Индукция материнской иммунной активации у мышей в середине беременности Стадии с вирусными Mimic Poly (I: C)
Summary
Maternal immune activation (MIA) is a model for an environmental risk factor of autism and schizophrenia. The goal of this article is to provide a step-by-step procedure of how to induce MIA in the pregnant mice in order to enhance the reproducibility of this model.
Abstract
Maternal immune activation (MIA) model is increasingly well appreciated as a rodent model for the environmental risk factor of various psychiatric disorders. Numerous studies have demonstrated that MIA model is able to show face, construct, and predictive validity that are relevant to autism and schizophrenia. To model MIA, investigators often use viral mimic polyinosinic:polycytidylic acid (poly(I:C)) to activate the immune system in pregnant rodents. Generally, the offspring from immune activated dam exhibit behavioral abnormalities and physiological alterations that are associated with autism and schizophrenia. However, poly(I:C) injection with different dosages and at different time points could lead to different outcomes by perturbing brain development at different stages. Here we provide a detailed method of inducing MIA by intraperitoneal (i.p.) injection of 20 mg/kg poly(I:C) at mid-gestational embryonic 12.5 days (E12.5). This method has been shown to induce acute inflammatory response in the maternal-placental-fetal axis, which ultimately results in the brain perturbations and behavioral phenotypes that are associated with autism and schizophrenia.
Introduction
Понятие материнской иммунной активации (МВД) берет свое начало из эпидемиологических исследований по ассоциации материнской инфекции с аутизмом и шизофренией 1. Из – за отсутствия обнаруживаемых реплицирующихся вирусных патогенов в плаценте или головного мозга плода после материнской вирусной инфекции 2,3, влияние инфекции на потомстве гипотетически быть вызвано активацией материнской иммунной системы , а не самих патогенных микроорганизмов ,
Для выяснения причинно-следственной связи между МВД и психическими расстройствами, инъекции химически синтезированного, вирусный мимической двухцепочечная РНК полиинозиновая: полицитидиловая кислоты (поли (I: C)) в беременных грызунов широко используется в качестве животной модели для МВД 4,5. Поли (I: С) признается Толлем-подобный рецептор 3 (TLR3) и системное введение поли (I: С) индуцирует вирусоподобные острой воспалительной реакции. Одним из механизмов, с помощью которых поли (I: С) прoduces поведенческие аномалии и невропатологий у потомства, вызывая дисбаланс про- и противовоспалительных цитокинов в оси материнской-плацентарного-фетальной 6. Несколько групп приняли модель МВД , чтобы понять этиологию психических расстройств 7, и в связи с различными интересами среди исследовательских групп, различные моменты времени иммунной активации были использованы для достижения различных возмущений на развитие мозга и поведения 7.
Лаборатория Пол Х. Паттерсон из Калифорнийского технологического института принимает стратегию инъекций поли (I: C) в беременных мышей в эмбриональные 12,5 дней (E12.5), который успешно продемонстрировал, что МВД способно вызвать поведенческие, неврологические, и иммунологические изменения у потомства, которые связаны с аутизмом и шизофренией 8-11. Наши предыдущие работы показывают , что МВД потомство отображать поведенческие отклонения (например, социальные impairmenт, дефицит общения, повторяющееся поведение, тревога типа поведения, и латентный дефицит ингибирования 8,10,12), иммунной дисрегуляции и цитокины дисбаланс 8,13,14, изменение экспрессии гена фетального мозга 15, потеря клеток Пуркинье в дольки VII мозжечка 11, изменения синаптических свойств в гиппокампе 9 генов х окружающей среды взаимодействия 13, изменение проницаемости кишечника и кишечную флору композиции 16. Кроме того, терапевтические и профилактические стратегии также разработаны с этой моделью системы 13,16,17. По индукции МВД на E12.5, другие показали , что МВД производит плода активации микроглии и холинергической изменения развития в базальных отделах переднего мозга 18, штамм специфического взаимодействия 19, мозг церебральный синаптосомальных ультраструктурным аномалии, церебральный дыхательной цепи митохондрий гиперфункции abnormalties, понижающей регуляции мозговых молекул синаптосомальных 17 ,депрессивно-как поведение, нарушения в познании и гиппокампа долговременной потенциации (LTP), а также дефицит взрослых гиппокампа нейрогенеза 20.
Здесь мы приводим детальный метод, как индуцировать MIA на E12.5 поли (I: C), а также парадигм, как применить эту модель для изучения этиологии аутизма и шизофрении. Важно отметить , что МВД является фактором риска для различных расстройств , 4 -х , и его результаты чрезвычайно чувствительны к тому времени , и метод индукции, а также земледелии беременных плотин. Таким образом, даже незначительные несоответствия между лабораториями часто приводят к низкой воспроизводимости и / или различных фенотипов в потомстве. Наш метод разработан специально для тех, кто заинтересован в изучении МВД как фактор риска для окружающей среды аутизм и шизофрения, а также подробное описание при условии, поможет исследователям улучшить воспроизводимость своих данных.
