Summary
여기에서, 우리는 키메라 HIV (EcoHIV)를 사용하여 활성 HIV 감염의 새로운 쥐 모형을 설치하는 프로토콜을 제시합니다, 두뇌에 있는 HIV-1 바이러스 성 저수지의 우리의 이해를 강화하고 HIV 관련 신경 인지 장애 및 관련 comorbidities를 공부하는 시스템을 제공하는 것을 위해 중요합니다 (즉, 약물 남용).
Abstract
EcoHIV 감염 마우스 모델은 HIV 관련 신경 학적 합병증을 조사하는 데 중요한 유틸리티라는 것을 잘 연구되었습니다. 약물 남용 및 신경 인지 장애의 연구에 대 한 EcoHIV 감염 된 쥐 모델의 설립, neuroHIV와 HIV-1 관련 된 신경 인지 장애의 연구에 도움이 될 것 이다 (HAND). 본 연구에서는, 우리는 키메라 HIV (EcoHIV)를 사용하여 활성 HIV 감염의 쥐 모델의 성공적인 생성을 보여줍니다. 첫째, 에코HIV의 렌티바이러스 구조는 48시간 동안 배양된 293FT 세포로 포장되었다. 이어서, 조건부 배지는 농축되고 흐트러졌다. 다음으로, 우리는 F344/N 쥐 뇌 조직에 EcoHIV-EGFP의 양측 스테레오택시 주사를 수행했습니다. 감염 후 1주일 후, EGFP 형광 신호가 감염된 뇌 조직에서 검출되어 EcoHIV가 쥐에서 활성 HIV 감염을 성공적으로 유발한다는 것을 나타냅니다. 또한, 마이크로글리아세포 마커인 Iba1에 대한 면역염색이 수행되었다. 결과는 microglia가 EcoHIV를 품고 있는 우세한 세포 모형이었다는 것을 표시했습니다. 더욱이, EcoHIV 쥐는 감염 후 8 주 동안 HAND의 잠재적 기본 신경 행동 메커니즘뿐만 아니라 시간 적 처리에 변화를 나타냈다. 종합적으로, 본 연구는 뇌의 HIV-1 바이러스 저장소뿐만 아니라 HAND 및 약물 남용과 같은 관련 comorbidities를 연구하는 귀중한 생물학적 시스템을 제공하는 쥐에 HIV-1 감염의 EcoHIV 모델을 확장합니다.
Introduction
생물학적 시스템은 HIV-1 관련 신경인지 장애(HAND)와 그 근본적인 신경 메커니즘2에대한 우리의 이해를 향상시켰습니다. 어떤 생물학적 시스템이 어떤 연구에 가장 적합한지 결정하는 것은 종종 관심2의문제에 달려 있습니다. 숙주 동물 모델의 범위의 제한은 HIV-1 질병 발달의 연구에 도전합니다. HIV-1 바이러스 복제 및 병인을 조사하기 위해, Potash 외3은 활성 HIV-1 감염의 마우스 모델을 생성하여 HIV 표면 봉투 당단백질, gp120의 코딩 영역을 에코트로픽 MLV gp80으로 대체하여 마우스4에서성공적인 바이러스 복제를 이끌어 냈다. 키메라 HIV(EcoHIV) 마우스에서 꼬리 정맥 주사 후, HIV-1 혈청 양성 개인(예를 들어, 감염된 림프구 및 대식세포, 항바이러스 면역 반응, 염증3,5,6)과유사한 많은 특성이 관찰되었다.
마우스와 쥐는 모두 무리대의 구성원이지만, 근본적인 종 차이는 특정 실험 질문에 대한 적합성에 영향을 미칠 수 있습니다7. 따라서, 쥐에 에코 HIV 감염 모델의 확장 (일반적으로 약물 남용 및 신경 인지 장애의 연구에 사용) neuroHIV의 연구에서 유리 할 것 이다. 예를 들어, 그들의 큰 크기는 약물 자가 투여 절차에 대한 경정맥 카테터 이식을 보다 실용적으로8. 쥐의 약물 자가 투여 기술은 HIV-19의동기 부여를 평가하기 위해 활용되었습니다. 또한, 많은 신경 인지/행동 작업은 처음에 쥐를 위해 설계 되었다10. 여기에서, 우리는 EcoHIV 감염 모형을 확장하고 neuroHIV 및 HAND와 관련있는 새로운 질문을 해결하기 위하여 중요한 기회를 마련하기 위하여 쥐에 있는 EcoHIV의 입체 주사의 활용을 보고합니다.
