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Neuroscience

Gerando um Modelo Reprodutível de Ativação Imune Materna de Gestações Médias usando Poly(I:C) para Estudo de Suscetibilidade e Resiliência em Descendentes

Published: August 17, 2022 doi: 10.3791/64095
Automatic Translation
1, 1
1Center for Neuroscience, UC Davis

Summary

A infecção materna é um fator de risco para distúrbios do neurodesenvolvimento. Modelos de camundongos de ativação imune materna (MIA) podem elucidar o impacto da infecção no desenvolvimento e função cerebral. Aqui, diretrizes gerais e um procedimento são fornecidos para produzir descendentes confiáveis e suscetíveis expostos ao MIA.

Abstract

A ativação imune materna (MIA) durante a gravidez está consistentemente ligada ao aumento do risco de distúrbios neurodesenvolvimentais e neuropsiquiátricos na prole. Modelos animais de MIA são usados para testar a causalidade, investigar mecanismos e desenvolver diagnósticos e tratamentos para esses distúrbios. Apesar de seu uso generalizado, muitos modelos de MIA sofrem de falta de reprodutibilidade e quase todos ignoram dois aspectos importantes desse fator de risco: (i) muitos descendentes são resilientes ao MIA e (ii) descendentes suscetíveis podem exibir combinações distintas de fenótipos. Para aumentar a reprodutibilidade e modelar a suscetibilidade e a resiliência à AIM, a imunorreatividade basal (BIR) de camundongos fêmeas antes da gravidez é usada para prever quais gestações resultarão em descendentes resilientes ou descendentes com anormalidades comportamentais e moleculares definidas após a exposição à MIA. Aqui, um método detalhado de indução de MIA via injeção intraperitoneal (i.p.) do RNA de fita dupla (dsRNA) viral mimético poli(I:C) aos 12,5 dias de gestação é fornecido. Este método induz uma resposta inflamatória aguda na barragem, o que resulta em perturbações no desenvolvimento do cérebro em camundongos que mapeiam domínios de impacto semelhante em transtornos psiquiátricos e do neurodesenvolvimento (NDDs) humanos.

Introduction

Evidências epidemiológicas ligam a infecção materna ao aumento do risco de doenças psiquiátricas e DDNs, incluindo esquizofrenia (SZ) e transtorno do espectro autista (TEA)1,2,3,4,5,6,7. O modelo de camundongos com AIM foi desenvolvido para testar a causalidade e o papel mecanicista da AIM na etiologia desses distúrbios, bem como para identificar biomarcadores moleculares e desenvolver ferramentas diagnósticas e terapêuticas 4,6. Apesar da utilidade desse modelo e de sua crescente popularidade, há uma variabilidade considerável nos protocolos de indução de AIM dentro do campo, dificultando a comparação dos resultados entre os estudos e a replicação dos achados 8,9. Além disso, a maioria das iterações do modelo não investiga dois importantes aspectos translacionais da AIM: (i) muitos descendentes são resilientes ao MIA e (ii) descendentes suscetíveis podem exibir combinações distintas de fenótipos8.

Para gerar um modelo de MIA reprodutível, os pesquisadores devem relatar pelo menos uma medida quantitativa da magnitude da MIA induzida em barragens. Para induzir a AIM durante a gestação, nosso laboratório realiza injeções intraperitoneais (i.p.) do RNA de fita dupla viral mimetizado poliinosítico: ácido policitidílico [poli(I:C)]. Poly(I:C) induz uma cascata imune semelhante aos vírus influenza, pois é reconhecida pelo receptor toll-like 3 (TLR3)10. Como resultado, a poli(I:C) ativa a resposta de fase aguda que resulta em rápida elevação das citocinas pró-inflamatórias 8,11,12. Estudos prévios demonstraram que a elevação de citocinas pró-inflamatórias, incluindo a interleucina-6 (IL-6), é necessária para produzir anormalidades comportamentais e neuropatologia na prole como resultado da AIM11,12,13. Assim, o nível de IL-6 no soro materno coletado durante seu pico em 2,5 h após a injeção de poli(I:C) é uma medida quantitativa convincente de MIA que pode ser usada para comparar resultados entre laboratórios dentro do campo.

A fim de gerar um modelo de MIA que aborde os elementos translacionalmente essenciais de resiliência e suscetibilidade com um único protocolo de indução 8,14, os pesquisadores podem combinar abordagens típicas de indução com a caracterização da imunorreatividade basal da barragem (BIR) antes da gravidez8. Recentemente, descobriu-se que camundongos C57BL/6 fêmeas virgens mostram uma ampla gama de respostas de IL-6 a uma exposição de baixa dose a poli(I:C) antes da gravidez8. É apenas um subconjunto dessas fêmeas que passam a produzir descendentes suscetíveis, e apenas em certas magnitudes de ativação imunológica, conforme ditado pela combinação de BIR e dose poli(I:C)8. A MIA induz fenótipos em um padrão U invertido; os descendentes apresentam as maiores aberrações comportamentais e moleculares quando as mães são moderadamente imunorreativas, e a magnitude da inflamação materna atinge, mas não excede, uma faixa crítica8. Aqui, um método detalhado de como criar de forma confiável descendentes resilientes e suscetíveis com fenótipos comportamentais divergentes como resultado da injeção gestacional média de poli(I:C) é fornecido.

