Ten artykuł opisuje, jak mikrowstrzykiwać wektory wirusowe do mózgu myszy, a następnie testować w warunkowym paradygmacie preferencji miejsca, który obejmuje fazę przejęcia, wyginięcia i przywrócenia.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje, jak mikrowstrzykiwać wektory wirusowe do mózgu myszy, a następnie testować w warunkowym paradygmacie preferencji miejsca, który obejmuje fazę przejęcia, wyginięcia i przywrócenia.
Mikroiniekcja rekombinowanych wektorów wirusa adenosażowego (rAAV) wyrażających rekombinazę Cre do różnych regionów mózgu myszy w celu selektywnego nokautowania interesujących genów pozwala na zwiększoną czasowo i regionalnie specyficzną kontrolę delecji genów, w porównaniu z istniejącymi metodami. Podczas gdy warunkową delecję można również osiągnąć poprzez kojarzenie myszy, które wykazują ekspresję rekombinazy Cre pod kontrolą określonych promotorów genów, z myszami noszącymi gen floksowany, mikroiniekcja stereotaktyczna pozwala na celowanie w dyskretne obszary mózgu w określonych przez eksperymentatora punktach czasowych zainteresowania. W kontekście preferencji miejsca uwarunkowanego kokainą i innych paradygmatów behawioralnych kokainy, takich jak samodzielne podawanie lub uwrażliwienie psychomotoryczne, które mogą obejmować fazy odstawienia, wygaszenia i/lub przywrócenia, technika ta jest szczególnie przydatna w badaniu unikalnego wkładu genów docelowych w te odrębne fazy behawioralnych modeli plastyczności indukowanej kokainą. W szczególności technika ta pozwala na selektywną ablację docelowych genów podczas dyskretnych faz zachowania w celu zbadania ich wkładu w zachowanie w czasie. Ostatecznie wiedza ta pozwala na bardziej ukierunkowane terapie, które są w stanie najlepiej zająć się najsilniejszymi czynnikami ryzyka, które pojawiają się w każdej fazie uzależniającego zachowania.
Kokaina jest wysoce wzmacniającym środkiem psychostymulującym. Po wielokrotnym narażeniu w obwodach mózgu istotnych dla nagrody zachodzi kilka adaptacji molekularnych i komórkowych, które, jak się uważa, powodują kompulsywne poszukiwanie narkotyków, powodując wysokie wskaźniki nawrotów, które stanowią poważny problem kliniczny 1. Kokaina wywiera te długotrwałe efekty behawioralne poprzez regulację ekspresji genów. Aby zbadać adaptacje wynikające z przewlekłego zażywania kokainy, szeroko wykorzystano przedkliniczne modele gryzoni. Jednym z takich modeli jest paradygmat warunkowej preferencji miejsca (CPP). Model ten zakłada rozwój wyuczonego związku między wcześniej neutralnym środowiskiem a nagradzającymi właściwościami kokainy. Po kilku parach kokainy z określoną komorą, zwierzęta mogą swobodnie eksplorować środowiska sparowane z kokainą i niesparowane z kokainą, a jeśli wolą komorę sparowaną z narkotykami, mówi się, że nabyły preferencję miejsca wywołaną przez kokainę. Co więcej, po okresie treningu wymierania, paradygmat ten może być wykorzystany do badania powrotu zachowań związanych z poszukiwaniem kokainy w zależności od kontekstu.
W porównaniu z innymi modelami behawioralnymi zachowań podobnych do uzależnienia, takimi jak uwrażliwienie psychomotoryczne, które jest używane do badania długoterminowej plastyczności behawioralnej i molekularnej wywołanej kokainą 2,3 oraz samodzielnego administrowania (SA), które uważa się za dokładniejsze naśladowanie uzależniającego zachowania występującego u ludzi, paradygmat CPP jest prostą procedurą do badania kontekstowego uczenia się kokainy 4. Protokoły CPP można wygodnie rozszerzyć o fazy wygaszania i przywracania, podobnie jak SA, które pozwalają na badanie mechanizmów leżących u podstaw głodu narkotykowego i nawrotu 5-7 i które, jak się uważa, podsumowują aspekty tego, co dzieje się w ludzkich zachowaniach związanych z poszukiwaniem narkotyków i nawrotami wywołanymi przez narkotyki i sygnały 8-10.
Jednym z mechanizmów, który leży u podstaw indukowanej przez kokainę plastyczności behawioralnej, która jest charakterystyczna dla każdej z odrębnych faz CPP, w tym nabywania, wygaszania i przywracania, jest aktywacja unikalnych sygnatur ekspresji genów w różnych regionach mózgu. Aby bezpośrednio sprawdzić, które geny w regionach mózgu istotnych dla nagrody pośredniczą w zmianach behawioralnych wywołanych przez kokainę, przydatna jest możliwość selektywnego manipulowania nimi w sposób specyficzny dla regionu. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest mikrowstrzyknięcie rekombinowanych wektorów wirusowych związanych z adenoarelacją (rAAV), które wyrażają rekombinazę Cre za pomocą chirurgii stereotaktycznej, do różnych obszarów mózgu myszy, które mają docelowe geny otoczone miejscami LoxP (myszy floksowane). Metoda ta pozwala na bardzo precyzyjną kontrolę czasową i regionalną nad tym, kiedy i gdzie geny są ablowane, zarówno w neuronach dzielących, jak i niedzielących się, bez wywoływania odpowiedzi immunologicznej 11-13. Ten poziom kontroli stanowi istotną przewagę nad tradycyjną technologią Cre-LoxP polegającą na rozmnażaniu myszy z floksami z myszami eksprymującymi rekombinazę Cre pod kontrolą endogennego promotora genu, ponieważ czas i dystrybucja delecji genu mogą być ściślej regulowane. Dodatkowo, nokaut genów za pośrednictwem wektora wirusowego omija potencjalne efekty kompensacyjne rozwoju, które mogą wystąpić przy użyciu tradycyjnych strategii nokautu.
