新生小鼠脑巴细胞基因调控的立体定向手术
Summary
我们描述了一个立体定向手术的协议, 一个自制的头固定装置 microinjecting 试剂进入新生鼠脑纹状体。这种技术允许在新生小鼠大脑特定区域的神经细胞中进行基因操作。
Abstract
许多基因是在胚胎大脑中表达的, 其中有些是在出生后大脑中不断表达的。对于这种持续表达的基因, 它们可以调节新生儿大脑的发育过程和/或生理功能。为了研究大脑中特定基因的神经生物学功能, 在脑中灭活基因是必不可少的。在这里, 我们描述了一个简单的立体定向的方法, 以灭活基因表达在转基因小鼠在新生儿时间窗口。AAV eGFP 病毒通过立体定向脑外科术, 杏仁于产后 (P) 2 Ai14 报告基因小鼠纹状体。在 P14 纹状体中检测到 tdTomato 报告基因表达, 提示 AAV 转基因细胞中成功的 loxP 介导的 DNA 重组。我们进一步验证了这一技术, 通过 microinjecting AAV eGFP 病毒的 P2Foxp2佛罗里达州/佛罗里达州小鼠。荧光蛋白和 Foxp2 的双重标记表明, gfp 阳性细胞在 P9 纹状体中缺乏 Foxp2 免疫反应, 提示 AAV eGFP 细胞 Foxp2 蛋白质的丢失。这些结果表明, 在 floxed 转基因小鼠的新生儿脑中, stereotaxically 杏仁 AAV eGFP 病毒对特定神经元群有有效的遗传缺失。总之, 我们的立体定向技术为新生小鼠大脑中的基因操作提供了一个简单的平台。该技术不仅可以用于删除新生儿大脑特定区域的基因, 而且还可用于注射药理药物、神经元示踪剂、基因修饰光遗传学和 chemogenetics 蛋白、神经元活动指标和其他试剂进入新生鼠脑纹状体。
Introduction
现代对大脑结构和功能的研究通常需要神经元细胞中特定基因的基因调控。为了探讨不同基因的功能, 转基因小鼠携带突变等位基因, 包括敲除和敲入的基因, 已被常规生成。成人啮齿动物立体定向脑外科是一种标准的方法, 当地提供药物, 病毒, 示踪剂和其他试剂到特定区域的啮齿动物大脑1,2。将立体定向脑外科应用于转基因小鼠, 允许基因调控小鼠大脑特定神经元群中的基因功能和神经元活动。细胞类型特定的操作提供了一个强大的方法来破译神经元功能的复杂神经回路的大脑3,4,5。
神经系统的神经发育始于早期胚胎阶段, 发育过程在出生后持续到幼年期。神经系统的产后成熟包括神经回路的精确突触布线, 这对于大脑6的生理和认知功能是必不可少的。因此, 研究新生儿时间窗发生的发育事件, 不仅对了解正常的神经发育有重要意义, 而且还可以为神经发育和精神疾病的发病机制提供深入的认识7 ,8。虽然成人啮齿目动物的立体定向脑外科手术方法29, 但在互联网上有少量的协议可供新生小鼠10,11的立体定向脑外科手术使用。事实上, 在新生小鼠幼崽的大脑中对试剂进行立体定向 microinjections 是困难的, 因为新生儿幼犬的头部太脆弱, 无法固定在标准的立体定向设备中。然而, 在转基因小鼠中应用立体定向脑手术是可行的12。在这里, 我们描述了一个简单的方法, 自制的设置, 进行立体定向脑外科手术的新生鼠幼崽。我们证明, 这种技术允许一个有条件地删除 floxed 基因 microinjecting AAV 表达的 DNA recombinase 到报告基因小鼠纹状体和有条件 floxed 转基因小鼠。该技术也适用于向野生型小鼠的新生纹状体提供试剂。
Protocol
Representative Results
Discussion
在本研究中, 我们展示了一种简单可靠的立体定向方法, 将 AAV 病毒注入新生小鼠脑纹状体。在 P2, 我们将 AAV eGFP 病毒杏仁 Ai14 小鼠纹状体中, 然后分析了 P14 的报告基因表达。我们发现 AAV 转基因 GFP 阳性细胞在整个纹状体 rostrocaudal 水平。此外, 几乎所有的 GFP 阳性细胞都在巴细胞中共同表达了 tdTomato 报告基因, 这表明 loxP DNA 重组是由 AAV 介导的。我们进一步证实了这种方法的有效性, 通过 microinject…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了科学和技术部的支持, MOST104-2311-B-010-010-MY3、MOST106-2321-B-010-012、国家卫生研究所赠款 NHRI-EX106-10429NI 和特色领域研究中心方案赠款来自教育部通过台湾国立阳明大学脑研究中心和博士后奖学金授予 MOST106-2811-B-010-031 (Y.C.)、MOST105-2811-B-010-036 和 MOST106-2811-B-010-030 (H 张佑启)。
Materials
| 30G PrecisionGlide Needle | Becton Dickinson | REF 305106 | |
| Chloroform | JT Baker | 9180-03 | |
| Hamilton MICROLITER Syringe | Hamilton | 80300 | 30G needle fit for PE10 tube; 26G needle needs a PE20 adaptor |
| Polyethylene tubing PE20 | Becton Dickinson | 427406 | |
| Polyethylene tubing PE10 | Becton Dickinson | 427401 | |
| Micro Flow Rate Syringe Pump | Longer Precision Pump Co. | TJ-2A (Controller) and L0107-2A (Drive Unit) | |
| 25G syringe | Becton Dickinson | REF 302105 | |
| Fast green | Sigma-Aldrich | F-7252 | 0.1% |
| Standard Stereotaxic Instruments | RWD Life Science | 68037 | Without using 68030 Mouse/Neonatal Rat Adaptor |
| Anti-FOXP2 antibody | Abcam | ab16046 | Rabbit polyclonal to FOXP2, 1:4K |
| Anti-RFP antibody | Abcam | ab65856 | Mouse monoclonal to RFP, 1:1K |
| BX63 microscope | Olympus | BX63 | |
