Introduction
Het concept van de moeder immuun activering (MIA) is afkomstig van de epidemiologische studies over de associatie van maternale infectie met autisme en schizofrenie 1. Door de afwezigheid van detecteerbare replicerende virale pathogenen in de placenta en de foetale hersenen na maternale virale infectie 2,3, is het effect van de besmetting van het nageslacht verondersteld te worden veroorzaakt door de activering van de maternale immuunsysteem in plaats van de pathogenen zelf .
polycytidylic zuur: de oorzaak-en-gevolg relatie tussen MIA en psychiatrische stoornissen, injectie van chemisch gesynthetiseerde, virale mimic dubbelstrengs RNA polyinosinic helderen (poly (I: C)) in zwangere knaagdieren is op grote schaal gebruikt als diermodel voor MIA 4,5. Poly (I: C) wordt herkend door Toll-like receptor 3 (TLR3) en systemische toediening van poly (I: C) induceert virusachtige acute ontstekingsreactie. Eén van de mechanismen waarmee poly (I: C) produces gedragsafwijkingen en neuropathologieën in het nageslacht is door het veroorzaken van een verstoring van de pro- en anti-inflammatoire cytokines in de moederlijke-placenta-foetale as 6. Verschillende groepen hebben de MIA model om de etiologie van psychiatrische aandoeningen 7 konden begrijpen, en vanwege de uiteenlopende belangen tussen onderzoeksgroepen hebben verschillende tijdstippen van immuunactivering gebruikt om verschillende verstoringen op de hersenontwikkeling en gedrag 7 bereiken.
Paul H. Patterson laboratorium aan het California Institute of Technology neemt de strategie injecteren poly (I: C) in zwangere muizen op embryonale dag 12,5 (E12.5), die met succes heeft aangetoond dat MIA kan induceren gedrags-, neurologische, en immunologische veranderingen in de nakomelingen die zijn geassocieerd met autisme en schizofrenie 8-11. Onze eerdere werken tonen aan dat MIA nakomelingen geven gedragsafwijkingen (bijvoorbeeld sociale impairment, communicatie tekort, repetitief gedrag, angst-achtig gedrag, en latente remming tekort 8,10,12), immuun ontregeling en cytokines onbalans 8,13,14, verandering van foetale hersenen genexpressie 15, verlies van Purkinje cel in kwabje VII van cerebellum 11, wijziging van synaptische woningen in hippocampus 9, gen x omgeving interactie 13, wijziging van de darm permeabiliteit en darmflora samenstelling 16. Verder worden therapeutische en profylactische strategieën ook ontwikkeld op basis van dit model systeem 13,16,17. Door het induceren van MIA op E12.5, anderen hebben aangetoond dat MIA produceert foetale microgliale activatie en cholinerge ontwikkelingsstoornissen veranderingen in de basale voorhersenen 18, stam specifieke interactie 19, hersen hersenen synaptosomale ultrastructurele afwijkingen, cerebrale mitochondriale ademhalingsketen hyperfunctie abnormalties, neerwaartse regulatie van cerebrale synaptosomale moleculen 17 ,depressieve-achtig gedrag, beperkingen in cognitie en hippocampus langetermijnpotentiëring (LTP), en het tekort van de volwassen hippocampus neurogenese 20.
Hier geven we een gedetailleerde methode hoe MIA induceren bij E12.5 door poly (I: C), alsmede paradigma van hoe dit model toepassen op de etiologie van schizofrenie en autisme bestuderen. Het is belangrijk op te merken dat MIA is een risicofactor voor diverse aandoeningen 4, en de resultaten zijn zeer gevoelig voor de tijd en methode van inductie en de verzorging van de zwangere dammen. Daarom, zelfs kleinere inconsistenties tussen laboratoria vaak tot lage reproduceerbaarheid en / of verschillende fenotypen bij het nageslacht. Onze methode is speciaal ontworpen voor diegenen die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van MIA als een risicofactor milieu voor autisme en schizofrenie, en de gedetailleerde beschrijving voorzien zal onderzoekers helpen verbeteren van de reproduceerbaarheid van hun gegevens.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle protocollen werden uitgevoerd in het kader van de goedkeuring van het California Institute of Technology Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC).
1. Voorbereiding voor Timed-paring Pairs
- Gebruik minimaal 6 dammen voor gedragsexperimenten en 3 voor genexpressie analyse.
OPMERKING: Gebruik dubbele aantal geschatte vrouwtjesmuizen, aangezien slechts 50% van de muizen uit de getimede-paring wordt gestoken. - Gebruik vrouwtjesmuizen zonder voorafgaande zwangerschap en bij 8-16 weken oud.
LET OP: De vrouwelijke muizen die vóór seksuele blootstelling aan mannelijke muizen, maar zijn niet zwanger geweest zijn aanvaardbaar. - Huis vrouwtjesmuizen elkaar en plaats de kooien naast elkaar om hun loopsheid synchroniseren. Gebruik een standaardmuizen kooi met een hoogte van meer dan 5,5 inch en een 75 vierkante inch vloer binnen huisvesting van 5 volwassen muizen toelaten. Label elke vrouwelijke muis met behulp van een oor punch.
2. Het opzetten van Timed-mating Pair
- Stel de time-paring 0-2 uur voor het donker cyclus begint. Plaats twee vrouwelijke muizen per kooi. Haal de muizen en wegen ze individueel. Registreer het lichaamsgewicht van elk vrouwtjes.
