En råttmodell av EcoHIV hjärninfektion
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att etablera en ny råttmodell av aktiv HIV-infektion med hjälp av chimerisk HIV (EcoHIV), vilket är avgörande för att öka vår förståelse av HIV-1-virusreservoarer i hjärnan och erbjuda ett system för att studera HIV-associerade neurokognitiva störningar och tillhörande komorbiditet (dvs. drogmissbruk).
Abstract
Det har studerats väl att ecoHIV infekterade mus modell är av betydande nytta för att undersöka HIV associerade neurologiska komplikationer. Upprättandet av EcoHIV infekterad råtta modell för studier av narkotikamissbruk och neurokognitiva störningar, skulle vara fördelaktigt i studien av neuroHIV och HIV-1 associerade neurokognitiva störningar (HAND). I den aktuella studien visar vi att en råttmodell av aktiv HIV-infektion med hjälp av chimerisk HIV (EcoHIV) har skapats framgångsrikt. Först förpackades den lentivirala konstruktionen av EcoHIV i odlade 293 FT-celler i 48 timmar. Sedan koncentrerades det villkorliga mediet och titererades. Därefter utförde vi bilaterala stereotaxic injektioner av EcoHIV-EGFP i F344/N råtta hjärnvävnad. En vecka efter infektion upptäcktes EGFP fluorescenssignaler i den infekterade hjärnvävnaden, vilket indikerar att EcoHIV framgångsrikt inducerar en aktiv HIV-infektion hos råttor. Dessutom utfördes immunostaining för microglial cell markör, Iba1. Resultaten visade att mikroglia var den dominerande celltypen som hyser EcoHIV. Dessutom uppvisade EcoHIV råttor förändringar i tidsmässiga bearbetning, en potentiell underliggande neurobehavioral mekanism av HAND samt synaptisk dysfunktion åtta veckor efter infektion. Sammantaget utvidgar den nuvarande studien EcoHIV-modellen av HIV-1-infektion till att erbjuda ett värdefullt biologiskt system för att studera HIV-1-virusreservoarer i hjärnan samt HAND och tillhörande komorbiditeter som drogmissbruk.
Introduction
Biologiska system har förbättrat vår förståelse av HIV-1 associerade neurokognitiva störningar (HAND) och deras underliggande neurala mekanismer2. Att avgöra vilket biologiskt system som är lämpligast för en viss studie beror ofta på frågan om intresse2. Begränsningen av utbudet av värddjursmodeller utmanar studier av hiv-1-sjukdomsutveckling. För att undersöka HIV-1 viral replikering och patogenes skapade Potash et al.3 en musmodell av aktiv HIV-1-infektion, som ersatte kodningsregionen för HIV-ytkuvertglykoprotein, gp120, med ekotropisk MLV gp80, vilket ledde till framgångsrik viral replikering hos möss4. Efter svansven injektioner i chimeric HIV (EcoHIV) möss observerades många egenskaper som liknar hiv-1 seropositiva individer (t.ex. infekterade lymfocyter och makrofager, riktade mot antivirala immunsvar och inflammation3,5,6).
Även om möss och råttor båda är medlemmar i Muridae, kan fundamentala artskillnader påverka deras lämplighet för specifika experimentella frågor7. Därför skulle förlängningen av EcoHIV-infektionsmodellen till råttor (som vanligtvis används i studier av narkotikamissbruk och neurokognitiva störningar) vara fördelaktig i studien av neuroHIV. Till exempel gör deras större storlek halsterkateterimplantation för drog självadministration förfaranden mer praktiska8. Drog självadministration tekniker hos råttor har använts för att utvärderamotivation i HIV-19 . Dessutom var många neurokognitiva / beteendemässiga uppgifter ursprungligen utformade för råttor10. Här rapporterar vi användningen av stereotaxiska injektioner av EcoHIV hos råttor för att utöka EcoHIV-infektionsmodellen och ge en viktig möjlighet att ta itu med nya frågor relaterade till neuroHIV och HAND.
Protocol
Representative Results
Discussion
I detta protokoll etablerade vi en EcoHIV-inducerad HIV-infektionsmodell hos råttor. Specifikt beskrev vi en bilateral stereotaxic injektion av EcoHIV i cortex som framgångsrikt inducerad aktiv HIV-infektion i råtta hjärnan 7 dagar efter injektion. Dessutom visar vi att EcoHIV-infektion hos råttor kan vara ett bra biologiskt system för att studera viktiga aspekter av HAND. Åtta veckor efter EcoHIV infektion uppvisade råttor betydande neurokognitiv försämringar, som inkluderade ändringarna i tidsbehandling och …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete finansierades av NIH-bidrag HD043680, MH106392, DA013137 och 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).
