Aquí describimos un método simple que desarrollamos para diseccionar el control genético in vivo de la citoarquitectura neuronal. Basado en la ingeniería in vitro de precursores neuronales, su trasplante en cerebro neonatal y evaluación morfométrica emparejada de células de "prueba" y "control", permite revelar implicaciones funcionales de genes de prueba en el control fino de la morfología neuronal en un manera rápida y asequible. Para investigar el control genético in vivo de la arquitectura neuronal, deben abordarse tres cuestiones técnicas clave: 1) lograr una expresión genética de interés (GOI) adecuadamente modelada y un control cuantitativo preciso de la misma; (2) obtener una visualización correctamente segmentada de siluetas neuronales distintas; 3) obtener una significancia estadística de los resultados mientras se emplea un número limitado de animales.
Cuando están disponibles, las líneas mutantes de ratón que albergan transgenes controlados por tetraciclina (tet) pueden ser la mejor herramienta para abordar el primer problema1. Alternativamente, se puede emplear transgénesis somática. En tales casos, el transgén se entrega a través de la electroporación2 o la transducción viral3. A continuación, se conserva como un epísmio (por ejemplo, sobre la electroporación estándar4), o se integra en el genoma (aleatoriamente, a través de la integrasa retroviral5; o en un lugar definido, a través de la recombinación homóloga promovida por CRISPR (SLENDR)6 ).
En segundo lugar, la visualización de la silueta neuronal puede lograrse mediante (a) etiquetado uniforme disperso o (b) etiquetado diferencial denso. En cuanto al etiquetado escaso, se pueden emplearmetodologías avanzadas similares a Golgi 7, los miniconjuntos neuronales seleccionados pueden ser llenados por biocictina8,y el etiquetado de sal y pimienta se puede obtener gracias a un transgén escasamente expresado. Dicho transgén puede mostrar transcripción variada (Thy-EGFP)9 o puede activarse mediante recombinación estocástica (MORF)10. En cuanto a (b), las estrategias de vanguardia incluyen la recombinación estocástica mediada por Cre dentro de una matriz transgénica de fluoroproteínas multifloxadas (Brainbow)11,así como la integración genómica impulsada por piggyBac-transposasa de genes de fluoroproteínas, anteriormente entregada a través de la transgénesis somática (CLoNE)12.
En cuanto a la tercera cuestión, el resultado morfométrico a menudo se ve afectado por una gran variabilidad aleatoria, originada por diferencias entre animales y contingencias de inyección celular. Debido a esto, un gran número de animales se emplea generalmente para lograr el poder estadístico necesario para evaluar la actividad morfométrica GOI.
Los enfoques descritos anteriormente a menudo se basan en habilidades técnicas avanzadas y requieren recursos financieros visibles, lo que puede limitar su difusión dentro de la comunidad científica. Para eludir estos problemas, concebimos una canalización fácil y directa para diseccionar el control genético de la neuroarquitectura in vivo de una manera rápida y asequible. Esto se inspira en un diseño similar de co-trasplante previamente desarrollado para una evaluación rápida in vivo de la actividad transgén al trasgeno antiblástica13.
Específicamente, se cree que el co-trasplante de precursores neuronales "verdes" de ingeniería in vitro ("células de prueba" y "control") en un cerebro neonatal receptor "negro" puede corregir simultáneamente los tres problemas clave mencionados anteriormente. De hecho, la ingeniería lentiviral in vitro de precursores, en condiciones bien controladas, permite el mantenimiento de la variabilidad de la expresión transgénica neuronal como mínimo, muy por debajo de la generalmente asociada con manipulaciones in vivo somáticas (realizadas previamente 14 , 15 y en nuestros resultados inéditos). El control preciso resultante de la expresión génica es comparable al logrado por los modelos transgénicos controlados por tet. Sin embargo, los costes de este procedimiento están muy por debajo de los derivados del mantenimiento de una línea de ratón transgénica. A continuación, la inyección de células a mano alzada es fácil y requiere un entrenamiento mínimo. Además, la cantidad de precursores etiquetados inyectados en cada cerebro se puede ajustar fácilmente para lograr un número acumulado suficiente de precursores escasamente distribuidos, manteniendo al mismo tiempo el número total de animales trasplantados como mínimo. Por último, pero no menos importante, la coinyección de precursores de etiqueta fluorada, "prueba" y "control" de manera diferente y el posterior análisis estadístico por pares de los resultados contrarrestan los efectos de la variabilidad experimental interanimal, permitiendo alcanzar significación estadística de los resultados, incluso tras el análisis de un número limitado de individuos13.
Cabe destacar que, aunque rápido y barato, este método tiene dos limitaciones principales. En primer lugar, está diseñado para investigar el control genético autónomo celular de la arquitectura neuronal, y no es apropiado para abordar el control ambiental. En segundo lugar, a medida que los precursores neuronales trasplantados llegan a su ubicación final por un horario heterocrónico, este método es preferible a modelar el control neuroarquitectónico que se produce después de la finalización de la migración.