تطبيق المجسم حقن التقنية لدراسة التأثيرات الوراثية على سلوكيات الحيوان
Summary
حقن المجسم من lentiviruses معربا عن cDNAs أو shRNAs يمكن أن تعدل التعبير الجيني في مناطق محددة في الدماغ لدى الفئران. هنا، نقدم بروتوكول الجمع بين الحقن المجسم مع المهام السلوكية، مثل الاختبار الميداني المفتوحة (OFT) والسباحة الاختبار القسري (FST).
Abstract
حقن المجسم هو تقنية مفيدة لتقديم lentiviruses عيار عالية لمناطق الدماغ المستهدفة في الفئران. Lentiviruses يمكن إما بإفراط أو التعبير الجيني ضربة قاضية في منطقة مركزة نسبيا دون أضرار جسيمة للأنسجة الدماغ. بعد الشفاء، ويمكن اختبار الماوس حقنه في مختلف المهام السلوكية مثل اختبار الحقل المفتوح (OFT) والسباحة الاختبار القسري (FST). تم تصميم OFT لتقييم الحركة والنمط الظاهري حريصة في الفئران عن طريق قياس مقدار الوقت الذي يقضيه الماوس في وسط حقل مفتوح الرواية. سوف فأر أكثر قلقا يمضون وقتا أقل بكثير في وسط الميدان رواية مقارنة بالمجموعة الضابطة. وFST يقيم النمط الظاهري المضادة للاكتئاب عن طريق قياس مقدار الوقت الذي تنفق الفئران غير متحرك عند وضعها في دلو من الماء. وهناك الفأر مع النمط الظاهري المضادة للاكتئاب تنفق أقل بكثير متحرك الوقت مقارنة للسيطرة على الحيوانات. والهدف من هذا البروتوكول هو استخدام ster يسودحقن eotactic من الفيروسة البطيئة بالتزامن مع الاختبارات السلوكية لتقييم مدى عوامل وراثية تعدل سلوك الحيوان.
Introduction
وقد الماوس تستخدم على نطاق واسع في علم الأعصاب لأنه من السهل التلاعب وراثيا. تقنيات الجينات خروج المغلوب تسمح للباحثين للتحقيق في كيفية عمل كل عامل وراثي الأشكال السلوكيات الماوس. وعلاوة على ذلك، يوفر نظام لجنة المساواة العرقية loxp أداة قيمة لنسيجيا وخلية type- بالضربة القاضية جين معين في الفئران، والتي تمكن الباحثين لدراسة وظيفة الجينات في الأنسجة المختلفة. 1 ومع ذلك، من الناحية العملية، وأنماط التعبير من المروجين لجنة المساواة العرقية يصعب السيطرة ولقد لذلك العديد من السائقين حتى الآن لجنة المساواة العرقية التي أنشئت لم يتحقق التعبير منطقة محددة. 2،3
بدلا من ذلك، حقن المجسم هو الأسلوب الذي يستهدف مناطق محددة في الدماغ من الماوس الكبار. عن طريق حقن الفيروسات المعدلة وراثيا معربا عن كدنا] أو shRNA، لا يمكن أن يتحقق التشكيل منطقة محددة في التعبير الجيني. على الرغم من أن حجم الدماغ من كل فأر يختلف، موقع مناطق محددة في الدماغ يمكن تحديدها باستخدام coordi المجسمتعيين المتحكمة من المعالم على الجمجمة من مخ الفأر. المعالم الأكثر شيوعا هي bregma، لامدا، والخط interaural. باستخدام الإحداثيات التي تم الحصول عليها من أطلس الدماغ، 4 في المكان المحدد من كل منطقة في الدماغ يمكن تحديدها من قبل انتيرو-الخلفي (A / P)، وسطي الاطراف (M / L)، و (D / V) محاور الظهري البطني من bregma / interaural خط التقاطع. عادة الفيروسات حقنها في أدمغة الفئران الموسومة هي إما أحمر أو أخضر بروتين فلوري (RFP أو GFP)، بحيث الحقن يمكن التأكد عن طريق الفحص المجهري الفلورسنت.