- Plaats een mannelijke muizen in elke kooi met de twee vrouwelijke muizen. Gebruik trio koppelen aan de vaderlijke verstorende effect te minimaliseren.
3. Vaginale Plug Check (E0.5)
- Controleer de vrouwelijke muizen 0-4 uur na het donker cyclus eindigt. Til de vrouwelijke muis uit de basis van de staart en laat de muis om de draad net, top kooi, of de rand kooi te grijpen.
- Zoeken naar tekenen van vaginale plug: vaginale plug is een zichtbare witachtige massa in de vaginale opening. Als de stekker is niet duidelijk, voorzichtig plaats een 200 ul pipet tip in de vaginale opening. Verzet van coagulatie bevestigt vaginale plug formatie. Controleer de vaginale plug eenmaal per dag.
LET OP: Vaginale plug is slechts een indicatie dat de paring heeft plaatsgevonden, en dus niet guarantee zwangerschap. Vaginale plug kan moeilijk te identificeren in bepaalde stammen van muizen. Zoek hulp van een ervaren muizen verzorger om de correctheid van plug identificatie te verhogen. - Verplaats de aangesloten muizen om een nieuwe kooi en groepshuis hen. Definieer de dag van de vaginale plug uiterlijk als embryonale 0,5 dag (E0.5).
4. Op E10.5-11.5, Controleren op zwangerschap
- Til de basis van de staart en laat de muis om de draad net, top kooi, of de rand kooi te grijpen. Observeer de buik gebied te controleren op tekenen van zwangerschap, bijvoorbeeld een uitstulping in de buik (figuur 1).
LET OP: Het teken van de zwangerschap is steeds meer voor de hand bij E11.5 dan op E10.5. - Weeg de muizen om zwangerschap te controleren. De zwangere muis weegt algemeen ongeveer 20% zwaarder bij E10.5 en 30% zwaarder bij E12.5 in vergelijking met een niet-zwangere muis (Figuur 2). Single het huis van de zwangere muizen in schone kooien.
5. 20 mg /kg Poly (I: C) Voorbereiding
- Gebruik minimaal 6 dammen per groep voor gedragsexperimenten en 3 per groep voor de analyse van genexpressie. Bereid de overeenkomstige hoeveelheid poly (I: C) oplossing.
- Weeg het poly (I: C) poeder in een 50 ml conische buis tot een uiteindelijke concentratie van 40 mg / ml te maken. Om minimaliseren en standaardiseren van de stress veroorzaakt door injectievolume, injecteer 5 pl poly (I: C) oplossing per gram muis lichaamsgewicht (5 ul / g of 5 ml / kg). Om MIA induceren, injecteren we 20 mg van poly (I: C) per kg.
Opmerking: De concentratie van poly (I: C) oplossing nodig is (20 mg / kg) / (5 ml / kg) = 4 mg / ml. Aangezien het poly (I: C) poeder bevat 10% poly (I: C), moeten we een eindconcentratie van (4 mg / ml) /0.1= 40 mg / ml poly (I: C) oplossing maken.
LET OP: De poly (I: C) poeder is zeer licht. Wees voorzichtig om geen poeder niet te verliezen tijdens het overbrengen van de spatel om de conische buis. - Voeg het overeenkomstige volume van 0,9% natriumchloride (zoutoplossing) in de conische kuipe en sluit het deksel. Los het poeder door glooiende de druppel zoutoplossing via poly (I: C) -poeder totdat de oplossing helder is. Centrifugeer de conische buis bij 800 xg gedurende 1 min (Figuur 3C). Filter de poly (I: C) oplossing van 0,22 urn filter. Breng de poly (I: C) oplossing van een 1,5 of 2 ml microcentrifugebuis. Optioneel: Gebruik een spectrofotometer om de 260/280 verhouding van poly (I: C) te meten oplossing. Zorgen de verhouding tussen 1,54-1,82 (figuur 3) zoals beschreven door de fabrikant. LET OP: De zoutoplossing wordt gebruikt om poly ontbinden (I: C) poeder en dienen als controle injectie dient steriel en farmaceutische kwaliteit zijn.
6. Zoutoplossing of Poly (I: C) injectie op E12.5
- Weeg de muis op de weegschaal en zet het terug in de kooi. Gebruik de volgende formule om het injectievolume berekenen voor zowel saline en poly (I: C) muizen: gewicht (g) vermenigvuldigd met 5 = gewenste injectievolume (pl). Gebruik een 0,3 ml insulin de spuit met het opstellen van het berekende volume van zoutoplossing of 20 mg / kg poly (I: C) oplossing, bijvoorbeeld 150 ul voor een 30 g muis.
- Voorzichtig pak de muis door de basis van de staart en plaats het op de top van de kooi. Behandel de muis zachtjes om verstorende effecten veroorzaakt door stress te vermijden. Steek de naald omhoog te schuinen, op ongeveer 20 ° ten opzichte van de muis in het centrum van de twee bovenste uitsteeksels (figuur 4), en injecteer de zoutoplossing of poly (I: C) oplossing. NB: De naald moet worden vervangen voor elke muis na de injectie.
- Plaats de muis terug naar zijn kooi. Plaats de kooien in een rustige, weinig verkeer kamer naar de andere verstorende effecten te vermijden.
7. The Day After Poly (I: C) Injectie (E13.5)
- Controleer de geïnjecteerde muizen op de volgende ochtend. Gebruik een schaal om het lichaamsgewicht te meten.