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Protocol

Todos os protocolos são realizados sob a aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade da Califórnia-Davis (IACUC).

1. Preparação animal

  1. Ao adquirir animais, mantenha os seguintes parâmetros consistentes para garantir a máxima reprodutibilidade.
    1. Local do fornecedor e do fornecedor: como relatado anteriormente, os camundongos do tipo selvagem C57BL/6J exibem respostas diferentes à mesma dose de poli(I:C), dependendo do fornecedor8. Escolha um fornecedor e uma cepa de mouse que mostrem uma resposta consistente. Para os experimentos aqui, camundongos C57BL/6 obtidos de Charles River exibiram mudanças consistentes no comportamento após a exposição à MIA gestacional média, enquanto aqueles comprados da Taconic mostram uma resposta de maior magnitude, com algumas diferenças entre os grupos de tratamento em comparação com os camundongos Charles River8.
    2. Tensão: Os camundongos C57BL/6J são os mais utilizados, mas os camundongos BTBR e outras cepas apresentam respostas diferenciais à AIM 9 da gestaçãomédia. Observe essas respostas diferenciais, pois elas aumentam a reprodutibilidade do método e podem ser uma variável potencial em contribuir para resultados diferenciais na prole.
    3. Para garantir uma variabilidade mínima, use apenas fêmeas virgens para estudos de MIA8 e observe claramente os detalhes nos métodos.
    4. Idade no momento do envio e período de aclimatação: camundongos enviados antes de 7 semanas apresentam sistemas endócrinos desregulados15. Permitir que os animais se aclimatem por um período mínimo de 48 h16,17. Encomende ratos para serem enviados a 7 semanas (± 2 dias) e injete BIR a 8 semanas (± 2 dias).
    5. Idade no acasalamento: o sistema imunológico dos animais é dinâmico ao longo de sua vida útil. Tome cuidado para minimizar a variabilidade, mantendo a idade no acasalamento/injeção o mais consistente possível18,19,20. Acasalar camundongos fêmeas às 9 semanas (± 2 dias). Não use machos com mais de 6 meses de idade para acasalamento.

2. Teste e preparação do lote Poly (I:C)

  1. Prepare poli(I:C) de alto peso molecular conforme descrito abaixo.
    1. Autoclave 1,5 mL de tubos de microcentrífuga para armazenamento. O poli(I:C) ressuspenso pode ser armazenado a -20 °C, mas descongelamentos repetidos podem afetar a potência. Aqueça o banho-maria a 70 °C.
    2. Usando a técnica estéril, adicione 10 mL de solução salina fisiológica estéril (NaCl 0,9%) ao poli(I:C) liofilizado usando uma seringa. Aqueça em banho-maria a 70 °C durante 15 minutos para permitir o recozimento completo. Retire e deixe arrefecer até à temperatura ambiente.
    3. Em um exaustor estéril, adicione mais 40 mL de solução salina fisiológica ao frasco e inverta várias vezes para misturar. Remova a parte superior do frasco de poli(I:C) ou use uma seringa para alíquota em tubos de microcentrífuga de 1,5 mL. Conservar a -20 °C.
  2. Preparar poli(I:C) de peso molecular misto conforme descrito abaixo.
    1. Autoclave 1,5 mL de tubos de microcentrífuga para armazenamento. A poli(I:C) ressuspensa pode ser armazenada a -20 °C, mas descongelamentos de congelamento repetidos podem afetar a potência. Ajuste o banho-maria para 50 °C.
    2. Usando a técnica estéril, adicione 10 mL de NaCl estéril a 0,9% ao poli(I:C) liofilizado e prenda a tampa. Aqueça em banho-maria a 50 °C durante 25 minutos para permitir o recozimento completo. Retire e deixe arrefecer até à temperatura ambiente.
    3. Usando a técnica estéril, alíquota em tubos de microcentrífuga de 1,5 mL e armazenar a -20 °C.
  3. Administrar poli(I:C) através de injeções intraperitoneais (i.p.) conforme descrito abaixo.
    1. Pese o rato para determinar a dosagem precisa. Utilizando uma agulha de insulina de 0,5 cc, elabore poli(I:C) ressuspenso.
    2. Usando a outra mão, insira a agulha a uma profundidade de aproximadamente 0,5 cm entre os dois mamilos anteriores em um ângulo de cerca de 45°.
    3. Desenhe para determinar se não há sangue ou urina na seringa antes de injetar. Se ocorrer uma das duas situações, reposicione a agulha e tente novamente. Injete lentamente. Se o poli(I:C) borbulhar, a injeção provavelmente foi subcutânea. Uma colocação de injeção bem-sucedida resultará em nada sendo elaborado uma vez que a agulha é inserida, e nenhum vazamento uma vez que é removido.
  4. Testar a potência do lote poli(I:C) MMW conforme descrito abaixo8.
    1. Alguns fabricantes permitirão que os pesquisadores coloquem uma retenção em um lote total ou parcial enquanto a potência é testada para que várias garrafas possam ser obtidas mais tarde simultaneamente. Normalmente, estes podem ser armazenados liofilizados a -20 °C durante vários anos se o congelamento-descongelamento for evitado.
    2. Obter ou criar 30 barragens grávidas para teste. Em E12.5, realize injeções i.p. de 20, 30 e 40 mg/kg em um mínimo de 10 camundongos por dose.
    3. Às 2,5 h após a injeção, colete sangue através do sangramento da cauda. Observe que o sangue periférico e o sangue do tronco podem diferir nos níveis de citocinas, portanto, mantenha o método de coleta consistente dentro de um estudo.
    4. Permita que o sangue coagule durante a noite à temperatura ambiente. Após 12-24 h, girar as amostras de sangue a 3.768 x g a 4 °C durante 8 min. Recolher o soro e conservar a -80 °C até analisar.
    5. Isole o soro e meça os níveis de IL-6 via ELISA ou Luminex. Mantenha as ferramentas de medição consistentes, pois há uma variabilidade significativa na concentração total medida com diferentes modalidades e fabricantes. Determinar a magnitude da resposta à IL-6 necessária para induzir fenótipos utilizando uma coorte piloto.