Oprócz kokainy CPP, która jest tutaj opisana, mikroiniekcja rAAV-Cre do mózgu myszy z klapkami w celu oceny roli określonych genów może być stosowana wszędzie w paradygmatach behawioralnych, które obejmują oddzielne fazy, w tym samodzielne podawanie i uwrażliwienie psychomotoryczne. Na przykład nasze laboratorium wykorzystało technologię rAAV-Cre do zbadania roli kanałów Cav1,2 L typuCa 2+ w uwrażliwianiu psychomotorycznym na kokainę 14. W szczególności rAAV-Cre został mikrowstrzyknięty do jądra półleżącego (NAc) myszy z genem kodującym Cav1,2 floksowany, aby wykazać, że Cav1,2 działający w tym regionie pośredniczy w fazie ekspresji uwrażliwienia psychomotorycznego 14,15. Jednak strategia rAAV-Cre nie może być stosowana, jeśli nie istnieją myszy z błędnym genem będącym przedmiotem zainteresowania, jak to miało miejsce podczas oceny roli kanałów Cav1,3 Ca2 + typu L w uczuleniu psychomotorycznym. W związku z tym pojawia się ograniczenie stosowania rAAV-Cre, jeśli myszy warunkowe nie istnieją dla określonego genu będącego przedmiotem zainteresowania. Jednak rAAV, które wyrażają siRNA, mogą być wykorzystywane do niszczenia docelowych genów, tak jak zrobiliśmy to w celu zbadania roli kanałów Cav1.3 14,15.
Mikroiniekcja rAAV-Cre do dyskretnych obszarów mózgu myszy z floksami, a następnie przetestowanie ich w paradygmacie CPP pozwala na zbadanie konkretnych genów, które pośredniczą w różnych fazach uzależniającego zachowania i gdzie działają. Zastosowanie tego paradygmatu pomogło nam zrozumieć, w jaki sposób powtarzające się podawanie kokainy w istocie przejmuje kontrolę nad obwodem nagrody w mózgu, powodując nieprzystosowawcze zmiany w szlakach transdukcji sygnału molekularnego i ekspresji genów, które prowadzą do stanu uzależnienia 1,16,17.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury są przeprowadzane zgodnie z zasadami Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Weill Cornell Medical College.
1. Przygotowanie i konfiguracja do stereotaktycznego dostarczania wektorów wirusowych
2. Stereotaktyczne mikrowstrzykiwanie wektorów wirusowych
3. Preferencja miejsca warunkowego: przejęcie, wygaśnięcie i przywrócenie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
CPP
Po przeprowadzeniu CPP u myszy poddanych mikroiniekcjom, należy zweryfikować, czy grupa myszy kontrolnych (rAAV-GFP) prawidłowo nabyła preferencję do komory sprzężonej z lekiem (Rysunek 1A, 1B). Uważa się, że myszy nabyły preferencję do konkretnej komory, gdy preferencja do kokainy (czas spędzony w komorze sprzężonej z kokainą minus czas spędzony w komorze sprzężonej z solą fizjologiczną) jest znacząco wyższa w porównaniu z wynikiem preferencji bazowej (Rysunek 1B, A ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Specyficzna regionalnie i czasowo ablacja genów poprzez stereotaktyczną mikroiniekcję wektorów wirusowych w połączeniu z CPP, która obejmuje fazy wymierania i przywracania, pozwala na zbadanie specyficznego wkładu genów w trzy odrębne fazy zachowań podobnych do uzależnień. Podczas gdy warunkowy nokaut, który osiąga się przy użyciu tradycyjnego systemu Cre-LoxP, zapewnia czasowo ograniczoną ablację genów, stereotaktyczne mikrowstrzykiwanie Cre-rekombinazy do dyskretnych obszarów mózgu myszy z klapkami pozwala na jeszcze ś...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować Anni Lee i Maureen Byrne za pomoc w ustanowieniu protokołu rozszerzonej preferencji warunkowego miejsca.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Komory aktywności z preferencją miejsca | Med Associates, Inc., St. Albans, VT, USA | MED-CPP-MS | |
| Stereotaktyczny system wyrównywania myszy | David Kopf Instruments, Tujunga, CA, USA | model 900 | |
| Strzykawki Hamilton | Hamilton Company, Reno, Nevada, USA | 7634-01 | |
| rAAV2-Cre-GFP | Vector BioLabs, Filadelfia, PA, USA | 7016 | |
| rAAV2-GFP | Vector BioLabs, Filadelfia, PA, USA | 7004 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.