تقييم السلوكية للفئران ضرورية خصوصا للبحوث الأساسية من الاضطرابات النفسية. أعراض الاضطرابات النفسية لدى المرضى الذين عادة ما تشمل السلوكيات الشاذة. بعض هذه السلوكيات البشرية هي الحفظ تطويريا ويمكن تحاكي مباشرة، ولاحظ في الماوس. على سبيل المثال، والاكتئاب يمكن أن تكون على غرار في الماوس عن طريق قياس اليأس السلوكي. الأشخاص الذين يعانون من الاكتئاب كثيراأون تشعر وكأن شيئا لم يفعلوا سيساعد أي وقت مضى، من أعراض التي يمكن أن تؤدي في النهاية إلى الانتحار. في القوارض، وهذا يمكن أن تكون على غرار باستخدام اختبار السباحة القسري (FST)، والذي يقيس مقدار الوقت ماوس السباحة مقابل عائمة في بركة من الماء (ينظر إليها على التخلي). يتم التحقق من صحة هذا النموذج من قبل إنقاذ النمط الظاهري مع عقاقير مضادة للاكتئاب. 7،8،9 الفئران التي تلقت عقاقير مضادة للاكتئاب سوف تنفق أقل كثيرا من الوقت متحرك مقارنة مع الضوابط غير المعالجة. تم تصميم اختبار السلوكي آخر، الاختبار الميداني المفتوحة (OFT) لتقييم الحركة في الفئران، وبالإضافة إلى ذلك يمكن استخدامها لتحليل النمط الظاهري حريصة في الفئران. 5،6 يقوم هذا الاختبار على أساس أن الفئران يشعرون أكثر أمانا عندما تكون قريبة على الحائط في حقل مفتوح الرواية. سوف الفئران نوع البرية استكشاف في النهاية بيئة جديدة، كما أنها حيوانات غريبة. ومع ذلك، تنفق وقتا أقل في وسط الميدان يدل على القلق في الماوس، والماوس سوف لن تكون قادرة على التغلب على initiaل الخوف يأتي نتيجة للبيئة جديدة. القلق من الفأرة، وكمية من مقدار الوقت الذي يقضيه في وسط حقل مفتوح، يمكن مقارنة القلق السريرية في البشر، والتي هي موجودة في العديد من الاضطرابات النفسية.
الجمع بين الحقن المجسم مع النماذج السلوكية هو وسيلة جديدة لتغيير التعبير عن جين معين في منطقة الدماغ المستهدفة. ومن ثم يمكن تحديد أثر هذان التعبير الجيني على السلوكيات الماوس. وعلى النقيض من خروج المغلوب الدماغ كله، وهذه الطريقة مفيدة بشكل خاص لأنها تستهدف مناطق محددة في الدماغ فقط. بالإضافة إلى ذلك، عادة ما يتم إجراء حقن المجسم في الكبار النوع البري الماوس، لذلك، وقد تم الحفاظ على الذاتية التعبير الجيني في جميع أنحاء مراحل النمو. هذه الطريقة سوف تجنب تأثير الخلط إذا كنت بحاجة الجينات من أجل البقاء خلال المرحلة الجنينية أو بعد الولادة للتنمية. أحد أوجه القصور الرئيسية هو أن فئران التجارب تحتاج إلى اجتيازهاح عملية جراحية الغازية، التي جماجم من الفئران لا بد من فتح. وعلاوة على ذلك، يتم تحديد درجة التشكيل الجيني من عيار وكفاءة الفيروس. يحتاج الفيروس ليتم حقنه في المنطقة الصحيحة باستخدام الإحداثيات المجسم، الأمر الذي يتطلب أدوات خاصة. التحقق من موقع الحقن الصحيح لا يمكن إلا أن تكتمل بعد الوفاة.