3. Teste de imunorreatividade basal (BIR)

Observação : a Figura 1 mostra o esquema das etapas. Use um poli(I:C) de peso molecular diferente para o teste BIR em comparação com o gestacional para diminuir a probabilidade de respostas imunes adaptativas ao composto.

  1. Encomende ratos fêmeas virgens para serem enviados com 7 semanas de idade. Na chegada, agrupe e abrigue de quatro a cinco ratos em uma gaiola e mantenha o grupo alojado até o acasalamento. Use entalhe auricular ou qualquer outro sistema de identificação.
  2. Injete fêmeas por via intraperitoneal com 5 mg/kg de poli(I:C) 1 semana após a chegada. Às 2,5 h após a injeção, quando a IL-6 circulante for mais alta6, colete sangue total de animais injetados através de um corte de cauda.
  3. Permita que o sangue coagule durante a noite à temperatura ambiente. Após 12-24 h, girar as amostras de sangue a 3.768 x g a 4 °C durante 8 min.
  4. Recolher um mínimo de 32 μL de soro de cada amostra. Congelar a -80 °C até estar pronto para testar citocinas. Para medir os níveis de IL-6 de forma mais consistente, utilize um ensaio multiplex, como o Luminex. Mantenha as ferramentas de medição consistentes, pois há uma variabilidade significativa na concentração total medida com diferentes modalidades e fabricantes.
    1. Para o protocolo de ensaio de Luminex, consulte Bruce et al.21.
  5. Usando níveis relativos de IL-6, divida os animais em grupos BIR baixo (quartil inferior), médio (dois quartis médios) e alto (quartil mais alto).

4. Método de sangramento da cauda para coleta de sangue

NOTA: Para evitar o uso de sedativos potencialmente imunomoduladores, use o método de sangramento da cauda da coleta de sangue.

  1. Para configurar, coloque um suporte de solda e um copo de contenção em uma superfície do lado da mão não dominante. Em uma placa de Petri de 35 mm, adicione 1-2 mL de óleo comestível de grau alimentício. Retire a tampa da rolha de sangue rápida e coloque perto da configuração.
  2. Coloque algumas camadas de papel toalha no suporte de solda e o primeiro tubo capilar em um clipe, posicionando-o perto de onde a ponta da cauda do mouse será mantida e mantida paralela à superfície da mesa. Tenha uma lâmina de barbear à mão.
  3. Para coletar o sangue, execute as seguintes etapas.
    1. No momento necessário, retire o mouse da gaiola e coloque sob o copo com a cauda saindo do entalhe na base. Usando uma lâmina de barbear fresca, prenda a extremidade (1-2 mm) da cauda e colete a primeira gota de sangue no tubo capilar preso ao suporte de solda.
    2. Mergulhe os dedos da mão dominante no óleo comestível e use para espremer da base da cauda até a ponta, guiando a ponta da cauda para o tubo capilar para coletar gotas resultantes de sangue. Continue até que ~200 μL de sangue tenham sido coletados.
    3. Coloque uma pequena tampa final na extremidade cônica do tubo capilar antes da tampa superior. Se a tampa superior for colocada primeiro, a amostra será expelida da extremidade cônica do tubo. Coloque o tubo no invólucro externo protetor.
    4. Deixe coagular durante a noite à temperatura ambiente. Arrefecer uma microcentrífuga a 4 °C e girar o sangue para baixo, tal como indicado no passo 3.3.

