马格达莱纳河Szczerbowska-Boruchowska,一个*乔安娜•Chwiej一个保罗•杜马斯b芭芭拉Tomikc Dariusz Adamekc和Marek Lankosz一个
一个学院物理与应用计算机科学,哎呀科技大学,克拉科夫,波兰。电子邮件:(电子邮件保护)
b苏蕾同步加速器、L 'Orme des Merisiers BP 48 f - 91192温度Cedex,法国
c安大学神经病学研究所,医学院,克拉科夫,波兰
介绍
肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)是一种致命的,进步的,神经退行性疾病。它发生零星和大约10 - 15%的情况下作为一种家族性疾病。1ALS的主要标志是运动神经元的损失从选定地区的中枢神经系统组织(脊髓腹角,皮质和脑干)及其症状与进步的弱点和骨骼肌萎缩。然而,疾病的病因仍然不明。虽然,有一群相互作用过程被怀疑导致神经细胞的萎缩和死亡的肌萎缩性侧索硬化症。这些都是:氧化应激、线粒体功能障碍,会和蛋白质聚合。此外,突变基因编码铜/ Zn-superoxide歧化酶在10 - 25%的家族例ALS。1虽然组患者患有肌萎缩性侧索硬化症随症状,进步,疾病的持续时间等,零星的和家族性障碍的情况下无法区分基于他们的临床和病理特征。由于这个原因,预计零星发生的病理机制是相同的和家庭例ALS。
先前我们已经调查过的地形和定量的变化分布在脊髓微量金属ALS病人和控制。2x射线荧光显微镜是用来研究金属性质和分布在单个神经细胞。更深入地理解ALS需要关注神经退化过程的生物化学变化发生在神经组织的障碍。为了这个目的,我们有一个红外显微镜进行研究。半岛综合体育官方APP下载德甲而金属建议ALS的发病机制中发挥关键作用,他们通常不发生在组织自由离子。这导致金属离子的复杂机制的存在缓冲,保护细胞免受毒性作用。金属体内平衡是由几个蛋白质。这种蛋白质含有金属辅因子称为金属离子。1
此外,金属痕迹可能诱导蛋白质聚集许多神经退行性疾病的共同特点,如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和朊病毒疾病。3斑块和神经元纤维缠结在阿尔茨海默病是由β-淀粉样蛋白和τ蛋白,分别。α-突触核蛋白是蛋白质与帕金森病密切相关,这种疾病的主要组成部分的特点:路易小体。Cytoplasmatic夹杂物的不同类型(Bunina身体,透明“球”,路易身体,就像和skein-like夹杂物)中观察到的肌萎缩性侧索硬化症运动神经元。就像上面提到的,不同的蛋白质聚集在ALS的情况下被发现。然而,没有人是典型的(或相关)的形式障碍或疾病的阶段。4虽然上述神经退行性疾病都与不同的蛋白质,纤维显示,在不同的病理,相似性的结构特点。5通常,丝有淀粉样蛋白的分子精细结构。amyloid-like纤维的直径大约10 nm演示穿过β结构和染色性能特征。6
组织和细胞的有机成分可以令人满意地决定使用傅里叶变换红外(ir)显微镜。半岛综合体育官方APP下载德甲这种技术结合了红外光谱和显微镜,使生化成分的确定,在小半岛综合体育官方APP下载德甲样本地区。红外光谱可以识别特半岛综合体育官方APP下载德甲定的分子官能团与特定的有机材料。7傅立叶变换红外显微镜是半岛综合体育官方APP下载德甲一个独特的资源提供一个全球分析生物样品的有机质含量(蛋白质、脂类、碳水化合物、核酸)。8关于肌萎缩性侧索硬化症研究、信息收集的傅立叶变换红外光谱技术可以解决氧化应激和细胞凋亡在ALS的作用,线粒体功能障碍,增加脂质过氧化反应,抗氧化防御系统酶的活性的变化。特别重要的神经退行性疾病和肌萎缩性侧索硬化症,是傅立叶变换红外光谱可以提供独特的分子结构的信息,主要用于确定蛋白质的二级结构。半岛综合体育官方APP下载德甲9傅立叶变换红外显微镜技术提供新半岛综合体育官方APP下载德甲的见解的理解生化机制,继续在肌萎缩性侧索硬化症。二维映射和成像能力尤为重要,提供几微米横向空间分辨率。因此,使用傅立叶变换红外显微镜的研究兴趣不断增强医学研究,包括神经障碍。半岛综合体育官方APP下载德甲