| LSM 880 confocal microscope | Zeiss | LSM 880 | |
| Goat anti-rabbit conjugated Alexa fluor594 | Jackson lmmunoReserch Laboratories Inc. | 111-585-003 | |
| AAV9.hSynapsin.HI.eGFP-Cre.WPRE.SV40 | Penn Vector Core | AV-9-PV1848 | Lot # CS0987, 5.506×1013 (GC/mL) |
| AAV9.chicken actin-eGFP | AAV core, Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica, Taiwan | N/A | 1×1014 (GC/ml) |
| B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J | The Jackson Labtorary | 007914 | Ai14 |
| B6(Cg)-Foxp2tm1.1Sfis/CfreJ | The Jackson Labtorary | 026259 | Foxp2fl/fl |
| Dulbecco’s phosphate buffered saline | Corning cellgro | 21-030-CVR |
References
- Athos, J., Storm, D. R. High precision stereotaxic surgery in mice. Current Protocols in Neuroscience. , A.4A.1-A.4A.9 (2001).
- Cetin, A., Komai, S., Eliava, M., Seeburg, P. H., Osten, P. Stereotaxic gene delivery in the rodent brain. Nat. Protoc. 1 (6), 3166-3173 (2006).
- Tye, K. M., Deisseroth, K. Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models. Nat. Rev. Neurosci. 13 (4), 251-266 (2012).
- Roth, B. L. DREADDs for neuroscientists. Neuron. 89 (4), 683-694 (2016).
- Knopfel, T. Genetically encoded optical indicators for the analysis of neuronal circuits. Nat. Rev. Neurosci. 13 (10), 687-700 (2012).
- Tau, G. Z., Peterson, B. S. Normal development of brain circuits. Neuropsychopharmacol. 35 (1), 147-168 (2010).
- Mitchell, K. J. The genetics of neurodevelopmental disease. Curr. Opin. Neurobiol. 21 (1), 197-203 (2011).
- Sahin, M., Sur, M. Genes, circuits, and precision therapies for autism and related neurodevelopmental disorders. Science. 350 (6263), (2015).
- Schierberl, K. C., Rajadhyaksha, A. M. Stereotaxic microinjection of viral vectors expressing Cre recombinase to study the role of target genes in cocaine conditioned place preference. J. Vis. Exp. (77), e50600 (2013).
- Mathon, B., et al. Increasing the effectiveness of intracerebral injections in adult and neonatal mice: a neurosurgical point of view. Neurosci. Bull. 31 (6), 685-696 (2015).
- Davidson, S., Truong, H., Nakagawa, Y., Giesler, G. J. A microinjection technique for targeting regions of embryonic and neonatal mouse brain in vivo. Brain Res. 1307, 43-52 (2010).
- Chen, Y. C., et al. Foxp2 controls synaptic wiring of corticostriatal circuits and vocal communication by opposing Mef2c. Nat. Neurosci. 19 (11), 1513-1522 (2016).
- Gerfen, C. R. The neostriatal mosaic: multiple levels of compartmental organization in the basal ganglia. Annu. Rev. Neurosci. 15, 285-320 (1992).
- Karra, D., Dahm, R. Transfection techniques for neuronal cells. J. Neurosci. 30 (18), 6171-6177 (2010).
- Cheetham, C. E., Grier, B. D., Belluscio, L. Bulk regional viral injection in neonatal mice enables structural and functional interrogation of defined neuronal populations throughout targeted brain areas. Front. Neural Circuit. 9, 72 (2015).
