このプロトコルは、皮質虚血性脳卒中後のNeurod1のウイルス媒介性異所性発現を説明しています。Neurod1は、(1)脳卒中後の亜急性期(7日間)に野生型マウスにCre-Flex AAVシステムを使用して、(2)脳卒中後の慢性期(21日間)に条件付きレポーターマウスに単一のAAVベクターを使用して送達されます。
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方法論記事
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このプロトコルは、皮質虚血性脳卒中後のNeurod1のウイルス媒介性異所性発現を説明しています。Neurod1は、(1)脳卒中後の亜急性期(7日間)に野生型マウスにCre-Flex AAVシステムを使用して、(2)脳卒中後の慢性期(21日間)に条件付きレポーターマウスに単一のAAVベクターを使用して送達されます。
in vivoでの神経原性因子の異所性発現は、疾患モデルで失われたニューロンを置き換えるための有望なアプローチとして浮上しています。レトロウイルス、レンチウイルス、アデノ随伴ウイルス(AAV)などの非伝播性ウイルス様粒子系を介した神経塩基性ヘリックスループヘリックス(bHLH)転写因子の使用が広く報告されています。in vivo実験では、AAVは病原性が低く、翻訳可能性が高いため、ますます使用されるようになっています。このプロトコルは、虚血性脳卒中後の形質導入細胞における転写因子の異所性発現を調査するための 2 つの AAV システムについて説明しています。どちらのシステムでも、Neurod1の発現は短いGFAP(gfaABC(1)D)プロモーターによって制御されており、脳卒中後の反応性アストロサイトや、神経原性因子の発現と組み合わせた場合の内因性ニューロンでアップレギュレーションされます。記載されている虚血性脳卒中モデルでは、マウスの運動皮質にエンドセリン-1(ET-1)を注入することにより、局所虚血が誘発され、反応性GFAP発現アストロサイトと生存ニューロンに囲まれた病変が作成されます。脳卒中後の亜急性期(7日)および慢性期(21日)にNeurod1の発現を異所的に誘導するために、AAVの脳内注射が行われます。AAV注射後数週間以内に、異所性にNeurod1を発現するマウスでは、AAVコントロールウイルスを投与されたマウスと比較して、形質導入細胞中のニューロンの数が有意に多く同定されます。使用したAAVベースの戦略は、軽度から中等度の皮質脳卒中のモデルでレポーター遺伝子を発現するニューロンの数の増加の観察結果を再現しました。このプロトコルは、AAV ベースのシステムで送達される転写因子の異所性発現の影響を調査するための標準プラットフォームを確立し、脳卒中の文脈における神経原性因子発現の理解に貢献します。
脳卒中は、世界中で障害の主な原因です1。脳卒中は、脳への血流が妨げられたときに発生します。これは、脳内の血管が破裂する出血性脳卒中(症例の~15%)、または脳への血流が遮断される虚血性脳卒中のいずれかで発生する可能性があります1。虚血性脳卒中は最も多く、脳卒中症例の~85%を占めています1。脳卒中は、脳へのグルコースと酸素の供給を減少させ、神経細胞の迅速な死と神経機能の障害につながります。
虚血性脳卒中は、興奮毒性、酸化的およびニトロソ化ストレス、カルシウム調節不全、皮質拡散脱分極、浮腫、血液脳関門(BBB)の破壊、および炎症のメカニズムを通じて、病変の中心部で数分以内に細胞が失われます2,3。梗塞周囲領域の細胞は、脳卒中後数時間以内に、数日間、アポトーシス細胞死を起こします4。梗塞周囲の環境は、損傷後に多様な役割を果たすミクログリアとアストロサイト(「反応性」アストロサイト)の活性化につながる炎症誘発性および抗炎症性のシグナルにさらされます5,6,7,8。反応性星状細胞は、グリア線維性酸性タンパク質(GFAP)のアップレギュレーション、および脳卒中後数日以内に病変の周囲に境界が形成されることを含む多くの表現型の変化を経ます。これは、病変の範囲を制限するのに役立つだけでなく、損傷した組織内の神経可塑性にも影響を与えます8,9,10。
直接的な細胞リプログラミングは、多能性状態を経ることなく、1つの成熟細胞タイプを別の成熟細胞タイプに変換することを可能にする11。常在する脳細胞を新しいニューロンに変えて、損傷で失われた細胞を置き換えることは、脳の回復のための魅力的な道筋を示しています。脳卒中は、失われたニューロンを置き換え、治療期間を広げ、最終的には機能回復を促進する治療法が必要であることを考えると、細胞ベースの治療の理想的な標的です。この目的のために、Ascl1、Neurog2、Neurod1、そして最近ではAscl1の変異型(Ascl1-SA6)を含むさまざまな基本-ヘリックス-ループ-ヘリックス(bHLH)神経原性転写因子を使用して、アストロサイトからニューロン(AtN)へのリプログラミングをin vitroおよびin vivoで実証する多くの論文があります11,12,13,14.