Figure 1
Figura 1. A linha do tempo para testar a imunorreatividade basal e o acasalamento de fêmeas virgens. Encomende ratos para chegar a 7 semanas de idade e permitir que se acostumem à instalação por 1 semana. Injetar animais com 5 mg/kg de poli(I:C) e 2,5 h depois extrair sangue. Deixe o sangue coagular durante a noite e, em seguida, centrifugar a 3.768 x g, 4 °C durante 8 min. Coletar soro e avaliar os níveis relativos de IL-6 via ELISA ou Multiplex. Com 9 semanas de idade, configure pares de acasalamento. Criado usando BioRender.com Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Método baseado no peso para acasalamento e injeção gestacional de E12.5

Observação : a Figura 2 mostra o esquema das etapas. Dois métodos podem ser usados para configurar pares de acasalamento e determinar o ponto de tempo E12.5. O primeiro, o acasalamento cronometrado, é descrito em outro lugar22. Cálculos baseados no peso também podem ser usados para avaliar uma gravidez E12.523. O benefício dessa abordagem é que ela permite o bloqueio temporal da idade da barragem no acasalamento, diminuindo a variabilidade na resposta imune. Este procedimento é usado aqui.

  1. Coloque os machos em gaiolas limpas e deixe-os se aclimatar por um mínimo de 2 h. Isso diminui a probabilidade de agressão feminina, pois os machos já formarão um cheiro dominante na gaiola.
  2. Configure pares reprodutores machos únicos e fêmeas únicas, adicionando a fêmea à gaiola do macho. Antes de colocá-la na gaiola, pese-a e registre o peso. Adicione um pequeno punhado de sementes de girassol a cada gaiola para aumentar a eficiência do acasalamento.
  3. Para determinar a faixa de ganho de peso, execute as etapas a seguir.
    1. Obter um grupo de teste de fêmeas e configurar pares de acasalamento, registrando o peso no momento do acasalamento.
    2. Quando as fêmeas começarem a aparecer visivelmente grávidas, pese-as e divida em subconjuntos de 8,5 g, 9,5 g, 10,5 g e 11,5 g de peso ganho. Os fetos em E12.5 apenas começaram a desenvolver dígitos distintos em suas patas. Use a morfologia fetal para determinar o ganho de peso médio para atingir E12,5.
  4. Aos 12 dias após o acasalamento, pesar as fêmeas e determinar o ganho de peso. Em uma instalação de teste, as fêmeas ganham consistentemente 9,5-10,5 g do momento do acasalamento para E12,5. Injectar via i.p. a dose de poli(I:C) solubilizada determinada na etapa 2.3.2 quando o ganho de peso da fêmea se situar dentro do intervalo predeterminado.
  5. Observe a resposta ao MIA em barragens usando os seguintes parâmetros.
    1. Comportamento de doença: Coletar pontuações subjetivas em uma escala de 1-3 para como as barragens ativas se tornam em resposta a serem manuseadas, onde 1 é pouco ou nenhum movimento em resposta a ser manuseado e 3 é uma resposta normal à captura e contenção. Animais com maiores respostas imunes apresentarão menor resistência ao manejo8.
    2. Resposta febril: Usando um termômetro IR, colete as temperaturas pré-injeção e 2,5 h pós-injeção. Animais com respostas imunes de maior magnitude frequentemente apresentam hipotermia em resposta a maior atividade imune8.
    3. Mudança de peso: Pesar os animais 24 h após a injeção. Animais com respostas imunes de maior magnitude geralmente perdem mais peso8.
    4. Meça os níveis gestacionais de IL-6 da seguinte forma8.
      1. Às 2,5 h após a injeção, recolher sangue com o método preferido. Permita que o sangue coagule durante a noite à temperatura ambiente. Após 12-24 h, girar as amostras de sangue a 3.768 x g a 4 °C durante 8 min.
      2. Recolher o soro e conservar a -80 °C até analisar. Isole o soro e meça os níveis de IL-6 via ELISA ou Luminex. Mantenha as ferramentas de medição consistentes, pois há uma variabilidade significativa na concentração total medida com diferentes modalidades e fabricantes.
      3. Embale individualmente a barragem após a injeção com enriquecimento apropriado, como ninhos e dispositivos de enriquecimento. Manter todo o enriquecimento consistente, pois alterações no enriquecimento podem ter impactos significativos no comportamento dos roedores 24,25,26,27,28,29.
  6. O tempo de gestação para camundongos C57 varia de 18,5 a 20,5 dias. Realize verificações de cama para determinar se os animais nasceram dentro desse intervalo para garantir que a injeção foi realizada no ponto de tempo correto. Ao verificar se há ninhadas, perturbe a gaiola o mínimo possível. O estresse imediatamente após o nascimento da ninhada pode aumentar o risco de canibalização.

