Стереотаксические Микроинъекции Вирусные векторы, экспрессирующие Cre рекомбиназы для изучения роли генов-мишеней в Кокаин Условные предпочтения Место
Summary
Эта статья описывает, как microinject вирусных векторов в мозг мыши, а затем проверить в кондиционированной парадигму предпочтения места, которое включает в себя приобретение, исчезновение и восстановление фазы.
Abstract
Microinjecting рекомбинантных вирусных adenoassociated (rAAV) векторов, экспрессирующих Cre рекомбиназу в различных регионах мозга мыши выборочно нокаутом интерес генов позволяет усилить временно-и регионально-специфический контроль делеция гена, по сравнению с существующими методами. В то время как условная делеция также может быть достигнуто в результате скрещивания мышей, экспрессирующих рекомбиназы Cre под контролем промоторов гена мышей, несущих ген floxed, стереотаксической микроинъекции обеспечивающим направление дискретных областей мозга на экспериментатор определенное время точек интереса. В контексте кокаина кондиционером предпочтение месте, кокаин и другие поведенческие парадигмы, такие как самоуправление или психомоторное сенсибилизации, что может включать в себя вывод, исчезновения и / или восстановления фаз, эта технология особенно полезна в изучении уникального вклада генов-мишеней, чтобы эти отдельные фазах поведенческих моделей, вызванных употреблением кокаина пластичности. В частности,Этот метод позволяет для селективного удаления генов-мишеней во время дискретные фазы поведения, чтобы проверить их вклад в поведение во времени. В конечном счете, это понимание позволяет более целевой терапии, которые являются лучшими в состоянии решать самые мощные факторы риска, которые представляют себя во время каждой фазы аддиктивного поведения.
Introduction
Кокаин является весьма укрепления психостимулятор. После неоднократного воздействия, несколько молекулярной и клеточной адаптации происходят в награду-соответствующими схемами мозга, которые, как полагают, приведет к компульсивным наркотиков поведение, побуждая высокой частотой рецидивов, которые представляют серьезную клиническую проблему 1. Кокаин оказывает эти длительные поведенческие эффекты, регулируя экспрессию генов. Для изучения адаптации, которые возникают из-за хронического употребления кокаина, доклинических моделях грызунов широко используются. Одной из таких моделей является кондиционером место предпочтения (CPP) парадигмы. Эта модель включает в себя разработку узнали связь между ранее нейтральную среду и полезный свойств кокаина. После нескольких пар кокаина с конкретной камеры, животным позволяют свободно исследовать кокаин-парных и без кокаина среди парных и если они предпочитают наркотиков парного отделения, они, как говорят, приобрел, вызванных употреблением кокаина НОАКэлектронной предпочтения. Кроме того, после периода обучения исчезновения, эта парадигма может быть использована для изучения конкретных условий восстановления кокаина помощью.
По сравнению с другими поведенческих моделей привыкание поведение как, например, психомоторного аллерген, который используется для изучения долгосрочного кокаин-индуцированное поведенческие и молекулярные пластичность 2,3 и самоуправления (SA), который, как полагают, чтобы более точно имитировать привыкание -подобное поведение у людей, парадигма CPP является простой процедурой для изучения кокаина контекстная обучения 4. CPP протоколов может быть удобно расширена, чтобы включить исчезновение и восстановление фазы, подобно SA, которые позволяют исследование механизмов, лежащих в основе тяга наркотиков и рецидив 5-7 и которые, как полагают резюмировать аспекты того, что происходит в человеческом наркотиков поведение и лекарственное средство – и кий-индуцированной рецидива 8-10.
Один механизм, который лежит в основекокаин-индуцированное поведенческой пластичности, характерного для каждой из отдельных фаз СРР, включая приобретение, исчезновения, и восстановление, активация уникальный подписи экспрессии генов в различных областях головного мозга. Чтобы непосредственно проверить, какие гены в награду-соответствующих регионах мозга посредником, вызванных употреблением кокаина поведенческие изменения, полезно, чтобы иметь возможность манипулировать ими избирательно в регионально-специфическим образом. Одним из способов достижения этой цели является microinject рекомбинантных вирусных adenoassociated (rAAV) векторов, которые выражают Cre рекомбиназу использованием стереотаксической хирургии, в различных областях мозга мышей, которые имеют гены-мишени в окружении сайтов LoxP (floxed мышей). Этот метод позволяет очень точные временные и региональные управления, когда и где гены абляции, в обоих деления и без деления нейронов, не вызывая иммунный ответ 11-13. Такой уровень контроля является важным преимуществом по сравнению с традиционными CRE-LoxP технология разведения мышей floxed Wй мышей, экспрессирующих рекомбиназы Cre под контролем эндогенного промотора гена, в то время и распределение делеции гена может быть более жестко регулируется. Кроме того, вирусный вектор-опосредованного нокаут гена обходит потенциал развития компенсационные эффекты, которые могут происходить с использованием традиционных стратегий нокаутом.
В дополнение к кокаину CPP, который описан здесь, микроинъекции rAAV-Cre в мозг мышей floxed оценить роль определенных генов могут быть применены повсеместно поведенческие парадигмы, которые включают отдельные фазы, в том числе самоуправления и психомоторных сенсибилизации. Например, наша лаборатория использовала rAAV Cre-технологии для изучения роли Ca V 1.2 L-типа Ca 2 + каналов в психомоторном кокаина сенсибилизации 14. В частности, rAAV-Cre было микроинъекции в прилежащем ядре (NAC) мышей с геном, кодирующим Ca объем 1,2 floxed, чтобы продемонстрировать, что Ca объем </suB> 1,2, действующих в этом регионе выступает посредником выражение фазы психомоторного сенсибилизации 14,15. Тем не менее, rAAV-Cre стратегия не может быть использован, если мышей с floxed интерес ген не существуют, как это было нашему опыту для оценки роли Са версии 1.3 L-типа Ca 2 +-каналов в психомоторных сенсибилизации. Таким образом, ограничение использования rAAV-Cre представляет себя, если условная мышей не существует для конкретного гена. Тем не менее, rAAVs которые выражают миРНК может быть использована для целевых генов нокдаун, как мы сделали, чтобы изучить роль Ca V 1.3 каналов 14,15.
Microinjecting rAAV-Cre в дискретных областях мозга floxed мышей и затем проверить их в парадигме CPP позволяет по расследованию конкретных генов, которые обеспечивают различные фазы привыкания поведение как и где они действуют. Использование этой парадигмы помог в нашем понимании того, как повторное введение кокаина в сущности захватывает брAINS награда схема вызывает неадекватные изменения в молекулярных сигнальных путей и экспрессии генов, которые приводят к зависимым состоянии 1,16,17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Регионально-и временно-специфический ген абляции с помощью стереотаксической микроинъекции вирусных векторов в сочетании с CPP, которая включает исчезновение и восстановление фазы позволяет для исследования конкретного вклада генов в трех различных фазах привыкание-подобное поведе?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Анни Ли Бирн и Морин за помощь в создании расширенного протокола кондиционером предпочтение месте.
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).