Protocol
Representative Results
Discussion
МИА индукция в разных временных окнах возмущает различные события развития мозга у грызунов, а следовательно, приводит к различным поведенческим отклонениям и невропатологий в потомстве. Здесь мы описали протокол для индукции MIA у мышей с поли (I: C) инъекции в E12.5. Этот метод индукции МВ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы почтить покойного д-ра Пола Х. Паттерсон за его вклад в прогресс модели МВД, аутизм и шизофрения исследования. Мы признаем Саркис К. Mazmanian за его большую поддержку по этому протоколу; Рубен М. Байон, Иветт Гарсия-Флорес, Карен С. Ленсиони, и Лесли А. Нейман об административной помощи; Али Khoshnan и Ян К. Ко за помощь в съемках фильма; Элейн Ю. Сяо и Наталья Малкова за их советы по MIA индукции; Джеффри С. Cochrane, Хоакин Гутьеррес, Kwan Ф. Ли, Хайме Родригес, Lorena C. Сандоваль, и Натали А. Вердуско для их экспертного животноводства. Эта работа была поддержана NIH Conte Center Award (NIH 5P50MH086383-04, Пола Х. Паттерсон); Аутизм Говорит (# 7670, Пола Х. Паттерсон); Simons Foundation (# 322839, к Саркис К. Мазманян); NIH Обучение Грант (NIH / NRSA T32GM07616 К.-HC); Калифорнийский технологический институт Летний Бакалавриат Исследования Fellowship (SURF) (в ZY); Amgen Программа Ученых в Калифорнийском технологическом институте (в ZY); и докторантуру фром Национальный научный совет, Тайвань (NSC 101-2917-I-564-039, чтобы W.-LW).
Materials
| Polyinosinic–polycytidylic acid potassium salt | SIGMA | P9582 | |
| 0.9% sodium chloride INJ. USP | HOSPIRA | NDC 0409-4888-10 | |
| MONOJECT insuline syrinage 3/10 mL 29G x 1/2" | COVIDIEN | 8881600145 | |
| 50 ml conical screw cap tubes | USA SCIENTIFIC | 1500-1211 | |
| Nanodrop 1000 spectrophotometer | THERMO SCIENTIFIC | 1000 | Optional |
| Stereomicroscope | Wild Heerbrugg | M5A | Optional |
| Dumont #5 Forceps Inox Tip Size .10 X .06mm | Roboz | RS-5045 | Optional |
| RNAlater RNA stabilization reagent | Qiagen | 76104 | Optional |
| TRIzol reagent | Life Technologies | 15596-026 | Optional |
| RQ1 Rnase-free DNase | Promega | M610A | Optional |
| iScript cDNA synthesis kit | Bio-Rad | 170-8891 | Optional |
| FastStart universal SYBR green master mix with ROX | Roche | 4913922001 | Optional |
| Real-time PCR | ABI | 7300 | Optional |
| Primer: Il6 forward | Life Technologies | TAGTCCTTCCTACCCCAATTTCC | Optional |
| Primer: Il6 Reverse | Life Technologies | TTGGTCCTTAGCCACTCCTTC | Optional |
| Primer: beta-actin forward | Life Technologies | AGAGGGAAATCGTGCGTGAC | Optional |
| Primer: beta-actin Reverse | Life Technologies | CAATAGTGATGACCTGGCCGT | Optional |
| MicroAmp optical 96-well reaction plate | Life Technologies | 4306737 | Optionl |
| MicroAmp optical adhesive film | Life Technologies | 4311971 | Optionl |
| EthoVision | Noldus | EthoVision | Optionl |
| SR-LAB apparatus (PPI) | San Diego Instruments | SR-LAB | Optionl |
| Marbles | PENN-PLAX | Blue gem stones marbles | Optionl |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Life Technologies | 21600-069 | Optionl |
| Paraformaldehyde | MACRON | 2621-59 | Optionl |
| Vibratome | Leica | VT1000 S | Optionl |
| Sodium azide | Sigma | S2002 | Optionl |
| Triton x-100 | Sigma | X100 | Optionl |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma | 18312 | Optionl |
| Goat serum | Vector Laboratories | S-1000 | Optionl |
| Rabbit anti-calbindin antibody | Abcam | ab11426 | Optionl |
| Biotinlyated goat anti-rabbit IgGantibody | Vector Laboratories | BA-1000 | Optionl |
| VECTASTAIN ABC Kit | Vector Laboratories | PK-4000 | Optionl |
References
- Brown, A. S. Epidemiologic studies of exposure to prenatal infection and risk of schizophrenia and autism. Dev Neurobiol. 72 (10), 1272-1276 (2012).