Figure 2
Figura 2. Indução de MIA. A indução da MIA requer avaliação da gravidez, injeção i.p. de poli(I:C) e verificações de ninhada para garantir o momento correto da inflamação materna. Depois de avaliar o dia gestacional, seja através do acasalamento cronometrado ou do método de ganho de peso, administrar uma injeção i.p. de poli(I:C) em E12.5. Recolha uma amostra de sangue às 2,5 h após a injeção para confirmar a ativação imunitária e determinar o nível de ativação da IL-6. As ninhadas nascerão aproximadamente em E18.5-E20.5. Criado usando BioRender.com Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Investigação de alterações de comportamento em MIA adulta e prole controle (opcional)

  1. A partir do P60 e antes de realizar testes comportamentais, aclimate os animais ao contato humano com manuseio suave por 1 min por dia durante 3 dias consecutivos. Certifique-se de que os dias de mudança de gaiola não ocorram no mesmo dia em que os testes comportamentais são realizados.
  2. Sempre permita que os ratos se acostumem à sala de testes por 30-60 minutos antes de iniciar os testes comportamentais. Use quartos mal iluminados (15-20 lux) para minimizar a ansiedade.
  3. Para uma limpeza repetitiva, coloque os ratos sozinhos em gaiolas limpas e sem roupa de cama com tampas. Usando uma câmera, registre os ratos nessas gaiolas por 20 minutos. Os primeiros 10 minutos funcionam como um período de aclimatação, os últimos 10 minutos são o período de teste.
  4. Usando vídeos salvos e um cronômetro, marque o tempo de preparação cumulativo para cada mouse durante o período de teste de 10 minutos. Outros comportamentos que podem ser pontuados a partir desses vídeos incluem a criação (em pé sobre as patas traseiras), o congelamento e o salto8.
  5. Use outros testes comuns para o modelo MIA, como inibição de pré-pulso (PPI) 14,30,31,32, campo aberto12,33,34, abordagem social de 3 câmaras 13,35,36, reconhecimento de novos objetos37, y-maze30, labirinto elevado mais 33 e condicionamento de contexto / medosinalizado 38.
  6. Imunoblotting pós-natal8 (opcional)
    1. Em P0, decapitar rapidamente e dissecar o tecido cerebral fetal em HBSS, congelar em nitrogênio líquido e armazenar a -80 °C.
    2. Interromper as amostras usando um sonicator de sonda com uma amplitude de 20% por 5 s em 2x tampão Laemmli, depois desnaturar a 85 °C por 5 min. Centrifugar lisado a 16.000 x g durante 10 min à temperatura ambiente. Recolher o sobrenadante e conservar a -80 °C.
    3. Meça o teor de proteína total usando um kit comercial de ensaio de proteína BCA, seguindo as instruções do fabricante, e use albumina sérica bovina como padrão de calibração.
    4. Adicionar o ditiotreitol como agente redutor às amostras como concentração final de 100 mM. Aqueça a 85 °C durante 2 minutos antes de carregar num gel.
    5. Execute 5 μg/lane de proteína sob condições redutoras em géis TGS a 7,5% e transfira eletroforeticamente para membranas PVDF. Bloqueie as membranas com tampão de bloqueio e incube com os anticorpos escolhidos.
    6. Lave três vezes com TBS + Tween 20 a 0,05% e incube as membranas por 45 min com anticorpos secundários marcados com fluorescência.
    7. Lave mais quatro vezes em TBS/Tween 20 e resultados de imagem. Padronizar os resultados usando β-tubulina, detectada usando anti-β-tubulina.

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Representative Results

Nem todos os animais expostos a 30 mg/kg de poli(I:C) em E12.5 produzem descendentes com anormalidades comportamentais consistentes 8,31. Embora tanto 30 mg/kg quanto 40 mg/kg de poli(I:C) produzam de forma confiável comportamentos de doença em barragens, incluindo diminuição dos níveis de atividade, respostas hipotérmicas e perda de peso, e também causem elevações significativas na IL-6, apenas um subconjunto de ninhadas expostas à IAM continuará a desenvolver anormalidades comportamentais em domínios semelhantes aos observados em psiquiatria humana e NDDs (Figura 3A-C)8 . Uma dose mais baixa de 20 mg/kg de poli(I:C) também induz o comportamento de adoecimento e a perda de peso, mas, em contraste com doses mais altas, não produz consistentemente respostas de IL-6 altas o suficiente em magnitude para induzir aberrações comportamentais na prole, embora as respostas de IL-6 estejam bem acima daquelas de barragens injetadas com solução salina (Figura 3D)8.

