Cortex, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus, Lateral Septal Nucleus- und Striatum spezifische<em> In Utero</em> Electroporation in der C57BL / 6-Maus,

Summary

This protocol describes in detail how to specifically transfect different regions in the C57BL/6 central nervous system via in utero electroporation. Included in this protocol are detailed instructions for transfections of regions that develop into the cortex, hippocampus, thalamus, hypothalamus, lateral septal nucleus and striatum.

Abstract

In utero electroporation is a widely used technique for fast and efficient spatiotemporal manipulation of various genes in the rodent central nervous system. Overexpression of desired genes is just as possible as shRNA mediated loss-of-function studies. Therefore it offers a wide range of applications. The feasibility to target particular cells in a distinct area further increases the range of potential applications of this very useful method. For efficiently targeting specific regions knowledge about the subtleties, such as the embryonic stage, the voltage to apply and most importantly the position of the electrodes, is indispensable.

Here, we provide a detailed protocol that allows for specific and efficient in utero electroporation of several regions of the C57BL/6 mouse central nervous system. In particular it is shown how to transfect regions the develop into the retrosplenial cortex, the motor cortex, the somatosensory cortex, the piriform cortex, the cornu ammonis 1-3, the dentate gyrus, the striatum, the lateral septal nucleus, the thalamus and the hypothalamus. For this information about the appropriate embryonic stage, the appropriate voltage for the corresponding embryonic stage is provided. Most importantly an angle-map, which indicates the appropriate position of the positive pole, is depicted. This standardized protocol helps to facilitate efficient in utero electroporation, which might also lead to a reduced number of animals.

Introduction

Seit der ersten Beschreibung im Jahr 2001 von drei unabhängigen Gruppen ^1-3 i n utero Elektroporation hat sich zu einem weit verbreiteten Standard-Tool zur Analyse der Genexpression in der Nagetier zentralen Nervensystems. Im Vergleich zu der Erzeugung von Knockout-Mäusen, die, trotz kontinuierlich Verbesserung der Techniken, noch Zeit und Geld raub, die in utero Elektroporation gefällt durch ihre Einfachheit. Also, in utero Elektroporation ermöglicht eine schnelle und effiziente Verstärkungs- und loss-of-function-Studien ^4.

Die Hirnregionen zu transfizieren, wird die Lösung, welche das negativ geladene Plasmid in einem Ventrikel injiziert. Während des elektrischen Impulses, wandert der negativ geladenen DNA zum positiven Pol und daher kann die transfizierte Region einfach durch Verändern der Position des positiven Pols ausgewählt werden. Es ist oft gezeigt worden, dass zahlreiche Regionen des zentralen Nervensystems können targeted ^3,5-8. Beispielsweise zeigen neuere Studien, spezifische Transfektionen des Hippocampus, der piriformen Cortex oder Striatum ^9-11. Die Information über den richtigen Positionen sind jedoch oft nur kaum standardisiert und sind nicht immer leicht zu verschiedenen Mäusestämme zu übertragen.

Transfektion bestimmter Embryonalstadien ist bei weitem nicht trivial. Viele Einflussfaktoren zu beachten bei der Auswahl des Set-up für bestimmte in utero Elektroporation genommen werden. Erstens, um optimal zu transfizieren, die entsprechenden embryonalen Stadien, ist das Wissen über die geeigneten Spannungen notwendig. Hohe Spannungen verringern die Überlebensrate, wohingegen niedrige Spannungen reduzieren die Transfektionseffizienz ^2,3,12. Auch die Größe der Elektrode Paddel spielt eine entscheidende Rolle, denn die Verwendung von Elektroden Paddel, die zu groß zu einer verringerten Spezifität sind oder Tod aufgrund von Erkrankung des Herzrhythmus ^4,12,13 verursachen. Die angelegteSpannung und die Größe und die Position der Elektrode Paddel sind die wichtigsten Merkmale zu berücksichtigen, es gibt aber auch weitere Faktoren, die die Ergebnisse der Elektroporation, wie die aufgebrachte Menge an DNA-Lösung.