تم عرض هذه الطريقة تستخدم سابقا لاختبار إشراك جين معين في مختلف الأمراض العصبية. على سبيل المثال، فيروسية بوساطة رني استهداف الجين ث (الذي يسمح الدوبامين أن يتم تصنيعها) تم حقنها في المكتنزة المادة السوداء، وأجريت تحليل السلوك الحركي. استخدمت 10 دراسة أخرى حقن المجسم لإسكات DISC1 الفيروسة البطيئة لتقييم سلوك الماوس في العلاقة إلى الفصام. ضربة قاضية من DISC1 أدى إلى زيادة الحركة ردا على الجدة (التشابه الأعراض الإيجابية في انفصام الشخصية)، وزيادة الجمود فيFST. 11 وبالمثل، وجدت دراسة إضافية 5-HT 1B overexpression أدى إلى زيادة السلوك الاستكشافي في التجارة المشروعة، بما يتفق مع النمط الظاهري المضادة للقلق باستخدام هذا الأسلوب. يمكن 12 حقن المجسم تقديم فيروس لجنة المساواة العرقية للحث على إعادة التركيب في لجنة المساواة العرقية loxp الفئران . وقد استخدم هذا الأسلوب لحذف انتقائي مستقبلات Y2 في اللوزة ونواة السرير من الانتهائي السطور. بناء على التحليل السلوكي، وقد وجدت هذه الفئران إلى النمط الظاهري المضادة للاكتئاب عندما تم حذف هذا الجين في اللوزة المركزية، ولكن لا النمط الظاهري عندما تم حذف هذا الجين في اللوزة basolateral أو نواة السرير من الانتهائي السطور. 13 وهكذا، هذه التقنية يوفر أداة فريدة من نوعها لدراسة تأثير الجينات على سلوكيات الحيوان.
Protocol
Representative Results
Discussion
حقن المجسم الناجحة تعتمد على ثلاثة عوامل هي: الحفاظ على الماوس على قيد الحياة، وتحديد نقطة الصفر الصحيحة للإحداثيات (رأس الإبرة على تقاطع bregma والخط interaural)، وتحديد عمق المناسب لنقطة الصفر (رأس الإبرة مجرد لمس السطح الخارجي للأنسجة المخ). الجدوى من الفئران هو المهم. الب…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is supported in part by American Heart Association Scientist Development Grant and NARSAD Young Investigator Award to Yingwei Mao.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Stereotactic Apparatus item 51725 | Stoelting co. | 51725 | |
| Quintessential stereotaxic pump | Stoelting co. | 53311 | |
| Injection Styringe, 65 RN | Hamilton | 7633-01 | |
| DMEM | Sigma-Aldrich | D5796 | |
| PEI | Polysciences Inc. | 23966 | |
| Scissors | Fine Surgical Tools | 14084-08 | |
| Blunt end forceps | Fine Surgical Tools | 11002-12 | |
| Needle holder | Fine Surgical Tools | 12001-13 | |
| Drill | Ram Products Inc | Microtorque control box, Tech2000 handpiece | with pedal |
| Glass bead sterilizer | Inotech | IS-400 | |
| Absorbable sutures | Unify | M-K518r19 | Absorbable, reverse cutting |
| Cotton swabs | VWR | 89031-270 | |
| Heating pad | Gaymar | T-pump TP-500 PN11184-000 | |
| Artificial tears | Rugby | NDC 0536-6550-91 | |
| Disposable syringe | BD Syringe | 309623 | |
| Cloth | |||
| Gloves | Ansell | Senseitouch #7823 | |
| Avertin or other anesthetic | see recipe citation | ||
| Ketoprofen or other analgesic | see veternarian | ||
| Tracking software | Noldus | Ethovision XT | |
| Tracking Camera | Noldus | Media Recorder |
Referências
- Schwenk, F., Baron, U., Rajewsky, K. A Cre-transgenic mouse strain for ubiquitous deletion of loxP-flanked gene segments including deletion in germ cells. Nucleic Acids Research. 23 (24), 5080-5081 (1995).
- Hirrlinger, J., et al. Split-cre complementation indicates coincident activity of different genes in vivo. PLoS One. 4 (1), 1-10 (2009).