Figure 3
Figura 3. Diferentes doses de poli(I:C) levam a efeitos diferenciais em barragens. (A) Barragens expostas a 20 mg/kg, 30 mg/kg ou 40 mg/kg de poli(I:C) apresentaram diminuição da atividade em escala subjetiva (ANOVA one-way; P < 0,0001). (B) As barragens expostas apenas a 30 mg/kg de poli(I:C) apresentaram temperatura significativamente alterada na forma de resposta hipotérmica (ANOVA one-way; F3,35 = 4,289, P < 0,05). (C) Tanto 30 mg/kg de poli(I:C) quanto 40 mg/kg de poli(I:C) induziram perda de peso significativa (ANOVA one-way; F7.187 = 26,93, P < 0,0001) e (D) apresentaram níveis elevados de IL-6 acima do limiar necessário para induzir alterações comportamentais (ANOVA one-way; F3,35 = 25,54, P < 0,0001). (E) A imunorreatividade basal em fêmeas isogênicas de animais C57BL/6J é altamente variável, e categorizar as fêmeas BIR em grupos baixos, médios e altos permite que os pesquisadores prevejam quais descendentes têm maior probabilidade de serem suscetíveis ao impacto da MIA. As barras representam a ± média do MEV. Esse número foi modificado a partir de Estes et al.8. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Inesperadamente, camundongos C57BL/6 fêmeas virgens exibem imunorreatividade basal (BIR) bastante variável a uma baixa dose de poli(I:C) (5 mg/kg de poli(I:C)) antes da gravidez, mesmo sendo isogênicos, e essa variabilidade não está associada ao peso (Figura 3E, Figura Suplementar 1)8. Barragens injetadas com 5 mg/kg de poli(I:C) antes da gestação cujas respostas de IL-6 estão no meio de 50% (barragens BIR médias) produzem descendentes machos adultos com alterações nos níveis de proteína STAT3, MEF2 e tirosina hidroxilase no tecido estriatal P0 (Figura 4C-E)8. Filhotes machos de barragens BIR médias expostas a 30 mg/kg de poli(I:C) também apresentam diminuição da densidade de sinapses e elevação do complexo I de histocompatibilidade maior (MHCI) em cultura neuronal dissociada (Figura 4A,B)8. Barragens injetadas com 5 mg/kg de poli(I:C) antes da gestação cujas respostas de IL-6 estão no meio de 50% (barragens BIR médias) produzem de forma confiável descendentes machos adultos com comportamentos repetitivos elevados e comportamento exploratório diminuído quando expostos a 30 mg/kg de poli(I:C) em E12.5 (Figura 5A-F)8.

Por outro lado, camundongos do grupo BIR alto (com níveis de IL-6 nos 25% superiores quando expostos a 5 mg / kg de poli (I: C) antes da gravidez) produzem descendentes de forma confiável sem mudanças de comportamento repetitivas após MIA. No entanto, os descendentes machos dessas barragens de alto BIR apresentam comportamento exploratório elevado após a AIM (Figura 5D)8. Juntos, esses resultados indicam que a MIA pode causar resultados diferenciais na prole, dependendo do BIR8 da barragem.

Figure 4
Figura 4. Uma dose intermediária de poli(I:C) e BIR leva aos maiores resultados nos modelos MIA. (A) Os neurônios corticais de descendentes expostos à ativação imune materna de meio gestacional mostraram um aumento significativo na apresentação do MHCI somente quando as mães receberam 30 mg/kg de poli(I:C) (ANOVA unidirecional; F3,19 = 5,156, P < 0,01). (B) Em contraste, todas as dosagens (20 mg/kg, 30 mg/kg e 40 mg/kg) resultaram em diminuição significativa da densidade de sinapses na cultura neuronal dissociada (ANOVA one-way; F3,43 = 11,01, P < 0,0001). (C-E) P0 estriatal western blots mostram STAT3, MEF2A e TH elevados, apenas em animais cujas mães apresentaram BIRs médios e foram expostas a 30 mg/kg de poli(I:C) (ANOVA One-way; MEF2A: F3,24 = 3,968, P < 0,05; STAT3: F3,24 = 6,401, P < 0,01; TH: F3,24 = 3,668, P < 0,05). As barras representam a ± média do MEV. Esse número foi modificado a partir de Estes et al.8. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Animais suscetíveis nos grupos BIR 30 mg/kg médio e BIR 30 mg/kg podem não apenas ser comparados a controles, mas também a animais resilientes. A injeção de barragens BIR médias com dose ainda maior de 40 mg/kg de poli(I:C) produz descendentes sem alterações significativas no comportamento identificadas pelos ensaios empregados até o momento (Figura 5A-F)8. Isso sugere uma relação U invertida entre a ativação imune e a suscetibilidade à MIA.

Figure 5
Figura 5. Descendentes machos de represas expostas a uma dose intermediária de poli(I:C) apresentam as maiores alterações de comportamento. (A-F) Filhotes machos de barragens expostas a 30 mg/kg de poli(I:C) (ANOVA unidirecional aninhada; F3,27 = 8,775; Baixa: P = 0,0427; Médio: P = 0,0062; Alta: (P = 0,9568) mas não 20 mg/kg ou 40 mg/kg de poli(I:C) mostram alterações no comportamento de higiene repetitiva e criação exploratória. Além disso, os animais do grupo de tratamento poli(I:C) de 30 mg/kg apresentam formas díspares de suscetibilidade, e os descendentes masculinos de mães BIR médias apresentam aumento do comportamento repetitivo e diminuição da exploração, enquanto os descendentes machos de mães com BIR alto não apresentam alteração no comportamento repetitivo, mas apresentaram aumento do comportamento exploratório (A,D ; ANOVA unidirecional aninhada; F3,15 = 9,407, Baixo: P = 0,4910; Médio: P < 0,001; Alta: P = 0,0117). Os descendentes expostos a 20 mg/kg de poli(I:C) não parecem atingir o limiar de ativação imune necessário para alterar o desenvolvimento neuronal, uma vez que não apresentaram alterações nos comportamentos testados, enquanto os descendentes expostos a 40 mg/kg de poli(I:C) também foram mais resistentes aos seus efeitos (B,C,E,F). As barras representam a ± média do MEV. Esse número foi modificado a partir de Estes et al.8. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 1 suplementar. A imunorreatividade basal não está correlacionada com o peso animal. Camundongos fêmeas virgens exibem uma grande variedade de respostas de IL-6 a 5 mg/kg de Poly(I:C) injetado antes da gravidez de maneira independente do peso, R2 = 0,0086, P = 0,9. Clique aqui para baixar este arquivo.

