حقن مكروي التجسيمي من ناقلات فيروسية وإذ تعرب عن لجنة المساواة العرقية recombinase البكتيري المحور إلى دراسة دور الجينات المستهدفة في الكوكايين مكيفة مكان ميول
Summary
توضح هذه المقالة كيفية microinject ناقلات فيروسية في مخ الفأر ثم اختبار في تفضيل مكان الهواء نموذج يتضمن مرحلة الاستحواذ، وإعادة الانقراض.
Abstract
Microinjecting المؤتلف الفيروسية (rAAV) ناقلات adenoassociated معربا عن لجنة المساواة العرقية في recombinase البكتيري المحور الماوس متميزة مناطق الدماغ إلى انتقائية الجينات خروج المغلوب من الفائدة يسمح لتعزيز الرقابة زمانيا ومحددة إقليميا من حذف الجينات، مقارنة مع الأساليب القائمة. بينما الشرطي حذف يمكن أيضا أن يتحقق من خلال التزاوج الفئران التي تعبر عن لجنة المساواة العرقية recombinase البكتيري المحور تحت سيطرة المروجين جين معين مع الفئران يحمل الجين floxed، حقن مكروي التجسيمي يسمح لاستهداف مناطق الدماغ منفصلة في نقاط زمنية مجرب محدد من الفائدة. في سياق الكوكايين الهواء تفضيل مكان، وغيرها من النماذج السلوكية مثل الكوكايين الإدارة الذاتية أو التوعية الحركية التي يمكن أن تنطوي على الانسحاب، وانقراض و / أو إعادة مراحل، هذه التقنية مفيدة بشكل خاص في استكشاف مساهمة فريدة من الجينات المستهدفة لهذه متميزة مراحل من النماذج السلوكية للاللدونة الكوكايين التي يسببها. على وجه التحديد،هذا الأسلوب يسمح للالاجتثاث الانتقائي من الجينات المستهدفة خلال مراحل منفصلة من سلوك لاختبار مساهمتها في السلوك عبر الزمن. في نهاية المطاف، هذا الفهم يسمح للعلاجات أكثر المستهدفة التي هي الأقدر على معالجة عوامل الخطر الأكثر فعالية التي تطرح نفسها خلال كل مرحلة من مراحل السلوك الادمان.
Introduction
الكوكايين هو منبه نفسي يعزز إلى حد كبير. بعد التعرض المتكرر، تحدث العديد من التعديلات الجزيئية والخلوية في الثواب ذات الصلة دوائر الدماغ التي يعتقد أنها تؤدي إلى القهري المخدرات سلوك التماس، مما دفع ارتفاع معدلات الانتكاس التي تشكل مشكلة خطيرة السريرية 1. الكوكايين تمارس هذه الآثار السلوكية طويلة الأمد من خلال تنظيم التعبير الجيني. لدراسة التعديلات التي تنشأ عن استخدام الكوكايين المزمن، وقد استخدمت نماذج القوارض قبل السريرية على نطاق واسع. واحدة من هذه النموذج هو تفضيل مكان الهواء (CPP) نموذج. هذا النموذج ينطوي على تطوير جمعية المستفادة بين بيئة محايدة سابقا وخصائص مجزية من الكوكايين. بعد عدة أزواج من الكوكايين مع غرفة خاصة، ويسمح الحيوانات لاستكشاف البيئات الكوكايين مقترن وغير الكوكايين تقرن بحرية وإذا كانوا يفضلون المقصورة المخدرات إرفاقها، ويقال أنها قد حصلت على تناو التي يسببها الكوكايينه تفضيل. وعلاوة على ذلك، وبعد فترة التدريب الانقراض، هذا النموذج يمكن استخدامه لدراسة إعادة سياق محددة من الكوكايين في سلوك التماس.
بالمقارنة مع النماذج السلوكية الأخرى للسلوك الادمان مثل، مثل التوعية الحركية، والتي تستخدم لدراسة طويلة الأمد التي يسببها الكوكايين السلوكية واللدونة الجزيئية 2،3 والإدارة الذاتية (SA)، التي يعتقد أنها أكثر دقة تقليد الادمان مثل السلوك وجدت في البشر، ونموذج CPP هو إجراء بسيط لدراسة الكوكايين التعلم السياقية 4. بروتوكولات CPP يمكن تمديد ملائم لتشمل الانقراض ومراحل إعادة، على غرار SA، والتي تسمح للتحقيق في الآليات الكامنة وراء حنين المخدرات، ويعتقد 5-7 الانتكاس والتي لألخص جوانب ما يحدث في الإنسان المخدرات سلوك التماس والمخدرات – وجديلة الناجم عن الانتكاس 8-10.