考慮すべき重要なことは、結果、解釈、および研究間の比較に影響を与える可能性のある多くの実験計画因子です。Ghazaleらは、同じbHLH転写因子14を使用した場合、AtNのリプログラミング効率が異なるマウス株、AAV血清型、およびプロモーター間で異なることを実証しました。損傷モデル、脳領域、ウイルス投与、遺伝子送達のタイミング、リプログラミング因子、送達のモードなど、その他の考慮事項が結果に影響を与えます。最近の報告では、既存の形質導入されたニューロンが再プログラムされたニューロンと誤って解釈されていることが示されている15,16。これらの報告は必ずしもAtN変換が起こることを否定するものではありませんが、これらの研究は適切に制御された実験の重要性を強調しており、いくつかの論文は、この分野での次のステップについての推奨事項を示しています15,17,18,19。文献から明らかなことは、bHLH転写因子の異所性発現が、神経変性疾患/損傷の様々な動物モデルにおける機能的転帰を改善できることである13,20,21,22,23,24。
本明細書では、目的の転写因子であるこのプロトコルNeurod1は、形質導入細胞13,22において異所的に発現される。成体マウスの感覚運動皮質への虚血性脳卒中の確立されたエンドセリン-1(ET-1)モデルが使用されます。ET-1の注射は、機能障害22,23,25を含む虚血性脳卒中の病態生理学を模倣した局所血管収縮を引き起こします。一般的に使用されているshort-GFAPプロモーター(gfaABC(1)D)は、(1)野生型マウスにおけるAAV5-CAG-Flex::GFP+AAV5-GFAP-Neurod1-Cre送達と(2)tdTom-CreレポーターマウスにおけるAAV5-GFAP-Neurod1-Cre送達の2つのウイルス戦略を用いて、損傷部位および病変周囲領域におけるNeurod1の異所性発現を促進するために使用されます。脳卒中損傷を受けた脳におけるNeurod1の異所性発現の可能性をさらに理解するために、AAVは脳卒中後の亜急性期(7日間)または慢性期(21日間)に送達されました。どちらのパラダイムでも、異所性Neurod1発現後数週間以内に有意に多くの標識ニューロンが見つかりました。
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このプロトコルは、トロント大学のアニマルケア委員会によって承認され、 実験動物のケアと使用に関するガイド (第2版、 カナダ動物ケア評議会、2017年)に準拠しています。本研究では、野生型(C57BL/6J)およびトランスジェニックtdTom-Creレポーター(B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J)22 マウス系統を用いた。マウスは7〜9週齢で、オスとメスの両方が含まれていました。使用した試薬や機器の詳細は 、資料表に記載されています。
1. エンドセリン-1脳卒中手術
注:すべての手術器具および材料は、手術前にオートクレーブで滅菌されます。定位固定装置フレームはPREemptで滅菌されます。シリンジは、手術前にPREempt、70%アルコールで滅菌され、滅菌PBSでプライミングされます。エンドセリン-1(ET-1)は、手術中ずっと氷上に保存されます。
2. 脳卒中後アデノ随伴ウイルス(AAV)の送達(亜急性モデル7日または慢性モデル21日)
注意: AAVの使用については、施設のバイオセーフティガイドラインを参照してください。トロント大学のガイドラインによると、この手術は封じ込めレベル2バイオセーフティキャビネットで行われます。
注:すべての手術器具および材料は、手術前にオートクレーブで滅菌されます。定位固定装置フレームはPREemptで滅菌されます。シリンジは、70%アルコールのPREemptで滅菌され、滅菌PBSでプライミングされます。AAVは、手術中ずっと氷上に保管されます。
3. 組織の準備と解剖
4.凍結した脳の切片化
5. 免疫組織化学および定量
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野生型(C57BL/6J)およびトランスジェニックtdTom-Creレポーター株(具体的にはB6.ET-1脳卒中傷マウスには、Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J)22 2つのAAV5ベースのシステムが使用されました(図1A-C)。脳卒中の亜急性モデルでは、Neurod1をCre-Flex AAVシステムにパッケージ化し、脳卒中後7日目に野生型マウスに送達しました(図1B)。2番目のFlexベクターには、ヘテロタイプの逆平行loxP型組換え部位に隣接するCAGプロモーターによって駆動されるGFPの逆配列が含まれています(図1B)。両方のウイルスコンストラクトは、脳卒中後に同時に注射されます。形質導入細胞でCreが発現すると、GFPは反転して組換え部...