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Discussion

A infecção materna altera o curso do desenvolvimento cerebral em humanos e em roedores e primatas não humanos 4,5,7. Aqui, um procedimento para induzir MIA em camundongos em um ponto de tempo médio gestacional usando poli(I:C) é descrito. Esse método incorpora a avaliação da BIR antes da gravidez, o que aumenta a reprodutibilidade e oferece a chance de investigar mecanicamente os mecanismos que levam à resiliência e suscetibilidade da prole à MIA8. Após a MIA, as mães do grupo BIR médio (com níveis de IL-6 no meio de 50%) geram de forma confiável descendentes adultos com alterações nos comportamentos repetitivos, alterações nos níveis de MHCI nos neurônios da prole recém-nascida, conforme determinado pela imunocitoquímica, e níveis elevados de tirosina hidroxilase estriatal, MEF2 e proteína STAT3 da prole recém-nascida, conforme determinado pela Western blot8.

O uso da AIM como modelo ambiental confere maior relevância translacional, pois atende aos critérios para um modelo de doença: validade de construto, face e preditiva7. No entanto, como em qualquer modelo ambiental, deve-se tomar muito cuidado para minimizar as variáveis externas. Muitos fatores como fornecedor, lote poli(I:C), tempo de injeção, idade das barragens e até mesmo o sistema de enjaulamento podem alterar o impacto da AIM na prole 8,9,39. Como relatado anteriormente, a potência do poli(I:C) é inconsistente entre fabricantes, lotes e até mesmo garrafas dentro de um lote devido à alta variabilidade nas concentrações de dsRNA e pesos moleculares 8,40. Como essa variabilidade pode aumentar a heterogeneidade na resposta imune materna, é fundamental que os laboratórios determinem a dose efetiva para cada lote para manter a máxima reprodutibilidade nos fenótipos observáveis. Por exemplo, observou-se que camundongos Charles River expostos à MIA produzem fenótipos consistentes de BIR e dose-dependentes em descendentes, e camundongos de Taconic também podem ser impactados de maneira semelhante, com algumas diferenças entre os grupos de tratamento8. Além disso, é vital que os pesquisadores padronizem as práticas de criação e mantenham registros detalhados para aumentar a reprodutibilidade do modelo. A publicação de autoria de Kentner et al. delineou os muitos detalhes que devem ser incluídos em relatórios experimentais e também pode funcionar como uma lista de verificação para os pesquisadores à medida que finalizam seus protocolos9.

O BIR é avaliado usando níveis séricos relativos de interleucina-6 (IL-6) de camundongos fêmeas virgens. A divisão desses camundongos em três grupos (baixo, médio e alto) revela modelos resilientes e suscetíveis reprodutíveis8. Como o BIR é uma questão de concentração relativa de IL-6, não é crucial testar rigorosamente a potência de poli(I:C) de alto peso molecular, como é necessário com o poli(I:C) de peso molecular misto usado para induzir a ativação imune materna durante a gestação. O BIR é uma medida relativamente nova que pode não reduzir todos os resultados variáveis.

As respostas imunes das mães durante sua primeira exposição a doses gestacionais de poli(I:C) podem diferir de sua resposta durante gestações e exposições subsequentes. Para este fim, o uso de fêmeas virgens reduz o potencial de variabilidade que as alterações na resposta imune resultantes de gestações múltiplas poderiam apresentar. O método baseado no peso de estimativa do ponto de tempo da gravidez é necessário porque as ratas muitas vezes não engravidam nas primeiras 24 horas de acasalamento.

É importante notar que existem desafios estatísticos com este modelo. Como a MIA é induzida nas barragens, os descendentes não podem ser randomizados em condições de tratamento. Assim, cada ninhada deve ser considerada um n de 1 9,41,42, e os indivíduos dentro dessa ninhada devem ser calculados em média para criar cada ponto de dados. O desenho estatístico mais adequado para esses dados, portanto, utiliza análises aninhadas8. Um mínimo de seis ninhadas por grupo (BIR x dose) é necessário para detectar de forma confiável alterações nas medidas comportamentais e moleculares. Diferenças significativas entre os sexos têm sido observadas extensivamente na literatura de AIM e, portanto, os sexos nunca devem ser agrupados em análises 8,9,43,44.

