מודל עכברוש של זיהום מוחי EcoHIV
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להקים מודל עכברוש חדש של זיהום HIV פעיל באמצעות HIV כימרי (EcoHIV), שהוא קריטי לשיפור ההבנה שלנו של מאגרים נגיפיים HIV-1 במוח ומציע מערכת לחקור הפרעות נוירוקוגניטיביות הקשורות ל- HIV ותחלואה נלווית (כלומר, שימוש בסמים).
Abstract
נחקר היטב כי מודל העכבר הנגוע EcoHIV הוא בעל תועלת משמעותית בחקירת סיבוכים נוירולוגיים הקשורים ל- HIV. הקמת מודל עכברוש נגוע EcoHIV למחקרים של שימוש בסמים והפרעות נוירוקוגניטיביות, יהיה מועיל במחקר של neuroHIV ו- HIV-1 הקשורים הפרעות נוירוקוגניטיביות (HAND). במחקר הנוכחי, אנו מדגימים את היצירה המוצלחת של מודל חולדה של זיהום HIV פעיל באמצעות HIV כימרי (EcoHIV). ראשית, המבנה lentiviral של EcoHIV נארז בתאי FT 293 תרבותיים במשך 48 שעות. לאחר מכן, המדיום המותנה היה מרוכז וטריטר. לאחר מכן, ביצענו זריקות סטראוטקסיות דו-צדדיות של EcoHIV-EGFP לתוך רקמת מוח עכברוש F344/N. שבוע לאחר ההדבקה, אותות פלואורסצנטיים EGFP זוהו ברקמת המוח הנגועה, המציין כי EcoHIV בהצלחה גורם לזיהום HIV פעיל בחולדות. בנוסף, בוצעה חיסון עבור סמן התא המיקרוגליאלי, Iba1. התוצאות הצביעו על כך שמיקרוגליה היו סוג התא השולט ב-EcoHIV. יתר על כן, חולדות EcoHIV הציגו שינויים בעיבוד הטמפורלי, מנגנון נוירו-התנהגותי פוטנציאלי של HAND, כמו גם תפקוד סינפטי שמונה שבועות לאחר ההדבקה. באופן קולקטיבי, המחקר הנוכחי מרחיב את מודל EcoHIV של הידבקות ב- HIV-1 לחולדה המציעה מערכת ביולוגית בעלת ערך לחקר מאגרים נגיפיים HIV-1 במוח, כמו גם HAND ותחלואה נלווית כגון שימוש בסמים.
Introduction
מערכות ביולוגיות שיפרו את ההבנה שלנו של הפרעות נוירוקוגניטיביות הקשורות HIV-1 (HAND) ואת המנגנונים העצביים הבסיסיים שלהם2. קביעת איזו מערכת ביולוגית מתאימה ביותר לכל מחקר נתון תלויה לעתים קרובות בשאלת הריבית2. המגבלה של מגוון המודלים המארחים של בעלי חיים מאתגרת מחקרים על התפתחות מחלת HIV-1. כדי לחקור HIV-1 שכפול ויראלי פתוגנזה, אשלג ואח‘3 יצר מודל העכבר של זיהום פעיל HIV-1, החלפת אזור הקידוד של גליקופרוטאין מעטפת משטח HIV, gp120, עם gp80 MLV ecotropic, אשר הוביל שכפול ויראלי מוצלח בעכברים4. לאחר זריקות וריד הזנב בעכברים HIV כימרי (EcoHIV), מאפיינים רבים נצפו דומים לאלה של אנשים seropositive HIV-1 (למשל, לימפוציטים נגועים מקרופאגים, ממוקד לתגובות חיסוניות אנטי ויראליות, ודלקת3,5,6).
למרות עכברים וחולדות הם שניהם חברים של Muridae, הבדלים מינים בסיסיים עשויים להשפיע על התאמתם לשאלות ניסיוניות ספציפיות7. לכן, ההרחבה של מודל זיהום EcoHIV לחולדות (נפוץ במחקרים של שימוש בסמים והפרעות נוירוקוגניטיביות) יהיה יתרון במחקר של neuroHIV. לדוגמה, גודלם הגדול יותר הופך את השתלת הקטטר הצווארי להליכי ניהול עצמי של תרופות למעשית יותר8. טכניקות ניהול עצמי סמים בחולדות נוצלו כדי להעריך את המוטיבציה ב-HIV-1 9. יתר על כן, משימות נוירוקוגניטיביות / התנהגותיות רבות תוכננו בתחילה עבור חולדות10. כאן, אנו מדווחים על ניצול של זריקות סטראוטקסיות של EcoHIV בחולדות כדי להרחיב את מודל הזיהום EcoHIV ולאפשר הזדמנות מפתח כדי לענות על שאלות חדשות הקשורות neuroHIV ו HAND.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, הקמנו מודל זיהום איידס הנגרמת על ידי EcoHIV בחולדות. באופן ספציפי, תיארנו הזרקה סטראוטקסית דו-צדדית של EcoHIV לתוך קליפת המוח אשר בהצלחה גרמה לזיהום HIV פעיל במוח החולדה 7 ימים לאחר הזרקה. פית’מור, אנו מראים כי זיהום EcoHIV בחולדות יכול להיות מערכת ביולוגית טובה ללמוד היבטים מרכזיים של HAN…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי NIH מענקי HD043680, MH106392, DA013137, ו NS100624.