LET OP: Poly (I: C) geïnjecteerd zwangere muizen meestal te krijgen minder gewicht dan een zoutoplossing geïnjecteerde muizen op de dag na de injectie. - Raak de muizen niet storen totdat de nakomelingen worden geboren.
8. Gauge van MIA Offspring
- Om de verstorende effecten van MIA inductie te minimaliseren, volg dan de onderstaande om het gebruik van MIA nakomelingen peilen richtlijnen.
- Sluit de nesten van premature geboorte of vertraagd, of als het nest kleiner is dan 5.
- Euthanaseren het buitensporige pups door CO 2 als het nest groter is dan 10.
9. Optioneel: Onderzoek de acute ontstekingsreactie Na MIA
- Offer de zwangere muizen 3 uur na zoutoplossing of poly (I: C) injectie met behulp van de methode in dierlijke zorg-commissie goedgekeurde protocol van de instelling beschreven.
LET OP: Breken van de nek wordt vaak de voorkeur omdat het het effect van CO 2 / euthanasie drugs op de dam en embryo minimaliseert. - Verzamel de milt van de volwassen zwangere muizen en isoleren van de placenta en foetale behain onder de stereomicroscoop.
- Voor milt collectie, leg de muis op de dissectie plaat en spuit 70% ethanol op de buik van de zwangere muizen. Gebruik een paar steriele schaar om een verticale snede in het midden van het abdominale gebied onder de ribbenkast door de huid.
- De milt ligt in de linker superieure abdominale kwadrant. Tang om de milt geïsoleerd. Rol de milt op delicate taak ruitenwissers aan het vetweefsel rond de organen te verwijderen. Verzamel ongeveer 50 mg milt weefsel en plaats ze individueel in Eppendorf buizen met 500 ul RNA stabiliseren buffer of TRIzol nucleïnezuur degradatie te voorkomen. Bewaar de monsters bij -80 ° C vriezer tot gebruik.
- Voor placenta inzameling, trek dan de baarmoeder hoorns uit het lichaam. Plaats de baarmoederhoorns in een petrischaal gevuld met geautoclaveerd fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en laat de schotel op ijs. Gebruik twee tang om openscheuren de baarmoederwand en bloot de vruchtzak.
- Gebruik de tang voorzichtig de vliezen openen zonder de placenta en de foetus. Scheid de placenta naar de foetus en snijd de navelstreng zo dicht mogelijk bij de placenta mogelijk. Verwijder de vruchtzak vuil van de placenta. Plaats de placenta afzonderlijk Eppendorf buizen met 500 ul buffer RNA stabiliseren of TRIzol. Bewaar het monster bij -80 ° C vriezer tot gebruik.
- Voor foetale hersenen verzamelen, opslaan van de foetus in RNA te stabiliseren buffer van stap 9.2.2 tot dissectie. Plagen van de pial membraan van het ventrikel van de hersenen met behulp van delicate # 5 tang onder de stereomicroscoop. Verwijder voorzichtig al het membraan van de foetale hersenen. Plaats de foetale hersenen individueel in Eppendorf buizen met 500 ul RNA stabiliseren buffer of TRIzol. Bewaar het monster bij -80 ° C vriezer tot gebruik.
- Extraheer de RNA uit het weefsel en zet het RNA in cDNA. Analyseer de IL6 genexpressie in het cDNA door real-tIME PCR.
- Pak het RNA uit de weefsels door het volgen van de productie protocol van TRIzol. Wanneer de weefsels worden in RNA stabilisatie buffer. Ontdooi het monster en spin down de buffer. Breng het weefsel door tip naar een ander eppendorf met 500 pi TRIzol en verder RNA-extractie.
- Gebruik een spectrofotometer bij de concentratie, 260/280 en 260/230 verhouding van het RNA te meten. Zorg ervoor dat de verhoudingen boven 2,0.
- Elimineer de DNA verontreiniging met RNA behandeld met DNase I. Mix 1 ug RNA, 1 ui 10X reactiebuffer, 1 gl RNase-vrij DNase, en nuclease-vrij water tot een eindvolume van 10 pl. Incubeer de master mix bij 37 ° C gedurende 30 minuten. Voeg 1 ul DNase stopoplossing voor de reactie te beëindigen. Incubeer het mengsel bij 65 ° C gedurende 10 minuten.
- Reverse transcriberen het RNA in cDNA. Gebruik 20 gl reacties, en tot 1 ug totaal RNA per reactie. Mix 4 pl 5x reverse transcriptie (RT) reactie mix buffer, 1 ui revErse transcriptase, 11 ui RNA-matrijs na behandeling met DNase I en 4 ul nuclease-vrij H2O tot een uiteindelijke 20 ul oplossing. Programmeer de thermocycler voorwaarden voor RT. Een algemene aandoening zijn: Stap 1: 25 ° C gedurende 5 minuten; Stap 2: 42 ° C gedurende 30 min; Stap 3: 85 ° C gedurende 5 minuten; Stap 4: Houd bij 4 ° C. Verdun het cDNA 5 keer. Voor de korte termijn opslag, bewaar de cDNA bij 4 ° C. Voor de lange termijn opslag, bevriezing van de cDNA bij -20 ° C.
- Analyseer de IL6 genexpressie in het cDNA door real-time PCR en normaliseren van de IL6 genexpressie aan P-actine genexpressie.