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このプロトコルは、軽度から中等度のET-1皮質脳卒中モデルのコンテキストでNeurod1の異所性発現を調査するための2つのAAVシステムとマウスモデルについて詳しく説明します。ET-1 脳卒中に関連する多くの重要なステップは、損傷の再現性と一貫性のために考慮することが重要です。バリ穴は、意図しない外科的損傷を防ぐために、硬膜に穴を開けずに慎重に穴を開ける必要があります。一貫したランドマーク(この場合はbregma)を使用して、同様の関心領域(この研究では感覚運動皮質)を確保することが重要です。これは、病変の位置とサイズが機能的転帰に影響を与えるため、行動評価を使用した研究では特に重要です13,22,25,27。最も重要なことは、再現性のある結果を得るためには、ET-1の注入速度と外科医がシリンジに加...
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著者は、競合する利益を宣言しません。
この研究は、Heart and Stroke Foundation、Ontario Institute of Regenerative Medicine、Canada First Research Excellence Fund(Medicine by Design、MbD)、Connaught Innovation Award(トロント大学)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| #77ドリルビット(.018") | David Kopf Instruments | 8177 | |
| AAV5-GFAP(0.7)-mNeurod1-2A-iCre | ベクトル Biolabs | ||
| Absorbable Suture with Needle Polysorb&trade(針ポリソーブ&貿易付き吸収性縫合糸);ポリエステル CV-15 3/8 サークル テーパー ポイント ニードル サイズ 4 - 0 編組 | Covidien | GL-881 | |
| 抗 NeuN 抗体 (ウサギ) | ミリポアシグマ | ABN78 | |
| C57BL/6 マウス | チャールズ リバー | 027 | |
| クロルヘキシジン溶液 | Partnar | PCH-020 | |
| Contec™ PREempt™RTU消毒液 | フィッシャーサイエンティフィック | 29-636-6212 | |
| クライオスタット | サーモサイエンティフィック | HM525 NX | |
| エンドセリン1 | ミリポアシグマ | 05-23-3800-0.5MG | |
| フェザーセーフティカミソリミクロトームブレードフェ | ザー12-631P | ||
| フィッシャーブランド カバーグラス:長方形フィ | ッシャーサイエンティフィック | 12-545M | |
| 蛍光実装用メディウム | Agilent Technologies | S3023 | |
| ハミルトン シリンジ | ハミルトン カンパニー | 7634-01 | |
| 高速固定装置ドリル | デビッド・コップフ・インスツルメンツ | 1474 | |
| メタカム・ソリューション (メロキシカム) | ベーリンガー・インゲルハイム | ||
| O.C.T コンパウンド | フィッシャー・サイエンティフィック | 23-730-571 | |
| pAAV2/5-GFAP-iCre | ベクター・ビルダー | P190924-1001suq | |
| ポリダーム軟膏USP | タロ | 2181908 | |
| ソムニサイエンティフィック™ 動物温度加熱パッド | フィッシャーサイエンティフィック | 04-777-177 | |
| 固定装置 | ビッド・コップフ インスツルメンツ | モデル902 | |
| スーパーフロストプラス 顕微鏡スライド、白い | フィッシャーブランド | 12-550-15 | |
| tdTomato レポーター マウス | ジャクソン研究所 | 007914 | |
| V-1卓上実験動物麻酔システム | VetEquip | 901806 |
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