واحدة آلية والذي أدى إلىالكوكايين التي يسببها اللدونة السلوكية التي هي من سمات كل مرحلة من المراحل المتميزة من حزب الشعب الكمبودي، بما في ذلك الاستحواذ، انقراض، وإعادة، هو تفعيل التواقيع فريدة في التعبير الجيني داخل مناطق الدماغ المختلفة. لاختبار مباشرة التي الجينات داخل مناطق الدماغ ذات الصلة مكافأة توسط الكوكايين التي يسببها التغيرات السلوكية، فمن المفيد أن تكون قادرة على التلاعب بها بشكل انتقائي بطريقة محددة إقليميا. طريقة واحدة لتحقيق ذلك هو microinject المؤتلف الفيروسية ناقلات adenoassociated (rAAV) التي تعبر عن لجنة المساواة العرقية recombinase البكتيري المحور باستخدام جراحة التجسيمي، في مناطق الدماغ متميزة من الفئران التي لديها جينات المستهدفة يحيط بها مواقع LoxP (الفئران floxed). هذه الطريقة تسمح للسيطرة الزمانية والإقليمية دقيقة جدا على متى وأين يتم ذاب الجينات، في كل من الخلايا العصبية الانقسام وعدم تقسيم، دون إحداث الاستجابات المناعية 11-13. هذا المستوى من السيطرة يمثل ميزة هامة عبر تقنية جنة المساواة العرقية، LoxP التقليدية لتربية الفئران floxed ثالفئران إيث معربا عن لجنة المساواة العرقية recombinase البكتيري المحور تحت السيطرة على المروج الجين الذاتية، في أن توقيت وتوزيع حذف الجينات يمكن تنظيم أكثر إحكاما. بالإضافة إلى ذلك، ناقلات فيروسية بوساطة الجينات خروج المغلوب تلتف المحتملة الآثار التعويضية التنموية التي قد تحدث باستخدام استراتيجيات خروج المغلوب التقليدية.
بالإضافة إلى الكوكايين CPP، الذي يوصف هنا، Microinjection من rAAV-لجنة المساواة العرقية في الدماغ من الفئران floxed لتقييم دور جينات معينة يمكن تطبيقها بتواجد مطلق لنماذج السلوك التي تنطوي على مراحل منفصلة، بما في ذلك الإدارة الذاتية والتوعية الحركية. على سبيل المثال، مختبرنا وقد استخدمت هذه التكنولوجيا rAAV-لجنة المساواة العرقية لدراسة دور الكالسيوم V 1.2 لتر من نوع كا 2 + قنوات في الكوكايين الحركية توعية 14. على وجه التحديد، تم microinjected rAAV-جنة المساواة العرقية في النواة المتكئة (NAC) من الفئران مع الجينات ترميز كا V 1.2 floxed، لإثبات أن كا الخامس </suب> 1.2 يتصرف في هذه المنطقة تتوسط مرحلة التعبير عن التوعية الحركية 14،15. ومع ذلك، لا يمكن لاستراتيجية rAAV-لجنة المساواة العرقية أن تستخدم إذا الفئران مع الجينات floxed من مصلحة لا وجود لها، كما كان تجربتنا عند تقييم دور الكالسيوم V 1.3 لتر من نوع كا 2 + قنوات في التوعية الحركية. وبالتالي، وجود قيود على استخدام rAAV-لجنة المساواة العرقية يطرح نفسه حالة عدم وجود الفئران مشروط لجين معين من الفائدة. ومع ذلك، rAAVs التي تعبر عن سيرنا يمكن استخدامها لضربة قاضية الجينات المستهدفة، كما فعلنا لدراسة دور الكالسيوم V 1.3 قنوات 14،15.
Microinjecting rAAV-جنة المساواة العرقية في مناطق الدماغ منفصلة من الفئران floxed ثم اختبارها في نموذج CPP يسمح للتحقيق في الجينات المحددة التي توسط في مراحل مختلفة من السلوك الادمان مثل وحيث أنهم يتصرفون. استخدام هذا النموذج ساعد في فهمنا لكيفية إدارة الكوكايين المتكررة في جوهر يخطف مكتب الاتصالات الراديويةاهلية ت دائرة الإثابة تسبب تغيرات غير القادرة على التأقلم في الجزيئية مسارات نقل الإشارة والتعبير الجيني التي تؤدي إلى حالة المدمنين 1،16،17.
