Condicional Genetic transsináptica Tracing no Embryonic do cérebro do rato
Summary
Capitalizing on a binary genetic strategy we provide a detailed protocol for neural circuit tracing in mice that express complementary transsynaptic tracers after Cre-mediated recombination. Because cell-specific tracer production is genetically encoded, our experimental approach is suitable to study the formation and maturation of neural circuitry during murine embryonic brain development at a single cell resolution.
Abstract
Anatomical path tracing is of pivotal importance to decipher the relationship between brain and behavior. Unraveling the formation of neural circuits during embryonic maturation of the brain however is technically challenging because most transsynaptic tracing methods developed to date depend on stereotaxic tracer injection. To overcome this problem, we developed a binary genetic strategy for conditional genetic transsynaptic tracing in the mouse brain. Towards this end we generated two complementary knock-in mouse strains to selectively express the bidirectional transsynaptic tracer barley lectin (BL) and the retrograde transsynaptic tracer Tetanus Toxin fragment C from the ROSA26 locus after Cre-mediated recombination. Cell-specific tracer production in these mice is genetically encoded and does not depend on mechanical tracer injection. Therefore our experimental approach is suitable to study neural circuit formation in the embryonic murine brain. Furthermore, because tracer transfer across synapses depends on synaptic activity, these mouse strains can be used to analyze the communication between genetically defined neuronal populations during brain development at a single cell resolution. Here we provide a detailed protocol for transsynaptic tracing in mouse embryos using the novel recombinant ROSA26 alleles. We have utilized this experimental technique in order to delineate the neural circuitry underlying maturation of the reproductive axis in the developing female mouse brain.
Introduction
Rastreamento de trajeto anatômico é uma das ferramentas mais utilizadas para decifrar a relação entre cérebro e comportamento 1. Avanço nas tecnologias de rastreamento de circuitos neurais concedeu neurocientistas com a capacidade de rastrear circuitos neurais a partir de populações de neurônios geneticamente identificadas em camundongos 2. Apesar desses avanços técnicos que continua sendo um desafio para desvendar a formação de circuitos neurais especialmente durante a maturação embrionária. Isto é porque a maioria dos métodos de rastreio desenvolvidos até à data baseiam-se a injecção estereotáxica de marcadores transsináptica ou vírus neurotrópico geneticamente modificados (Figura 1) 2,3. Embora essas técnicas obter uma resolução espacial e temporal da conectividade, várias limitações inerentes, tais como injecções traçadores tecnicamente difíceis para o desenvolvimento do cérebro, a reprodutibilidade do local da injecção, inflamação potencial no local da injecção e mais importantly citotoxicidade causada por vírus neurotrópicas limitar a sua utilização 4.
Um método alternativo é a de expressar os transgenes marcadores transsináptica como em murganhos geneticamente modificados. Temos recentemente modificado esta técnica e desenvolveu um sistema binário transsináptica genética rastreamento para mapear os circuitos neurais de qualquer população neuronal geneticamente identificado 5. A nossa estratégia experimental baseia-se em duas novas estirpes knock-no rato, que expressam a lectina ou bidirecional cevada traçador (BL) 6 ou o traçador retrógrado fragmento C da toxina do tétano fundido a GFP (GTT) a partir da 7 ROSA 26 lócus após mediada por Cre recombinação. Aqui usamos estas linhagens de camundongos para expressar seletivamente BL e GTT em neurônios que produzem kisspeptin, um neuropeptídeo que está implicado na regulação da maturação do eixo reprodutivo 8,9. Nós demonstramos que esta técnica é adequado para a visualização do desenvolvimento e maturação de ósculocircuitos neurais peptina durante o desenvolvimento embrionário do cérebro do rato fêmea 5.
Estratégia para a criação
O os R26-GFP-TTC (GTT) linhas traçadores R26-BL-IRES-τlacZ (BIZ) e são knock-in cepas 5 que carregam alelos ROSA26 recombinantes. O R26-BIZ e os alelos R26-GTT são transcricionalmente silencioso devido à presença de um sinal de paragem da transcrição forte, que é flanqueado por dois sítios loxP 5. A expressão do transgene e BIZ GTT é activado por remoção mediada por Cre do sinal de paragem da transcrição. Os alelos-R26 e R26-BIZ GTT pode ser usado de forma independente através da simples cruzamento com uma linha de condutor Cre. Para os animais de análise heterozigótica para os respectivos alelos Cre e R26 pode ser usado. Da mesma ninhada que transportam uma Cre ou um alelo R26, respectivamente, devem ser utilizadas como controlos. Em alternativa, também é possível gerar triple knock-nos animais com os alelos Cre, R26 e R26-BIZ-GTT, porém isso vai exigir uma cruz adicional.