O BIR é uma ferramenta preditiva relativamente nova e ainda não foi definida em termos de impacto mecanicista. Ainda não se sabe se o BIR está associado a respostas imunes gestacionais específicas, no entanto, a resposta de IL-6 de camundongos antes da gravidez não é equivalente à sua resposta durante a gravidez8. O BIR, portanto, representa uma medida preditiva correlata, e mais pesquisas estão em andamento para determinar suas origens.

Apesar da variabilidade inerente ao modelo MIA, nenhum outro modelo ambiental de transtornos neuropsiquiátricos e NDDs até o momento pode fornecer o mesmo nível de relevância translacional. A preparação e os testes piloto extensivos são necessários para produzir consistência no modelo MIA, mas a robustez dos resultados fenotípicos compensa esse investimento inicial. Em última análise, os modelos animais MIA oferecem um potencial incomparável para investigar um único fator de risco que cria aglomerados divergentes e distintos de alterações comportamentais e moleculares na prole, semelhantes aos observados em populações humanas.

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Disclosures

Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.

Acknowledgments

Agradecemos à Dra. Myka Estes por sua persistência em abordar a variabilidade no modelo MIA de camundongos e a todos os colaboradores em Estes et al.8 por seu trabalho que levou ao desenvolvimento do protocolo de métodos aqui descrito. A pesquisa aqui relatada foi apoiada pelo NIMH 2P50 MH106438-06 (A.K.M.) e NIMH T32MH112507 (K.P.).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.9% NaCl physiological endotoxin free saline Sigma-Aldrich 7647-14-5 Control and vehicle for Poly(I:C)
35mm petri dish Thomas Scientific 1219Z45 Used to hold oil during tail bleed
7.5% TGX gels Bio-rad 4561084 Optional
Ancare Nestlets Fisher Scientific NC9365966 Optional
anti-β-tubulin Millipore MAB3408 Optional
Bio-Plex Pro Mouse Cytokine Standards Group I Bio-rad 171I50001
Bio-Plex Pro Reagent Kit with Flat Plate Bio-rad 171304070M
Bovine Serum Albumin ThermoFisher 23209 Optional
Centrifuge Eppendorf 5810R Optional
Covidien Monoject 1/2 mL Insulin Syringe with 28G x 1/2 in. Needle Spectrum 552-58457-083
Dithiothreitol Sigma-Aldrich D9779-10G Optional
Environmental enrichment Bio-serv K3327 and K3322 Optional
Ethovision Noldus Ethovision Optional
Fluorsecent-tagged seondary ntibodies Li-cor 925-32213 and 925-68072 Optional
Food-grade edible oil (like olive, canola or grapeseed) Various vendors Use to lubricate tail during tail bleeds
HBSS ThermoFisher 14060040 Optional
High molecular weight polyinositic:polycytidilic acid Invivogen #tlrl-pic-5 Used to establish females' BIR
Humane Mouse Restrainer AIMS 1000 Used to restrain mouse during tail bleeds
Image Studio Software Licor 5.2 Optional
Laemmli buffer Bio-rad 1610737EDU Optional
Luminex200 ThermoFisher APX10031
Microvette CB300 300μl Serum capillary tube Sarstedt 16.440.100
Mixed molecular weight polyinositic:polycytidilic acid Sigma-Aldrich #P0913 Gestational induction of MIA
monoclonal anti-MEF2A AbCam ab76063 Optional
monoclonal anti-STAT3 Cell signaling 12640S Optional
Observer Noldus Observer Optional
Odyssey blocking buffer (TBS) Li-cor 927-50003 Optional
Odyssey CLx imaging system Li-cor 9140 Optional
Omnipure PBS Millipore 65054L Optional
Pierce BCA Protein Assay Kit ThermoFisher 23227 Optional
polyclonal anti_TH Pel-Freez P4101-150 Optional
PVDF membrane Bio-rad 162-0177 Optional
Qsonica Sonicator Q500 Fisher Scientific 15-338-282 Optional
Quick blood stopper Petco 17140
Seal-Rite 1.5 ml microcentrifuge tube, natural non-sterile USA Scientific 1615-5500
Soldering stand Amazon B08Y12QC73 Used to hold capillary tube during tail bleeds
Sunflower seeds Bio-serv S5137-1 Use to increase breeding efficiency
The Bio-Plex Pro Mouse IL-6 set, Bio-rad 171G5007M
Tris base Fisher Scientific BP152-1 Optional
Tween 20 Bio-rad 23209 Optional

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References

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Neurociência Edição 186
Gerando um Modelo Reprodutível de Ativação Imune Materna de Gestações Médias usando Poly(I:C) para Estudo de Suscetibilidade e Resiliência em Descendentes
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Prendergast, K., McAllister, A. K. Generating a Reproducible Model of Mid-Gestational Maternal Immune Activation using Poly(I:C) to Study Susceptibility and Resilience in Offspring. J. Vis. Exp. (186), e64095, doi:10.3791/64095 (2022).

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