- Maak een master mix voor IL6 en β-actine detectie. Gebruik 25 gl reactie, de master mix voor elk gen bevat 12,5 ui SYBR Green Mix, 0,5 pl 10 pM forward primer, 0,5 pl 10 uM reverse primer en 6,5 pi nuclease-vrij H2O
- Plaats 5 pi 5x verdund cDNA eent de bodem van de put van 96-wells optische reactieplaat. Pipetteer 20 ul van master mix aan elk putje om een uiteindelijke 25 pi PCR-mix te maken. Drievoud elk gen voor elk monster. Seal de plaat met behulp van optische zelfklevende folie. Spin down de plaat bij 800 xg gedurende 3 min bij 4 ° C Met het standaardprogramma van real-time PCR: Stap 1: 50 ° C gedurende 2 min; Stap 2: 95 ° C gedurende 10 min; Stap 3: 40 cycli van 95 ° C gedurende 15 sec en 60 ° C gedurende 1 min. Voeg een extra stap voor dissociatiecurve.
10. Onderzoek de gedragsafwijkingen in MIA Volwassen nageslacht (optioneel):
- Voer de gedragstesten op de leeftijd van 8-12 weken. Verander de kooi beddengoed minstens 3 dagen voor de test. Acclimatiseren de muizen om de gedragstesten kamer ten minste 30 minuten voor de test.
- Voor prepulsinhibitie (PPI), beperken de muizen in plexiglas cilinder met een piezo-elektrische sensor eronder. Acclimatiseren de muizen PPIkamer gedurende 5 minuten. Expose de muizen met 6 proeven van 120 dB witte ruis (schrik).
- bloot dan de muizen met willekeurige mengsels van 14 proeven van achtergrondgeluiden, 14 trials van Startle, 14 proeven van prepulse 5 dB (5 dB hoger dan achtergrondgeluid) + Startle (PPI5), en 14 proeven van prepulse 15 dB (15 dB hoger dan achtergrondgeluid + Startle (PPI15).
- Het gemiddelde van de schrikreactie voor de eerste 6 proeven van 120 dB trials. Het gemiddelde van de schrikreactie van de andere individuele prikkels. Verkapte de waarde prepulsinhibitie door (Startle - PPI5 of PPI15) / schrikken.
- Voor het open veld test, plaatst u de muis in de hoek van een open plein arena (50 x 50 x 50 cm 3). Noteer de baan van de muis gedurende 10 min door een plafond gemonteerde camera. Bepaal het midden van de arena en de middenzone (17 x 17 cm 2). Kwantificeren van de afgelegde afstand, het centrum zone inzendingen, en de tijd doorgebracht in het centrum zone handmatig of door image-based automatische analyse software. Voor marmer begraven test, acclimatiseren de muis om een test kooi met gecomprimeerde 5 cm diep, schoon, Aspen pine beddengoed voor 10 min. Zet de muis om haar homecage. Plaats voorzichtig 20 marineblauwe 1,5 cm diameter glazen knikkers in de mode van 4 x 5 verzorging. Plaats de muis terug naar de test kooi met knikkers gedurende 10 min. Tel de knikkers die begraven is in het testen duur 10 min.
11. Bestudeer de cerebellaire Neuropathologie in MIA Volwassen nageslacht (optioneel):
- Euthanaseren de zoutoplossing en MIA volwassen nakomelingen door verdoving. Perfuseren de muis met 50 ml PBS en vervolgens 50 ml 4% paraformaldehyde via het cardiovasculaire systeem.
- Verwijder de hersenen voorzichtig en achteraf van de hersenen in 4% paraformaldehyde gedurende de nacht bij 4 ° C. Spoel de hersenen met PBS driemaal en bewaar de hersenen in PBS met 0,02% natriumazide op 4 ° C tot gebruik koelkast.
NB: De hersenen kunnen gefixeerd in PBS worden opgeslagen met 0,02% zodeium azide in de koelkast tot een maand. - Sectie van de hersenen in 50 micrometer dunne plakjes sagittally behulp vibratome. Verzamel de hersenen secties met een zachte borstel pen. Sluit de endogene peroxidase-activiteit door het incuberen van de secties in 0,6% waterstofperoxide gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur.
- Incubeer de secties in anti-calbindin antilichaam verdund in blokkerende buffer (10% geit serum met 0,1% Triton X-100 en 0,02% natriumazide in PBS) overnacht bij kamertemperatuur. incubeer dan de overeenkomstige secties in gebiotinyleerd secundair antilichaam verdund in blokkerende buffer gedurende 2 uur bij kamertemperatuur geroerd.
- Incubeer de secties avidine DH - gebiotinyleerd peroxidase H complex buffer om de biotine detecteren 1 uur bij kamertemperatuur geroerd. Ontwikkeling van de secties met peroxidase substraat om het antigeen te visualiseren. Was de secties met PBS drie keer tussen de stappen. Monteer de onderdelen op microscoop dia's. Beeld de gedeelten onder de microscoop.
- Brown, A. S. Epidemiologic studies of exposure to prenatal infection and risk of schizophrenia and autism. Dev Neurobiol. 72 (10), 1272-1276 (2012).
- Fatemi, S. H., et al. The viral theory of schizophrenia revisited: abnormal placental gene expression and structural changes with lack of evidence for H1N1 viral presence in placentae of infected mice or brains of exposed offspring. Neuropharmacology. 62 (3), 1290-1298 (2012).