Materials
| 293FT cells | ThermoFisher Scientific | R70007 | |
| Antibiotic-Antimycotic solution | Cellgro | 30004CI | 100X |
| Corning BioCoatGelatin 75cm² Rectangular Canted Neck Cell Culture Flask with Vented Cap | Life Technologies | 354488 | |
| Corning DMEM with L-Glutamine, 4.5 g/L Glucose and Sodium Pyruvate | Life Technologies | 10013CV | |
| Cover glass | VWR | 637-137 | |
| drill | |||
| Dumont #5 Forceps | World Precision Instruments | 14095 | |
| Dumont #7 Forceps | World Precision Instruments | 14097 | |
| Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Biopur Safe-Lock Tubes | Life Technologies | 22600028 | |
| Ethicon Vicryl Plus Antibacterial, 4-0 Polyglactin 910 Suture, 27in. FS-2 | Med Vet International | VCP422H | |
| Hamilton syringe | Hamilton | 1701 | |
| Invitrogen Lipofectamine 3000 Transfection Reagent | Life Technologies | L3000015 | |
| Iris Forceps | World Precision Instruments | 15914 | |
| Iris Scissors | World Precision Instruments | 500216 | |
| Lentivirus-Associated p24 ELISA Kit | Cell Biolabs, inc. | VPK-107-5 | |
| Lenti-X Concentrator | Takara | PT4421-2 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 11058021 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127-500G | |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
| ProLong Gold | Fisher Scientific | P36930 | |
| Sevoflurane | Merritt Veterinary Supply | 347075 | |
| stereotaxic apparatus | Kopf Instruments | Model 900 | |
| SuperFrost Plus Slides | Fisher Scientific | 12-550-154% | |
| Vannas Scissors | World Precision Instruments | 500086 |
References
- Illenberger, J. M., et al. HIV Infection and Neurocognitive Disorders in the Context of Chronic Drug Abuse: Evidence for Divergent Findings Dependent upon Prior Drug History. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 15 (4), 715-728 (2020).
- Joseph, S. B., Swanstrom, R. The evolution of HIV-1 entry phenotypes as a guide to changing target cells. Journal of Leukocyte Biology. 103 (3), 421-431 (2018).
- Potash, M. J., et al. A mouse model for study of systemic HIV-1 infection, antiviral immune responses, and neuroinvasiveness. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 102 (10), 3760-3765 (2005).
- Albritton, L. M., Tseng, L., Scadden, D., Cunningham, J. M. A putative murine ecotropic retrovirus receptor gene encodes a multiple membrane-spanning protein and confers susceptibility to virus infection. Cell. 57, 659-666 (1989).
- Geraghty, P., Hadas, E., Kim, B. H., Dabo, A. J., Volsky, D. J., Foronjy, R. HIV infection model of chronic obstructive pulmonary disease in mice. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (4), 500-509 (2017).
- Gu, C. J., et al. EcoHIV infection of mice establishes latent viral reservoirs in T cells and active viral reservoirs in macrophages that are sufficient for induction of neurocognitive impairment. PLoS Pathogens. 14 (6), 1007061 (2018).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: is it a rat race. Disease Models, Mechanisms. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. Novel apparatus and method for drug reinforcement. Journal of Visualized Experiments. (42), e1998 (2010).
- Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Harrod, S. B., Moran, L. M., Booze, R. M. HIV-1 proteins dysregulate motivational processes and dopamine circuitry. Scientific Reports. 8 (1), 7869 (2018).
- McGaughy, J., Sarter, M. Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands. Psychopharmacology. 117 (3), 340-357 (1995).
- Li, H., Aksenova, M., Bertrand, S., Mactutus, C. F., Booze, R. M. Quantification of filamentous actin (F-actin) puncta in rat cortical neurons. Journal of Visualized Experiments. (108), (2016).
- McLaurin, K. A., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Disruption of Timing: NeuroHIV Progression in the Post-cART Era. Scientific Reports. 9 (1), 827 (2019).
- McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. Journal of Visualized Experiments. (146), e58659 (2019).
- Li, H., McLaurin, K. A., Mactutus, C. F., Booze, R. M. Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture. Journal of Visualized Experiments. (158), (2020).
- Ko, A., et al. Macrophages but not Astrocytes Harbor HIV DNA in the Brains of HIV-1-Infected Aviremic Individuals on Suppressive Antiretroviral Therapy. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 14 (1), 110-119 (2019).
- Sopper, S., et al. The effect of simian immunodeficiency virus infection in vitro and in vivo on the cytokine production of isolated microglia and peripheral macrophages from rhesus monkey. Virology. 220 (2), 320-329 (1996).
- Llewellyn, G. N., Alvarez-Carbonell, D., Chateau, M., Karn, J., Cannon, P. M. HIV-1 infection of microglial cells in a reconstituted humanized mouse model and identification of compounds that selectively reverse HIV latency. Journal of NeuroVirology. 24 (2), 192-203 (2018).