- Fatemi, S. H. et al. The viral theory of schizophrenia revisited: abnormal placental gene expression and structural changes with lack of evidence for H1N1 viral presence in placentae of infected mice or brains of exposed offspring. Neuropharmacology. 62 (3), 1290-1298 (2012).
- Shi, L., Tu, N., & Patterson, P. H. Maternal influenza infection is likely to alter fetal brain development indirectly: the virus is not detected in the fetus. Int J Dev Neurosci. 23 (2-3), 299-305 (2005).
- Knuesel, I. et al. Maternal immune activation and abnormal brain development across CNS disorders. Nat Rev Neurol. 10 (11), 643-660 (2014).
- Meyer, U. Prenatal poly(i:C) exposure and other developmental immune activation models in rodent systems. Biol Psychiatry. 75 (4), 307-315 (2014).
- Meyer, U., Feldon, J., & Yee, B. K. A review of the fetal brain cytokine imbalance hypothesis of schizophrenia. Schizophr Bull. 35 (5), 959-972 (2009).
- Boksa, P. Effects of prenatal infection on brain development and behavior: a review of findings from animal models. Brain Behav Immun. 24 (6), 881-897 (2010).
- Hsiao, E. Y., McBride, S. W., Chow, J., Mazmanian, S. K., & Patterson, P. H. Modeling an autism risk factor in mice leads to permanent immune dysregulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (31), 12776-12781 (2012).
- Ito, H. T., Smith, S. E., Hsiao, E., & Patterson, P. H. Maternal immune activation alters nonspatial information processing in the hippocampus of the adult offspring. Brain Behav Immun. 24 (6), 930-941 (2010).
- Smith, S. E., Li, J., Garbett, K., Mirnics, K., & Patterson, P. H. Maternal immune activation alters fetal brain development through interleukin-6. J Neurosci. 27 (40), 10695-10702 (2007).
- Shi, L. et al. Activation of the maternal immune system alters cerebellar development in the offspring. Brain Behav Immun. 23 (1), 116-123 (2009).
- Hsiao, E. Y., & Patterson, P. H. Activation of the maternal immune system induces endocrine changes in the placenta via IL-6. Brain Behav Immun. 25 (4), 604-615 (2011).
- Wu, W. L. et al. The interaction between maternal immune activation and alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor in regulating behaviors in the offspring. Brain Behav Immun. (2015).
- Garay, P. A., Hsiao, E. Y., Patterson, P. H., & McAllister, A. K. Maternal immune activation causes age- and region-specific changes in brain cytokines in offspring throughout development. Brain Behav Immun. 31 54-68 (2013).
- Garbett, K. A., Hsiao, E. Y., Kalman, S., Patterson, P. H., & Mirnics, K. Effects of maternal immune activation on gene expression patterns in the fetal brain. Transl Psychiatry. 2 e98 (2012).
- Hsiao, E. Y. et al. Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders. Cell. 155 (7), 1451-1463 (2013).
- Naviaux, R. K. et al. Antipurinergic therapy corrects the autism-like features in the poly(IC) mouse model. PLoS One. 8 (3), e57380 (2013).
- Pratt, L., Ni, L., Ponzio, N. M., & Jonakait, G. M. Maternal inflammation promotes fetal microglial activation and increased cholinergic expression in the fetal basal forebrain: role of interleukin-6. Pediatr Res. 74 (4), 393-401 (2013).
- Schwartzer, J. J. et al. Maternal immune activation and strain specific interactions in the development of autism-like behaviors in mice. Transl Psychiatry. 3 e240 (2013).
- Khan, D. et al. Long-term effects of maternal immune activation on depression-like behavior in the mouse. Transl Psychiatry. 4 e363 (2014).
- Workman, A. D., Charvet, C. J., Clancy, B., Darlington, R. B., & Finlay, B. L. Modeling transformations of neurodevelopmental sequences across mammalian species. J Neurosci. 33 (17), 7368-7383 (2013).
- Abazyan, B. et al. Prenatal interaction of mutant DISC1 and immune activation produces adult psychopathology. Biol Psychiatry. 68 (12), 1172-1181 (2010).
- Meyer, U. et al. Adult behavioral and pharmacological dysfunctions following disruption of the fetal brain balance between pro-inflammatory and IL-10-mediated anti-inflammatory signaling. Mol Psychiatry. 13 (2), 208-221 (2008).
- Vuillermot, S. et al. Prenatal immune activation interacts with genetic Nurr1 deficiency in the development of attentional impairments. J Neurosci. 32 (2), 436-451 (2012).
- Bechard, A., Nicholson, A., & Mason, G. Litter size predicts adult stereotypic behavior in female laboratory mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 51 (4), 407-411 (2012).
- Harvey, L., & Boksa, P. A stereological comparison of GAD67 and reelin expression in the hippocampal stratum oriens of offspring from two mouse models of maternal inflammation during pregnancy. Neuropharmacology. 62 (4), 1767-1776 (2012).