- Shi, L., Tu, N., Patterson, P. H. Maternal influenza infection is likely to alter fetal brain development indirectly: the virus is not detected in the fetus. Int J Dev Neurosci. 23 (2-3), 299-305 (2005).
- Knuesel, I., et al. Maternal immune activation and abnormal brain development across CNS disorders. Nat Rev Neurol. 10 (11), 643-660 (2014).
- Meyer, U. Prenatal poly(i:C) exposure and other developmental immune activation models in rodent systems. Biol Psychiatry. 75 (4), 307-315 (2014).
- Meyer, U., Feldon, J., Yee, B. K. A review of the fetal brain cytokine imbalance hypothesis of schizophrenia. Schizophr Bull. 35 (5), 959-972 (2009).
- Boksa, P. Effects of prenatal infection on brain development and behavior: a review of findings from animal models. Brain Behav Immun. 24 (6), 881-897 (2010).
- Hsiao, E. Y., McBride, S. W., Chow, J., Mazmanian, S. K., Patterson, P. H. Modeling an autism risk factor in mice leads to permanent immune dysregulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (31), 12776-12781 (2012).
- Ito, H. T., Smith, S. E., Hsiao, E., Patterson, P. H. Maternal immune activation alters nonspatial information processing in the hippocampus of the adult offspring. Brain Behav Immun. 24 (6), 930-941 (2010).
- Smith, S. E., Li, J., Garbett, K., Mirnics, K., Patterson, P. H. Maternal immune activation alters fetal brain development through interleukin-6. J Neurosci. 27 (40), 10695-10702 (2007).
- Shi, L., et al. Activation of the maternal immune system alters cerebellar development in the offspring. Brain Behav Immun. 23 (1), 116-123 (2009).
- Hsiao, E. Y., Patterson, P. H. Activation of the maternal immune system induces endocrine changes in the placenta via IL-6. Brain Behav Immun. 25 (4), 604-615 (2011).
- Wu, W. L., et al. The interaction between maternal immune activation and alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor in regulating behaviors in the offspring. Brain Behav Immun. , (2015).
- Garay, P. A., Hsiao, E. Y., Patterson, P. H., McAllister, A. K. Maternal immune activation causes age- and region-specific changes in brain cytokines in offspring throughout development. Brain Behav Immun. 31, 54-68 (2013).
- Garbett, K. A., Hsiao, E. Y., Kalman, S., Patterson, P. H., Mirnics, K. Effects of maternal immune activation on gene expression patterns in the fetal brain. Transl Psychiatry. 2, e98 (2012).
- Hsiao, E. Y., et al. Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders. Cell. 155 (7), 1451-1463 (2013).
- Naviaux, R. K., et al. Antipurinergic therapy corrects the autism-like features in the poly(IC) mouse model. PLoS One. 8 (3), e57380 (2013).
- Pratt, L., Ni, L., Ponzio, N. M., Jonakait, G. M. Maternal inflammation promotes fetal microglial activation and increased cholinergic expression in the fetal basal forebrain: role of interleukin-6. Pediatr Res. 74 (4), 393-401 (2013).
- Schwartzer, J. J., et al. Maternal immune activation and strain specific interactions in the development of autism-like behaviors in mice. Transl Psychiatry. 3, e240 (2013).
- Khan, D., et al. Long-term effects of maternal immune activation on depression-like behavior in the mouse. Transl Psychiatry. 4, e363 (2014).
- Workman, A. D., Charvet, C. J., Clancy, B., Darlington, R. B., Finlay, B. L. Modeling transformations of neurodevelopmental sequences across mammalian species. J Neurosci. 33 (17), 7368-7383 (2013).
- Abazyan, B., et al. Prenatal interaction of mutant DISC1 and immune activation produces adult psychopathology. Biol Psychiatry. 68 (12), 1172-1181 (2010).
- Meyer, U., et al. Adult behavioral and pharmacological dysfunctions following disruption of the fetal brain balance between pro-inflammatory and IL-10-mediated anti-inflammatory signaling. Mol Psychiatry. 13 (2), 208-221 (2008).
- Vuillermot, S., et al. Prenatal immune activation interacts with genetic Nurr1 deficiency in the development of attentional impairments. J Neurosci. 32 (2), 436-451 (2012).
- Bechard, A., Nicholson, A., Mason, G. Litter size predicts adult stereotypic behavior in female laboratory mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 51 (4), 407-411 (2012).
- Harvey, L., Boksa, P. A stereological comparison of GAD67 and reelin expression in the hippocampal stratum oriens of offspring from two mouse models of maternal inflammation during pregnancy. Neuropharmacology. 62 (4), 1767-1776 (2012).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Injectie van 20 mg / kg poly (I: C) in E12.5 kon een acute ontstekingsreactie in de maternale-foetale placenta-as roepen en precipiteren chronisch effect hersenontwikkeling en gedragsproblemen fenotypes 12,13. Verhoogde niveaus van een pro-inflammatoire cytokine, interleukine (IL) -6, is een betrouwbare indicator van acute ontstekingsreactie na MIA. De piek tijd voor IL6 genexpressie in de placenta en foetale hersenen is op 3 uur na poly (I: C) injectie 12,13. We hebben aangetoond dat poly (I: C) induceert hogere IL6 genexpressie in de moederlijke milt-placenta-foetale hersenen (Figuur 5) (gegevens overgenomen van Wu et al, 2015). 13. Onderzoekers kunnen dit paradigma combineren met andere behandelingen om de factoren die acute ontstekingsreactie na MIA, bijvoorbeeld maternale voeding, genetische mutante muizen, anti-inflammatoire geneesmiddelen, etc kunnen veranderen bestuderen.