Protocol
Representative Results
Discussion
إقليميا وزمنيا محددة الاجتثاث الجيني عبر حقن مكروي التجسيمي من ناقلات فيروسية جنبا إلى جنب مع CPP يتضمن الانقراض ومراحل إعادة يسمح للتحقيق في المساهمات المحددة من الجينات إلى ثلاث مراحل متميزة من السلوك الادمان مثل. في حين خروج المغلوب الشرطي الذي يتحقق الاستفادة من …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر انى لي ومورين بيرن لمساعدتهم في تأسيس الهواء بروتوكول تفضيل مكان الموسعة.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Conditioned place preference activity chambers | Med Associates, Inc., St. Albans, VT, USA | MED-CPP-MS | |
| Stereotaxic alignment system for mouse | David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA | model 900 | |
| Hamilton syringes | Hamilton Company, Reno, Nevada, USA | 7634-01 | |
| rAAV2-Cre-GFP | Vector BioLabs, Philadelphia, PA, USA | 7016 | |
| rAAV2-GFP | Vector BioLabs, Philadelphia, PA, USA | 7004 |
References
- Nestler, E. J. Molecular neurobiology of addiction. American Journal on Addictions. 10 (3), (2001).
- Thomas, M. J., Kalivas, P. W., Shaham, Y. Neuroplasticity in the mesolimbic dopamine system and cocaine addiction. British Journal of Pharmacology. 154 (2), (2008).
- Robinson, T. E., Browman, K. E., Crombag, H. S., Badiani, A. Modulation of the induction or expression of psychostimulant sensitization by the circumstances surrounding drug administration. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 22 (2), (1998).
- Tzschentke, T. M. Measuring reward with the conditioned place preference (CPP) paradigm: update of the last decade. Addiction Biology. 12 (3-4), (2007).
- Mueller, D., Stewart, J. Cocaine-induced conditioned place preference: reinstatement by priming injections of cocaine after extinction. Behavioural Brain Research. 115 (1), (2000).
- Itzhak, Y., Martin, J. L. Cocaine-induced conditioned place preference in mice: Induction, extinction and reinstatement by related psychostimulants. Neuropsychopharmacology. 26 (1), (2002).
- Kreibich, A. S., Blendy, J. A. cAMP response element-binding protein is required for stress but not cocaine-induced reinstatement. Journal of Neuroscience. 24 (30), (2004).
- Obrien, C. P., Childress, A. R., McLellan, T., Ehrman, R. Integrating systematic cue exposure with standard treatment in recovering drug dependent patients. Addictive Behaviors. 15 (4), (1990).
- O’Brien, C. P., Childress, A. R., McLellan, A. T., Ehrman, R. A learning model of addiction. Research publications – Association for Research in Nervous and Mental Disease. 70, (1992).
- Stewart, J. Psychological and neural mechanisms of relapse. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences. 363 (1507), (2008).
- Bueler, H. Adeno associated viral vectors for gene transfer and gene therapy. Biological Chemistry. 380, (1999).
- Xiao, X., Li, J., McCown, T. J., Samulski, R. J. Gene transfer by adeno-associated virus vectors into the central nervous system. Experimental Neurology. 144 (1), (1997).
- Alexander, I. E., Russell, D. W., Spence, A. M., Miller, A. D. Effects of gamma irradiation on the transduction of dividing and nondividing cells in brain and muscle of rats by adeno-associated virus vectors. Human Gene Therapy. 7 (7), (1996).
- Schierberl, K., Hao, J., Tropea, T. F., Ra, S., Giordano, T. P., Xu, Q., Garraway, S. M., Hofmann, F., Moosmang, S., Striessnig, J., Inturrisi, C. E., Rajadhyaksha, A. M. Ca(v)1.2 L-Type Ca2+ Channels Mediate Cocaine-Induced GluA1 Trafficking in the Nucleus Accumbens, a Long-Term Adaptation Dependent on Ventral Tegmental Area Ca(v)1.3 Channels. Journal of Neuroscience. 31 (38), (2011).