Wir haben ein detailliertes Protokoll, das eine schnelle und effiziente Transfektion von verschiedenen Hirnregionen der C57BL / 6-Maus ¹² ermöglicht. In diesem Protokoll detaillierte Information über die Spannungen, die verwendet werden und die Größe der Elektrode Paddel für erhöhte Spezifität bereitgestellt. Weitere Information über die Herzkammer mit Empfehlungen für die Menge der Plasmid-Lösung und der Lage der Elektrode zugeführt wird, gefüllt werden. Die Anzeige der detaillierten Positionsinformationen in der Karte und der weiteren Darstellung von diesen Positionen ermöglicht eine einfache spezifische und effiziente in utero Elektroporation des retrosplenialen Cortex, dem motorischen Cortex, somatosensorischen Cortex piriformis cortex, ter Ammonshorn 1-3, dem Gyrus dentatus, das Striatum, die laterale Septum-Kern, der Thalamus und Hypothalamus.

Protocol

Ethics Statement: Die Handhabung der Mäuse und die experimentellen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit europäischen, nationalen und institutionellen Richtlinien für die Tierpflege durchgeführt. 1. In Utero Elektroporation Hinweis: In utero Elektroporation wurde wie zuvor veröffentlichten 12,14. Daher ist das Verfahren nur kurz beschrieben in den folgenden (1). Vorbereitungen Bere…

Representative Results

Abbildung 2 zeigt Beispiele für die spezifische in utero Elektroporation der Regionen entwickelt sich der retrosplenialen Hirnrinde, dem motorischen Kortex, dem somatosensorischen Kortex, die piriformen Cortex, Ammonshorn 1-3, dem Gyrus dentatus, das Striatum, die laterale Septum-Kern , Thalamus und Hypothalamus. Die Ergebnisse der Transfektionen sind gezeigt neben dem empfohlenen Winkel (Abbildung 2). Zur besseren Veranschaulichung der Winkel in vivo die Position der…

Discussion

This protocol describes in detail how to transfect the retrosplenial cortex, the motor cortex, the somatosensory cortex, the piriform cortex, the cornu ammonis 1-3, the dentate gyrus, the striatum, the lateral septal nucleus, the thalamus and the hypothalamus of C75BL/6 mice. With all the provided information this is the first protocol, which supplies all necessary information to easily recreate transfections of these cerebral regions in the C57BL/6 mouse. Previous publications are mostly focused only on a few specific r…

Materials

EndoFree Plasmid Maxi Kit	QIAGEN	12362
Fast Green	Roth	0301.1
pCAGGS	Addgene
borosilicate glass capillaries (0.8-0.9 mm diameter)	Wold Precision Instrument Inc.	1B100F-4
Isoflurane (Forene)	Abbott	PZN 4831850
Carprofen (Rimadyl)	Pfizer GmbH	approval number: 400684.00.00
eye ointment (Bepanthen Augen und Nasensalbe)	Bayer	PZN 01578681
0.9% benzyl alcohol 0.9% saline solution	Pharmacy of the University Medical Center Mainz
gauze (ES-Kompressen)	Hartmann	407835
sterile 5-0 Perma-Hand Silk Suture	Ethicon Johnson & Johnson	K890H
ring forceps 1/ 1.5 mm	Fine Science Tools	11101-09
ring forceps 4.8/ 6 mm	Fine Science Tools	11106-09
ring forceps 2.2/ 3 mm	Fine Science Tools	11103-09
Adson Forceps-Serrated Straight 12 cm	Fine Science Tools	1106-12
IrisScissors-Delicate Straight-Sharp/Blunt 10 cm	Fine Science Tools	14028-10
Mayo-Stille Scissors-Straight 15 cm	Fine Science Tools	14012-15
Dumont #5 Forceps-Inox	Fine Science Tools	11251-20
Castroviejo NeedleHolder-with Lock-Tungsten Carbide 14 cm	Fine Science Tools	12565-14
Elektroporator CUY21 SC	Nepa Gene Co.
FST 250 Hot Bead Sterilizer	Fine Science Tools	18000-45
Microgrinder EG-44	Narishige
P-97 Micropette Puller	Sutter Instrument Company	P-97
Platinum electrodes 650P 0.5 mm	Nepagene	CUY650P0.5
Platinum electrodes 650P 3 mm	Nepagene	CUY650P3
Platinum electrodes 650P 5 mm	Nepagene	CUY650P5
Platinum electrodes 650P 10 mm	Nepagene	CUY650P10
Anesthesia system	Rothacher-Medical GmbH	CV-30511-3 Vapor 19.3
Heating plate	Rothacher-Medical GmbH	HP-1M
Temperature Controller 220V AC	Rothacher-Medical GmbH	TCAT-2LV