Protocol
Representative Results
Discussion
Expressando traçadores transsináptica como transgenes para rastrear os circuitos neurais das populações neuronais geneticamente definidos tem várias vantagens em comparação com a injeção estereotáxica de marcadores ou vírus neurotopic. Em primeiro lugar, o marcador é produzido como uma proteína endógena e, por conseguinte, não provocam qualquer resposta imune e uma via neural selectiva pode ser analisada em diferentes animais com elevada reprodutibilidade. Em segundo lugar, porque este é um método não-…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Michael Candlish for critical comments on the manuscript. This project was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft grants BO1743/6 and SFB/TRR 152 P11 and Z02 to Ulrich Boehm.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Bisbenzimide (Hoechst 33258 dye) | Sigma | 14530-100MG | |
| Ethanol | Sigma | 32205-1L | |
| Cryo mold (Peel-a-way) | Polyscience Inc. | 18646A-1 | 22mm x 22mm x 20mm |
| DMSO | Sigma | D8418-100ML | |
| Dimethyl Formamide (DMF) | VWR Chemicals | 23470,293 | |
| EGTA | ROTH | 3054.3 | |
| Fluoromount G | Southern Biotech | 0100-01 | |
| Glutaraldehyde | Sigma | G5882-50ML | |
| Hydrogen peroxide | Sigma | 34988-7 | |
| Isopentane (Methyl 2-butane) | Sigma | M32631-2.5L | |
| Kaiser's Glycine gelatin | Merck | 1092420100 | |
| Methanol | Sigma | 494437-1L | |
| MgCl2 | Sigma | M2670-100G | |
| NaCl | ROTH | HN00.2 | |
| NBT | Sigma | 298-83-9 | |
| Nonidet P40 substitute | Fluka | 743.85 | |
| OCT | Leica | 14020108926 | |
| PAP pen | Dako | S2002 | |
| Parafarmaldehyde | Sigma | P6148-1KG | |
| Sodium deoxycholate | Sigma | D6750-25G | |
| Sucrose | Sigma | S7903-1KG | |
| Superfrost slides | Thermo Scientific | FT4981GLPLUS | |
| TSA kit | PerkinElmer | NEL700 | |
| TSA plus kit | PerkinElmer | NEL749A001KT | |
| Tris | ROTH | AE15.2 | |
| Triton-X 100 | ROTH | 3051.2 | |
| Tween 20 | ROTH | 9127.1 | |
| X-gal | ROTH | 2315.1 | |
| Cryostat | Leica | na | |
| Light microscope equipped with DIC imaging | Zeiss | Axioskop2 equipped with Axio Vision software | |
| Fluroscence microscope | Zeiss | Axioskop2 equipped with Axio Vision software | |
| Photoshop | Adobe | PS6 | |
| Goat anti-WGA (recognizes BL) | Vector Laboatories | AS-2024 | |
| Biotinylayted horse anti-goat IgG | Vector Laboatories | BA-9500 | |
| Biotinylated goat anti-rabbit IgG | Vector Laboatories | BA-1000 | |
| Rabbit anti-GFP (recognizes GTT) | Invitrogen | A11122 | |
| Rabbit anti-GnRH | Affinity Bio Reagent | PA1-121 | |
| Dylight488-donkey anti-rabbit IgG | Thermo Scientific | SA5-10038 | |
| SA-Alexa Fluor 546 | Life Technologies | S-11225 | |
| Primers | |||
| BL Fwd (for BIZ genotyping) | Eurofins MWG Operon | ATGAAGATGATGAGCACCAG GGC |
|
| BL Rev (for BIZ genotyping) | Eurofins MWG Operon | AGCCCTCGCCGCAGAACTC | |
| Cre Fwd (for Cre genotyping) | Eurofins MWG Operon | GTCGATGCAACGAGTGATGAG GTTCG |
|
| Cre Rev (for Cre genotyping) | Eurofins MWG Operon | CCAGGCTAAGTGCCTTCTCTAC ACCTGC |
|
| TTC Fwd (for GTT genotyping) | Eurofins MWG Operon | AGCAAGGGCGAGGAGCTGTT | |
| TTC Rev (for GTT genotyping) | Eurofins MWG Operon | GTCTTGTAGTTGCCGTCGTCCT TGAA |
|
| XY Fwd (for gender genotyping) | Eurofins MWG Operon | TGAAGCTTTTGGCTTTGA | |
| XY Rev (for gender genotyping) | Eurofins MWG Operon | CCGCTGCCAAATTCTTTG | |
| ROSA26 Fwd | Eurofins MWG Operon | CGAAGTCGCTCTGAGTTGTTATC | |
| ROSA26 Rev | Eurofins MWG Operon | GCAGATGGAGCGGGAGAAAT | |
| SA Rev | Eurofins MWG Operon | CGAAGTCGCTCTGAGTTGTTATC | |
References
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