- Schierberl, K., Giordano, T., Satpute, S., Hao, J., Kaur, G., Hofmann, F., Moosmang, S., Striessnig, J., Rajadhyaksha, A. Ca(v)1.3 L-type Ca2+ channels mediate long-term adaptation in dopamine D2L-mediated GluA1 trafficking in the dorsal striatum following cocaine exposure. Channels. 6 (1), 11-17 (2012).
- Nestler, E. J., Bergson, C. M., Gultart, X., Hope, B. T. Regulation of neural gene expression in opiate and cocaine addiction. NIDA Research Monograph. 125, (1993).
- Hyman, S. E., Malenka, R. C. Addiction and the brain: The neurobiology of compulsion and its persistence. Nature Reviews Neuroscience. 2 (10), (2001).
- Lee, A. S., Ra, S., Rajadhyaksha, A. M., Britt, J. K., De Jesus-Cortes, H., Gonzales, K. L., Lee, A., Moosmang, S., Hofmann, F., Pieper, A. A., Rajadhyaksha, A. M. Forebrain elimination of cacna1c mediates anxiety-like behavior in mice. Molecular Psychiatry. 17 (11), (2012).
- Li, X., Wolf, M. E. Visualization of virus-infected brain regions using a GFP-illuminating flashlight enables accurate and rapid dissection for biochemical analysis. Journal of Neuroscience Methods. 201 (1), 177-179 (2011).
- Ahmed, B. Y., Chakravarthy, S., Eggers, R., Hermens, W., Zhang, J. Y., Niclou, S. P., Levelt, C., Sablitzky, F., Anderson, P. N., Lieberman, A. R., Verhaagen, J. Efficient delivery of Cre-recombinase to neurons in vivo and stable transduction of neurons using adeno-associated and lentiviral vectors – art. no. 5. BMC Neuroscience. 5, (2004).
- Kaspar, B. K., Vissel, B., Bengoechea, T., Crone, S., Randolph-Moore, L., Muller, R., Brandon, E. P., Schaffer, D., Verma, I. M., Lee, K. F., Heinemann, S. F., Gage, F. H. Adeno-associated virus effectively mediates conditional gene modification in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (4), 2320-2325 (2002).
- Neve, R. L., Neve, K. A., Nestler, E. J., Carlezon, W. A. Use of herpes virus amplicon vectors to study brain disorders. Biotechniques. 39 (3), 9 (2005).
- Pohl, M., Braz, J. Gene therapy of pain: emerging strategies and future directions. European Journal of Pharmacology. 429 (1-3), (2001).
- Rinaldi, A., Marshall, K. R., Preston, C. M. A non-cytotoxic herpes simplex virus vector which expresses Cre recombinase directs efficient site specific recombination. Virus Research. 65 (1), (1999).
- Choi, V. W., McCarty, D. M., Samulski, R. J. AAV hybrid serotypes: Improved vectors for gene delivery. Current Gene Therapy. 5 (3), (2005).
- Passini, M. A., Dodge, J. C., Bu, J., Yang, W., Zhao, Q., Sondhi, D., Hackett, N. R., Kaminsky, S. M., Mao, Q. W., Shihabuddin, L. S., Cheng, S. H., Sleat, D. E., Stewart, G. R., Davidson, B. L., Lobel, P., Crystal, R. G. Intracranial delivery of CLN2 reduces brain pathology in a mouse model of classical late infantile neuronal ceroid lipofuscinosis. Journal of Neuroscience. 26 (5), (2006).
- Samulski, R. J., Chang, L. S., Shenk, T. Helper-free stocks of recombinant adeno-associated viruses – normal integration does not require viral gene-expression. Journal of Virology. 63 (9), (1989).
- Kaplitt, M. G., Leone, P., Samulski, R. J., Xiao, X., Pfaff, D. W., Omalley, K. L., During, M. J. Long-term gene-expression and phenotypic correction using adenoassociated virus vectors in the mammalian brain. Nature Genetics. 8 (2), (1994).
- Johansen, J. P., Hamanaka, H., Monfils, M. H., Behnia, R., Deisseroth, K., Blair, H. T., LeDoux, J. E. Optical activation of lateral amygdala pyramidal cells instructs associative fear learning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (28), (2010).
- Zhang, F., Gradinaru, V., Adamantidis, A. R., Durand, R., Airan, R. D., de Lecea, L., Deisseroth, K. Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures. Nature Protocols. 5 (3), (2010).