- Fenno, L. E., et al. Targeting cells with single vectors using multiple-feature Boolean logic. Nature Protocols. 11 (7), 763-772 (2014).
- Paxinos, G., Franklin, K. . The mouse brain in sterotaxic coordinates. , (2001).
- Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E. Mood and anxiety related phenotypes in mice: the open field test. Humana Press. 42, 1-20 (2009).
- Denenberg, V. H. Open-field behavior in the rat: W.0hat does it mean. Annals of the New York Academy of Sciences. 159, 852-859 (1969).
- Bogdanova, O. V., Kanekar, S., D’Anci, K. E., Renshaw, P. F. Factors influencing behavior in the forced swim test. Physiology & Behavior. 118, 227-239 (2013).
- Porsolt, R. D., Anton, G., Blavet, N., Jalfre, M. Behavioral despair in rats: A new model sensitive to antidepressant treatments. European Journal of Pharmacology. 47 (4), 379-391 (1978).
- Hunsberger, J., Dunman, C. Animal models for depression-like and anxiety-like behavior. Nature Protocol Exchange. , (2007).
- Hommel, J. D., Sears, R. M., Georgescu, D., Simmons, D. L., DiLeone, R. J. Local gene knockdown in the brain using viral-mediated RNA interference. Nature Medicine. 9 (12), 1539-1544 (2003).
- Mao, Y., et al. Disrupted in schizophrenia 1 regulates neuronal progenitor proliferation via modulation of GSK3beta/beta-catenin signaling. Cell. 136 (6), 1017-1031 (2009).
- Clark, M. S., Sexton, T. J., McClain, M., Root, D., Kohen, R., Neumai, J. F. Overexpression of 5-HT1B receptor in dorsal raphe nucleus using herpes simplex virus gene transfer, increases anxiety behavior after inescapable stress. Journal of Neuroscience. 2 (11), 4550-4562 (2002).
- Tasan, R. O., et al. The central and basolateral amygdala are critical sites of neuropeptide Y/Y2 receptor-mediated regulation of anxiety and depression. Journal of Neuroscience. 30 (18), 6282-6290 (2010).
- Salmon, P., Trono, D. Production and titration of lentiviral vectors. Current Protoc Hum Gen. 12 (12.10), (2007).
- Carter, D. A. Anesthetizing mice. Methods Mol Biol. 18, 135-136 (1993).
- Alachkar, A., Jiang, D., Harrison, M., Zhou, Y., Chen, G., Mao, Y. An EJC factor RBM8a regulates anxiety behaviors. Current Molecular Medicine. 13 (6), 887-899 (2013).
- Bernal, J., Baldwin, M., Gleason, T., Kuhlman, S., Moore, G., Talcott, M. Guidelines for rodent survival surgery. Journal of Investigative Surgery. 22, 445-451 (2009).
- Wahlsten, D. Getting ready for testing. Mouse Behavioral Testing: How to use mice in behavioral neuroscience. Academic Press. , 133-141 (2011).
- Kheirbek, M. A., et al. Differential control of learning and anxiety along the dorso-ventral axis of the dentate gyrus. Neuron. 6 (77), 955-968 (2013).
- Snyder, J. S., Soumier, A., Brewer, M., Pickel, J., Cameron, H. A. Adult hippocampal neurogenesis buffers stress responses and depressive behaviors. Nature. 476 (7361), 458-461 (2011).
- Sik-Lee, J., et al. Induction of neuronal vascular endothelial growth factor expression by cAMP in the dentate gyrus of the hippocampus is required for antidepressant-like behaviors. Journal of Neuroscience. 29 (26), 8493-8505 (2009).
- Miller, D. G., Adam, M. A., Miller, A. D. Gene transfer by retrovirus vectors occurs only in cells that are actively replicating at the time of infection. Molecular and Cellular Biology. 10 (8), 4239-4242 (1990).
- Rubinson, D. A., et al. A lentivirus-based system to functionally silence genes in primary mammalian cells, stem cells and transgenic mice by RNA interference. Nature Genetics. 33, 401-406 (2003).