材料和方法
红外光谱测量进行胸脊髓的一个示例。采集标本的解剖的65岁女性病人死去的肌萎缩性脊髓侧索硬化症。疾病的持续时间是13个月从ALS症状出现到死亡。没有其他障碍在她的病史以及积极的ALS的家族史。她已经接受该药治疗的2001年10月以来利鲁唑。女人被诊断明确,零星的肌萎缩性脊髓侧索硬化症(根据El堆渣场标准,1998年)10球开始。临床诊断证实了肌电图检查。
脊髓标本的组织病理学检查显示运动神经元的重大损失。此外,ubiquitin-positive夹杂物被发现在所有ALS脊髓前角。他们通常在小细胞质Bunina-body-like或skein-type存款的形式。
调查使用傅立叶变换红外显微镜标本都是选cryosectioned (-30°C)的厚度20µm。半岛综合体育官方APP下载德甲从每个部分一片沾hematoxyline-eosin,另一个用于使用傅立叶变换红外显微镜测量。半岛综合体育官方APP下载德甲红外分析的片安装在超纯,超薄聚合物AP1 (Moxtek)箔,然后冷冻干燥。
红外光谱测量在吸引(法国奥赛)海市蜃楼SA5同步加速器beamline。传统的红外热(碳硅棒)源也用于大面积映射在低空间分辨率。IR microspectroscopic地图收集在传输模式中使用一个红外显微镜(NicPlan,那些时光)热Nicolet耦合到傅立叶变换红外光谱仪(550年岩浆,Thermo-Nicolet)。红外显微镜是配备了电动样品阶段(精度1µm)和液态氮冷却碲化镉汞(MCT)检测器。分析和地图生成是通过使用一个样本的投影面积18µm×18µm和10µm的步长。每个光谱从100年收购积累8厘米1光谱分辨率。数据采集和处理进行了使用那些时光)(热Nicolet Omnic软件。
结果
的傅立叶变换红外光谱分析生物分子在该地区进行脊髓腹角的。组织区域映射到生成二维图像的主要生物分子。可见的微观扫描区域的ALS示例如图1所示。红外映射在黑暗区域包含了包容。观察夹杂物的大小大约是50µmµm×100。傅立叶变换红外吸收光谱收集在这个区域显示特定振动乐队没有出现在光谱记录之外的包容。在图2中,包含的傅立叶变换红外光谱的比较及其周边区域所示。吸收峰的作业经常观察到生物材料的傅立叶变换红外光谱报告在表1。11未知化合物的光谱,谱减法的记录从内部夹杂物-频谱记录之外的包容,提交到数据库搜索,肌酸显然是确定的(参见图3)。典型的肌酸的吸收光谱如图3所示。考虑到数量之间的相关性,位置和相对强度的谱带,识别未知的复合肌酸是明确的。
表1。试探性的作业带频率典型的生物分子。
| 频率(cm1) | 赋值 |
| 3400 - 3200 | 哦,str |
| ~ 3300 | - h str(蛋白质、酰胺) |
| ~ 3070 | B - h str(蛋白质、酰胺) |
| ~ 2955 | CH3asym str(脂质) |
| ~ 2925 | CH2asym str(脂质) |
| ~ 2850 | CH2信谊str(脂质) |
| 1750 - 1720 | C = O str(酯脂质) |