ent "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Aan de andere kant, gedragsveranderingen zijn ook kenmerken van de MIA-model Verschillende gedrags-tests kunnen op de MIA volwassen nakomelingen aan te tonen verschillende autistische en schizofreen-achtige worden uitgevoerd. gedrag. in het algemeen, in vergelijking met saline nakomelingen MIA nakomelingen geven minder centrumzone data en kortere middenzone doorgebracht in open veldtest. Ze hebben ook vaker begraven gedrag in marmer begraven test- en onderste PPI (Figuur 6) tonen (gegevens aangepast van Wu et al., 2015) 13. verlies van Purkinje cellen cerebellum lobulus VII is een ander kenmerk van MIA nakomelingen (Shi et al., 2009). Wanneer gekleurd met calbindin antilichaam, er minder calbindin-positieve Purkinje cellen in het cerebellum lobule VII van MIA nageslacht vergeleken met zoutoplossingcontrole nakomelingen (Figuur 7).3643 / 53643fig1.jpg "/>
Figuur 1. Het teken van zwangere muizen. Mid-dracht muis kan worden geïdentificeerd door de bobbel in zijn buik gebied (Arrow). Inteelt C57BL / 6 muizenstam wordt hier als voorbeeld gebruikt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Lichaam gewichtsveranderingen bij zwangere C57BL / 6N muizen van embryonale (E) 0,5-12,5 dagen. Bij vergelijking van de zwangere en niet zwangere muizen met vaginale plug aanwezig E0.5, de (A) en lichaamsgewicht (B) percentage lichaamsgewicht ondergaat een dramatische toename in E10.5 bij zwangere muizen. Zwangere n = 10, niet-zwangere n = 5. De gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SE. *** P <0,001, ****p <0,0001. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. De absorptie meting van poly (I: C).. Oplossing Zorg ervoor dat de 260/280 verhouding tussen 1,54-1,82 Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. Poly (I: C) injectie embryonale (E) 12.5 dagen Scruff de zwangere muis voorzichtig.. De injectieplaats is gelegen op het midden van de bovenste tepels. Injecteer de naald omhoog te schuinen, bij ongeveer 20 ° hoek ten opzichte van de muis. Inbred C57BL / 6 muizenstam wordt hier als voorbeeld gebruikt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Afbeelding 5. Poly (I: C) injectie verhoogt IL6 genexpressie in de milt-placenta-foetale hersenen as van de dam Gegevens zijn weergegeven als gemiddelde ± SEM.. * P <0,05, ** p <0,01 (De gegevens zijn afkomstig uit Wu et al., 2015 en aangepast voor het artikel 13). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6. & #160;. MIA volwassen nakomelingen vertonen gedragsafwijkingen in verband met de endofenotypen van autisme en schizofrenie In het open veld test, MIA nakomelingen (A) in te voeren het centrum zone minder vaak en (B) besteden minder tijd in het centrum zone. (C) In de marmeren begraven test, MIA nakomelingen te begraven meer knikkers dan zoutoplossing controle nakomelingen. MIA nakomelingen vertonen prepulsinhibitie (PPI) tekort (D) prepulse 5 dB en (E) prepulse 15 dB. Gemiddelde ± SEM. * P <0,05, ** p <0,01 (De gegevens zijn afkomstig uit Wu et al., 2015 en aangepast voor het artikel 13). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7. MIA volwassen nakomelingen vertonen neuropathologische afwijkingen in verband met de endofenotypen van autisme. Verlies van Purkinjecellen in kwabje VII is aangetoond in MIA volwassen nakomelingen. Arrow: Calbindin + Purkinjecellen. ML: moleculaire laag, GCL: korrel cellaag, PCL. Purkinjecel laag Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MIA inductie op verschillende tijdstippen ramen verstoort de verschillende ontwikkeling van de hersenen gebeurtenissen in knaagdieren, en dus leidt tot verschillende gedragsafwijkingen en neuropathologieën in het nageslacht. Hier beschrijven we een protocol om MIA induceren in muizen met poly (I: C) injectie op E12.5. Deze methode van MIA inductie leidt tot gedragsmatige, neurologische, immunologische en gastro-intestinale afwijkingen geassocieerd met autisme en schizofrenie in het nageslacht 8,10,11,16. Het is belangrijk op te merken dat, omdat MIA is een risicofactor voor het milieu, is het fenotype van de nakomelingen wordt naar grotere variatie dan die van muizen door genetische modellen van neurologische aandoeningen. Dus nauwkeurig en consistent genereren autisme en verwante fenotypes met schizofrenie MIA, is het belangrijk om aanvullende variabelen die de resultaten kunnen verwarren minimaliseren.
De in het protocol beschreven tijdlijn moet dicht worden gevolgdly. Correcte injectie tijdvenster zou ervoor zorgen dat MIA verstoort de nakomelingen ontwikkeling van de hersenen bij de gewenste podium. Inductie van MIA in E12.5 muis verstoringen overeen met het einde van het eerste trimester van menselijke zwangerschap 21 - een periode waarin belangrijke ontwikkeling hersenen optreedt, waaronder de ontwikkeling van Purkinje cellen en caudate putamen en neurogenese in de corticale laag. Nader onderzoek zal nodig zijn om de associatie tussen het verlies van Purkinjecellen in MIA cerebellum en het begin van de verstoring van de ontwikkeling van de hersenen te bewijzen.
