低倍图像中，图像被放大到右侧。D类，WT、hSOD1中P30、P60和P120处具有固缩核的CSMN百分比的条形图表示重量和hSOD1G93A公司老鼠。E类，表达CC-3的CSMN在WT、hSOD1中P30、P60和P120的百分比的条形图表示重量和hSOD1G93A公司老鼠。
图3。
图3。
退化是CSMN和SCPN特有的。A类–E类,现场杂交分析费兹夫2(A类),Cry-mu公司(B类),树脂D1(C类),Cux2型(D类)、和免疫球蛋白4(E类)hSOD1的冠状切片重量和hSOD1G93A公司第120页的皮层。装箱区域(i–iv)在低倍图像中，图像向右放大；罗马数字表示运动皮层的层次。费兹夫2(A类)在运动皮层第五层高水平表达(我)和非机动区域(三)仅在hSOD1中重量老鼠。费兹夫2运动皮层（CSMN）的表达显著减少(ii（ii）)以及皮层的非运动区（SCPN）(iv（四）)单位：hSOD1G93A公司老鼠。Cry-mu公司(B类)在hSOD1的CSMN中高水平表达重量老鼠(我)、和Cry-mu公司hSOD1的表达显著降低G93A公司老鼠(ii（ii）).树脂D1(C类)和Cux2型(D类)都在新皮质浅层神经元群中表达，hSOD1之间没有差异重量和hSOD1G93A公司老鼠。免疫球蛋白4(E类)CSMN高水平表达，皮层II/III层和VI层神经元低水平表达；hSOD1型重量小鼠表现出正常的CSMN补体。相反，hSOD1G93A公司老鼠的数量要少得多免疫球蛋白4-在V层表达神经元，而其他神经元群体不受影响，进一步证实了CSMN变性的特异性。F类，FoxP2在皮层最深层VI中表达，在hSOD1之间没有变化重量和hSOD1G93A公司老鼠。G公司LMO4的表达通常由V层胼胝体投射神经元、中间神经元和其他群体表达，但不包括在V层CSMN中，在hSOD1之间没有变化重量和hSOD1G93A公司P120时的小鼠(我,ii（ii）)增强了hSOD1运动皮层V层CSMN变性的特异性G93A公司老鼠。
图4。
图4。
hSOD1中的皮层中间神经元群也不会发生类似的退化G93A公司老鼠。A类–C类，在hSOD1中定量PV阳性中间神经元G93A公司和WT小鼠皮层P120。大脑皮层被分成三个相等的区域，每个区域都有少量阳性神经元。A类两例hSOD1典型病例冠状切片的PV免疫细胞化学G93A公司小鼠皮层；PV阳性中间神经元数量最多的一个（顶部）和PV阳性中央神经元数量最少的另一个（底部）。B类，PV免疫细胞化学在典型WT小鼠冠状皮质切片中的表达。C类，条形图显示WT和hSOD1皮质每个扇区中PV阳性神经元的总数G93A公司老鼠。D类,E类，中间神经元的细胞形态在hSOD1之间没有变化G93A公司(D类)和WT小鼠(E类)，没有神经元变性的迹象。
图5。
图5。
hSOD1中观察到星形胶质细胞增生和微胶质细胞增生G93A公司老鼠。A类–我，hSOD1运动皮层星形胶质细胞增生G93A公司P30小鼠(A–C)，第60页(D类,E类)和第120页(G–I). 低放大率图像中的方框区域被放大到右侧。尽管在hSOD1中观察到进行性CSMN变性G93A公司P30至P60的小鼠(B类,C类,E类,F类)和P120(B类,C类,E类,F类,H（H）,我)，激活的星形胶质细胞随后通过GFAP表达首次检测到，如图P120所示(H（H）,我). 星形胶质细胞增生症对hSOD1具有特异性G93A公司小鼠和hSOD1重量小鼠在P120没有显示活化的星形胶质细胞(J–L). 类似地，活化的小胶质细胞仅在hSOD1中通过CD68的表达检测到G93A公司皮层(M（M）)而不在hSOD1中重量皮层(N个)第120页。
图6。
图6。
Thy1-YFP皮质脊髓束变性；hSOD1型G93A公司老鼠。A类，使用Thy1-YFP转基因小鼠繁殖hSOD1转基因小鼠，以可视化hSOD1.中的CSTG93A公司和hSOD1重量老鼠。Thy1-YFP转基因小鼠大脑皮层和脊髓示意图，其中CST通过脊髓中的YFP荧光显示。用50μm厚的单轴切片研究脊髓的颈段和腰椎段(我,三). 胸椎采用矢状切面；为了确定胸段CST的整个范围，所有包含CST轴突的150μm厚的矢状截面都被数字化折叠成一个二维图像(ii（ii）).B类，Thy1-YFP；hSOD1型G93A公司和Thy1-YFP；hSOD1型重量小鼠（Thy1-YFP和hSOD1的半合子G93A公司基因）由Thy1-YFP小鼠和hSOD1连续繁殖产生G93A公司或hSOD1重量小鼠。Thy1-YFP；使用WT小鼠作为对照。C–E类，插图(Ci公司,迪,工程安装,Ciii公司,迪伊,Eiii公司)显示背索的高放大视图，表明CST轴突位于颈部(我)和腰部(三)脊髓的部分。C类，在P120，CST在Thy1-YFP中未显示任何退化迹象；hSOD1型重量老鼠。颈部CST正常(我)，胸部(ii（ii）)、和腰椎(三).D类,E类，在Thy1-YFP中；hSOD1型G93A公司小鼠的CST变性在P60和P120之间最为显著。宫颈实质性缺失(迪)和胸部(迪伊)P120引起的CST轴突，以及Thy1-YFP中腰椎脊髓的神经支配急剧减少至缺失；hSOD1型G93A公司P120时的小鼠(迪伊).
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