| ~ 1655 | 酰胺我:公司str, CN str, NH弯曲(蛋白质) |
| ~ 1545 | 酰胺二世:NH弯曲,CN str(蛋白质) |
| ~ 1460 | CH2sciss;CH3asym弯曲(脂质) |
| ~ 1380 | CH3对称弯曲(脂质) |
| ~ 1300 | 酰胺III: CN str, NH弯曲,str, O =碳氮弯曲(蛋白质) |
| 1260 - 1220 | 阿宝2asym str(核酸艾滋病) |
| ~ 1170 | CO-O-C反对称拉伸(脂) |
| ~ 1085 | 阿宝2信谊str(核酸艾滋病) |
化学图像基于某种特征吸收带的肌酸(2800厘米1,1400厘米1和1310厘米1)是显示在图4。肌酸沉积于红外光谱的形状生成地图完全相关的光学图像暗纳入组织部分。半岛综合体育官方APP下载德甲这表明co-localisation肌酸与包容的组织部分。肌酸是一个关键的组件在维持细胞内稳态能量,这些发现可能被解释为一种机制受损的神经元死亡级联ALS的能量代谢。
讨论
结果清楚地表明肌酸的存在存款在ALS脊髓组织部分。然而,这种相对大额存款的发生尚不清楚。不同类型的夹杂物,包括Bunina身体,巨大的透明,Lewy-body-like夹杂,ubiquitinated夹杂物被发现在ALS的情况下组织病理学的幻灯片。4肌酸在这些研究中没有观察到夹杂物。微晶的肌酸被英勇的检测et al。利用红外显微镜在转基因小鼠表达双重突变(半岛综合体育官方APP下载德甲K670N / M671L和V717F)与先进的斑块病理。12相对较大的肌酸存款被这组还发现人类大脑海马部分事后阿尔茨海默病。
肌酸通常是存在于人体和维持细胞能量体内平衡是一个重要的组成部分。肌酸激酶(CK)及其基质肌酸和磷酸肌酸构成的一个复杂的细胞能量缓冲和交通系统连接网站的能源生产(线粒体)网站的能源消耗。13可逆的互变现象的肌酸磷酸肌酸,CK构建了一个庞大的迅速扩散磷酸肌酸对时间和空间的缓冲ATP水平。因此,CK在组织中起着特别重要的作用大,波动的能源需求像肌肉和大脑,与线粒体的CK同工酶对氧化组织的能量很重要。14
有很多相关的致病机制触发分子事件,导致神经元死亡。15报道一个假定的机制中发挥重要作用的发病机理和发展神经系统疾病的主要和/或次要机制神经元死亡级联是能量代谢受损。这是由于呼吸链或异常改变超氧化物歧化酶,导致活性氧的生成,精力充沛的状态恶化,最后坏死和凋亡细胞死亡。16线粒体功能障碍是缺血/再灌注损伤的指标之一,许多神经肌肉营养不良以及神经退行性或其他与年龄相关的疾病。16,17,18,19异常细胞溶质/膜CK的分区,以及CK失活,观察在肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)。20.
如果减少能量存储在神经元中发挥作用,那么治疗策略,缓冲细胞内能量水平可能阻止或妨碍神经退化过程。肌酸的政府报告在广泛的神经保护两个急性和慢性神经系统疾病实验模型,例如肌萎缩性侧索硬化症。21CK系统的支持作用在这些疾病的保护作用是补充肌酸所观察到的一些研究,包括肌萎缩性脊髓侧索硬化症的动物模型。21
使用傅立叶变换红外显微镜获得的结果可能反映了异常creatine-dependent反应。半岛综合体育官方APP下载德甲进一步研究肌萎缩性侧索硬化症之间的联系和肌酸存款在中枢神经系统组织因此是必要的。
确认
这项工作是由科技部支持高等教育(波兰华沙)和诱惑实验给予我017 - 03。
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