Крысиная модель инфекции мозга EcoHIV
Summary
Здесь мы представляем протокол для создания новой крысиной модели активной ВИЧ-инфекции с использованием химерного ВИЧ (EcoHIV), которая имеет решающее значение для улучшения нашего понимания вирусных резервуаров ВИЧ-1 в мозге и предлагает систему для изучения ВИЧ-ассоциированных нейрокогнитивных расстройств и связанных с ними сопутствующих заболеваний (то есть злоупотребления наркотиками).
Abstract
Было хорошо изучено, что модель мыши, инфицированная EcoHIV, имеет значительную полезность при исследовании неврологических осложнений, связанных с ВИЧ. Создание модели ecoHIV инфицированных крыс для изучения злоупотребления наркотиками и нейрокогнитивных расстройств было бы полезным при изучении нейроHIV и ВИЧ-1-ассоциированных нейрокогнитивных расстройств (HAND). В настоящем исследовании мы демонстрируем успешное создание крысиной модели активной ВИЧ-инфекции с использованием химерного ВИЧ (EcoHIV). Во-первых, лентивирусная конструкция EcoHIV была упакована в культивирование 293 FT-клеток в течение 48 часов. Затем условная среда была сконцентрирована и титрована. Затем мы выполнили двусторонние стереотаксические инъекции EcoHIV-EGFP в ткань мозга крысы F344/N. Через неделю после заражения в инфицированной ткани мозга были обнаружены флуоресцентные сигналы EGFP, что указывает на то, что EcoHIV успешно индуцирует активную ВИЧ-инфекцию у крыс. Кроме того, было проведено иммуноокрашивание маркера микроглиальных клеток Iba1. Результаты показали, что микроглия была преобладающим типом клеток, скрывающих EcoHIV. Кроме того, крысы EcoHIV демонстрировали изменения во временной обработке, потенциальном нейроповеденческих механизмах HAND, а также синаптическую дисфункцию через восемь недель после заражения. В совокупности настоящее исследование распространяет модель EcoHIV инфекции ВИЧ-1 на крыс, предлагающих ценную биологическую систему для изучения вирусных резервуаров ВИЧ-1 в мозге, а также HAND и связанных с ней сопутствующих заболеваний, таких как злоупотребление наркотиками.
Introduction
Биологические системы улучшили наше понимание нейрокогнитивных расстройств, связанных с ВИЧ-1 (HAND), и лежащих в их основе нейронных механизмов2. Определение того, какая биологическая система наиболее подходит для любого данного исследования, часто зависит от интересующего вопроса2. Ограничение диапазона моделей животных-хозяев ставит под вопросы исследования развития болезни ВИЧ-1. Для исследования репликации и патогенеза вируса ВИЧ-1 Potash et al.3 создали мышиную модель активной инфекции ВИЧ-1, заменив кодировку области гликопротеина поверхностной оболочки ВИЧ, gp120, экотропным MLV gp80, что привело к успешной репликации вируса у мышей4. После инъекций в хвостовую вену у химерных мышей с ВИЧ (EcoHIV) наблюдалось много характеристик, напоминающих характеристики серопозитивных людей ВИЧ-1 (например, инфицированные лимфоциты и макрофаги, нацеленные на противовирусные иммунные реакции, и воспаление3,5,6).
Хотя мыши и крысы являются членами Muridae, фундаментальные видовые различия могут влиять на их пригодность для конкретных экспериментальных вопросов7. Таким образом, распространение модели инфекции EcoHIV на крыс (обычно используемой в исследованиях злоупотребления наркотиками и нейрокогнитивных расстройств) было бы выгодным при изучении neuroHIV. Например, их больший размер делает имплантацию яремного катетера для процедур самостоятельного введения лекарств более практичной8. Методы самостоятельного введения лекарств у крыс были использованы для оценки мотивации при ВИЧ-19. Кроме того, многие нейрокогнитивные / поведенческие задачи были первоначально разработаны для крыс10. Здесь мы сообщаем об использовании стереотаксических инъекций EcoHIV у крыс для расширения модели инфекции EcoHIV и предоставления ключевой возможности для решения новых вопросов, связанных с neuroHIV и HAND.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом протоколе мы установили модель ВИЧ-инфекции, индуцированную EcoHIV, у крыс. В частности, мы описали двустороннюю стереотаксическую инъекцию EcoHIV в кору, которая успешно индуцировала активную ВИЧ-инфекцию в мозге крыс через 7 дней после инъекции. Кроме того, мы демонстрируем, что инфек…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансировалась грантами NIH HD043680, MH106392, DA013137 и 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).