Terwijl consistente behandeling, onderzoek, en zelfs veehouderij van de dammen het effect van maternale stress op het fenotype van de nakomelingen zou een minimum te beperken, ons protocol bevat nog steeds kanttekeningen dat onderzoekers bewust van moet zijn. Bijvoorbeeld eenmalige huis we de dammen de dag voor de injectie van poly (I: C) en de rest van de zwangerschap. Onze strategie is om de zwangere muizen achter op een undisturbed milieu. Echter, zou deze actie stressrespons bij de moederlijke milieu veroorzaken. Hoewel we niet weten of dit isolatie veroorzaakte stress respons interfereert met de ontwikkeling van het nageslacht, kan de MIA-effect worden waargenomen door het volgen van onze procedure.
Bovendien zijn de spanning en genetische achtergrond van de muizen moet worden gekozen en zorgvuldig getest MIA inductie. Tot nu toe, is het effect van MIA meestal gerepliceerd in wild-type C57BL / 6N muizen 8,10,13,16. Anderen hebben ook waargenomen de MIA effect in BTBR muizenstam 19. Er is aangetoond dat poly (I: C) verschillende immuunresponsen in genetisch gemodificeerde muizen 13,22-24, waar aanvullende verstorende effecten op de nakomelingen daarvan introduceren kan opwekken.
In termen van het aantal biologische herhalingen, maken we gebruik van ten minste 6 worpen per groep voor gedrags- of fysiologische testen en 3 nesten per groep voor genexpressie, eiwit, of immunohistochemie benaderingen. We testen alle nakomelingen binnen een nestje in plaats van één of twee nakomelingen binnen een nestje experimentele vertekening te voorkomen. We gemiddeld ook de gegevens van alle nakomelingen in een nest, en gebruiken dit gemiddelde als een data punt (zodat n = het aantal nesten) om te voorkomen dat ongepaste statistieken 13. De gegevens van elk geslacht worden ook gebundeld, omdat er geen duidelijke verschillen tussen de geslachten is in de MIA-model 13 waargenomen.
De grondgedachte achter het meten van MIA nakomelingen door worpgrootte is om de variatie veroorzaakt door de moeder verpleging en verzorging te minimaliseren. Worpgrootte is aangetoond dat zij met stereotypische gedragingen in C57BL / 6-muizen 25. We speculeren dat dit kan te wijten zijn aan de toewijzing van de middelen tijdens de moeder verpleging en verzorging. Om dit verstorende effect te vermijden, onze standaard gewenste worpgrootte is 6-10 voor C57BL / 6 muizen.
Zelfs wanneer volgens het protocol de voet, de experimentator kan entegen een te zwak of uiterst krachtige immuunrespons bij zwangere muizen na poly (I: C) injectie. Om dit te vermijden, is het noodzakelijk om de pyrogene en cytokinogenic activiteit van verschillende batches van poly (I: C) valideren. Verschillende partijen en veel poly (I: C) van hetzelfde bedrijf zou kunnen leiden tot verschillende niveaus van inflammatoire respons in muizen; opvallend injecteren identieke doses van poly (I: C) van verschillende partijen kan leiden tot 10-voudige verschillen in plasma IL-6 niveau 26. Het bepalen van de dosering en batch van poly (I: C) voor MIA experiment van het uitlezen van niet-zwangere vrouwelijke IL-6 metingen kunnen helpen de variatie van ingang van MIA inductie.
Als het nodig is om de dosering voor specifieke partijen poly wijzigen (I: C), is het ook belangrijk om de concentratie van het poly wijzigen (I: C) oplossing voor injectie zodanig dat het geïnjecteerde volume blijft ongeveer 5 gl per gram muis gewicht. Bijvoorbeeld, volgens de manufprocedure acturer's, poly (I: C) is vermoedelijk opgelost bij ~ 10 mg / ml water om een polynucleotide in fysiologische fosfaatgebufferde oplossing werd verkregen. Vergelijking met onze 40 mg / ml oplossing, zou de lagere concentratie het injectievolume toenemen 4 plooien. Voor zwangere muizen, kan een groot volume buffer injectie mogelijk te verhogen de druk op de embryo's en introduceren ongewenste verstorende effecten op het nageslacht. Daarom kiezen we lossen poly (I: C) poeder in 0,09% natriumchloride met een hogere eindconcentratie teneinde het volume van de injectie te verminderen.
IL-6 is gekozen om de merker voor acute ontstekingsreactie omdat eerder onderzoek heeft vastgesteld IL-6 signalering als een kritische factor in het mediëren de effecten van MIA op de hersenontwikkeling en het gedrag. Na poly (I: C) behandeling, IL-6 het meest opgereguleerd cytokine in maternaal bloed en placenta 10,12. Belangrijker, Smith et al. aangetoond dat verschillendezeer opgereguleerd cytokines, alleen IL-6 vertoonden zowel noodzakelijke en voldoende voorwaarde voor de inductie van MIA-geassocieerde hersenen en gedragsafwijkingen. Dat wil maternale injectie van anti-IL-6 kan effectief voorkomen afwijkend gedrag en transcriptoom afwijkingen in MIA nakomelingen, terwijl neutraliserende andere cytokinen niet 10. Bovendien maternale injectie van recombinant IL-6 alleen (zonder poly (I: C)) reproduceert MIA-geassocieerde transcriptie- en gedragsafwijkingen gezien in de MIA foetale hersenen en nakomelingen 12,15.
In vergelijking met andere methoden MIA induceren (bijvoorbeeld lipopolysaccharide (LPS) of influenza), poly (I: C) is relatief veilig en biedt een eenvoudige manier om de intensiteit van de immuunreactie regelen. Hoewel de ontstekingsreactie opgewekt door de moeder poly (I: C) administratie is acuut en van voorbijgaande aard, het effect op het nageslacht gedrag en de ontwikkeling van de hersenen is diepgaand. Overall, zodra de techniek induceren MIA through poly (I: C) injectie op E12.5 wordt beheerst, kan men vervolgens overgaan tot verschillende gedrags- en biologische assays om het effect van deze risicofactor milieu op de nakomelingen onderzocht. Tegelijkertijd kan men ook de werkwijze met genetische wijzigingen of andere behandelingen die zich voor, tijdens of na de zwangerschap om de oorzaken en mogelijke therapeutische benaderingen van autisme en schizofrenie onderzoeken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
We willen graag de late Dr. Paul H. Patterson te eren voor zijn bijdragen aan de vooruitgang van de MIA-model, autisme en schizofrenie onderzoek. Wij erkennen Sarkis K. Mazmanian voor zijn grote steun op dit protocol; Ruben M. Bayon, Yvette Garcia-Flores, Karen C. Lencioni en Leslie A. Neumann voor administratieve bijstand; Ali Khoshnan en Jan C. Ko voor de hulp bij het filmen; Elaine Y. Hsiao en Natalia Malkova voor hun advies over MIA inductie; Jeffrey S. Cochrane, Joaquin Gutierrez, Kwan F. Lee, Jaime Rodriguez, Lorena C. Sandoval, en Natalie A. Verduzco voor hun deskundige veeteelt. Dit werk werd ondersteund door de NIH Conte Center Award (NIH 5P50MH086383-04, Paul H. Patterson); Autism Speaks (# 7670, aan Paul H. Patterson); Simons Foundation (# 322839, om Sarkis K. Mazmanian); NIH Training Grant (NIH / NRSA T32GM07616 K.-HC); Caltech Summer Undergraduate Research Fellowship (SURF) (tot ZY); Amgen Scholars Program aan Caltech (tot ZY); en Postdoctoral Fellowship frOM National Science Council, Taiwan (NSC 101-2917-I-564-039, tot W.-LW).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Polyinosinic–polycytidylic acid potassium salt | SIGMA | P9582 | |
| 0.9% sodium chloride INJ. USP | HOSPIRA | NDC 0409-4888-10 | |
| MONOJECT insuline syrinage 3/10 ml 29 G x 1/2" | COVIDIEN | 8881600145 | |
| 50 ml conical screw cap tubes | USA SCIENTIFIC | 1500-1211 | |
| Nanodrop 1000 spectrophotometer | THERMO SCIENTIFIC | 1000 | Optional |
| Stereomicroscope | Wild Heerbrugg | M5A | Optional |
| Dumont #5 Forceps Inox Tip Size .10 X .06 mm | Roboz | RS-5045 | Optional |
| RNAlater RNA stabilization reagent | Qiagen | 76104 | Optional |
| TRIzol reagent | Life Technologies | 15596-026 | Optional |
| RQ1 Rnase-free DNase | Promega | M610A | Optional |
| iScript cDNA synthesis kit | Bio-Rad | 170-8891 | Optional |
| FastStart universal SYBR green master mix with ROX | Roche | 4913922001 | Optional |
| Real-time PCR | ABI | 7300 | Optional |
| Primer: Il6 forward | Life Technologies | TAGTCCTTCCTACCCCAATTTCC | Optional |
| Primer: Il6 Reverse | Life Technologies | TTGGTCCTTAGCCACTCCTTC | Optional |
| Primer: beta-actin forward | Life Technologies | AGAGGGAAATCGTGCGTGAC | Optional |
| Primer: beta-actin Reverse | Life Technologies | CAATAGTGATGACCTGGCCGT | Optional |
| MicroAmp optical 96-well reaction plate | Life Technologies | 4306737 | Optionl |
| MicroAmp optical adhesive film | Life Technologies | 4311971 | Optionl |
| EthoVision | Noldus | EthoVision | Optionl |
| SR-LAB apparatus (PPI) | San Diego Instruments | SR-LAB | Optionl |
| Marbles | PENN-PLAX | Blue gem stones marbles | Optionl |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Life Technologies | 21600-069 | Optionl |
| Paraformaldehyde | MACRON | 2621-59 | Optionl |
| Vibratome | Leica | VT1000 S | Optionl |
| Sodium azide | Sigma | S2002 | Optionl |
| Triton x-100 | Sigma | X100 | Optionl |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma | 18312 | Optionl |
| Goat serum | Vector Laboratories | S-1000 | Optionl |
| Rabbit anti-calbindin antibody | Abcam | ab11426 | Optionl |
| Biotinlyated goat anti-rabbit IgGantibody | Vector Laboratories | BA-1000 | Optionl |
| VECTASTAIN ABC Kit | Vector Laboratories | PK-4000 | Optionl |