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Protocol
모든 동물 프로토콜은 사우스 캐롤라이나 대학의 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 검토되고 승인되었습니다 (연방 보증 번호 : D16-00028). 6 명의 성인 남성 F344 /N 쥐는 12/12 빛 아래 통제 된 환경에 수용 되었습니다: 음식과 물에 광고 리비툼 액세스 와 어두운 주기. 모든 동물은 실험실 동물의 치료 및 사용에 대한 가이드에서 건강의 국립 연구소에 의해 설립 된 지침을 사용하여 돌보았습니다.
1. 293 FT 셀의 바이러스 포장
- DMEM을 가진 75cm2 플라스크를 코팅한 젤라틴293 FT 셀(5×10 5/mL)을 배양하고 10% FBS11을갖는다. 37°C에서 세포를 50% 수축시 로 성장시다.
- 1.5mL 마이크로 원심분리기 관및 3s의 소용돌이에서 중간(예: Opti-MEM)의 750 μL에서 22.5 μL의 형질 전환 시약(예: 리포펙타민 3000)을 희석시희석한다.
- 에코HIV 플라스미드 DNA 의 20 μg를 1.5mL 마이크로 원심분리기 튜브에 750 μL의 배지를 희석하고 잘 섞는다.
- 희석된 DNA를 희석된 트랜스페션 시약의 튜브에 넣고 부드럽게 섞습니다. 실온에서 15분 동안 배양하십시오.
- 혼합물을 75cm2 플라스크에 미리 데워진 DMEM 배지의 10mL에 첨가한다. 37°C에서 2일 동안 세포를 배양한다.
- 포장 된 렌즈 바이러스를 포함하는 두 플라스크에서 조건부 배지24 mL을 수확하고 결합하십시오.
- 원심분리기는 4°C에서 10분 동안 500 x g에서 조건부 배지 의 24mL 을 모두 분리합니다. 멸균 50 mL 튜브에 명확한 상체를 전송합니다.
- 렌티-x 농축기 8mL과 24mL의 명확한 상류체(1:3 비율)를 결합합니다. 부드러운 반전으로 섞으세요. 2 일 동안 4 °C에서 혼합물을 배양하십시오.
- 원심분리기 혼합물은 4°C에서 45분간 1,500 x g에서 혼합물을 혼합합니다. 상체를 조심스럽게 제거합니다.
- 100mM PBS의 100 μL로 펠릿을 부드럽게 다시 일시 중단합니다.
- p24 ELISA 키트를 가진 티터 바이러스 농도.
2. 에코 HIV-EGFP 바이러스 스테레오탁스 수술
- 3% 세보플루란을 사용하여 쥐를 마취합니다. 쥐가 유해 자극에 반응하지 않고 반사 신경이 없을 때 2.2 단계로 진행하십시오.
- 뇌 부위의 머리카락을 면도하고 70%에탄올과 클로르헨시딘 기반 스크럽으로 피부를 두 번 살균합니다. 스테레오탁스 장치에서 쥐를 수적으로 고정한다.
- 두피 미드라인을 따라 피부를 통해 절개(5-6cm)를 만듭니다.
- 2개의 드릴링 위치를 0.8mm 측면, 1.2mm 로스트럴에서 브레그마까지 표시하십시오. 각 두개골 위치에 구멍(직경 0.4mm)을 드릴링합니다.
- 10 μL 주사 주사기에 titered EcoHIV 렌즈티바이러스 용액 (1.04 × 106 TU / mL)을 채웁니다. 주사기를 스테레오탁스 장치에 고정시하십시오.
- 드릴링 구멍의 표면에 가까운 바늘아래로 이동합니다. 깊이 2.5mm를 측정하고 이동합니다.
- 0.2 μL/min의 속도로 바이러스 용액 1 μL을 주입합니다. 주사 부위 내부에 바늘을 5 분 동안 보관하십시오. 쥐 두개골 바깥에 들 때까지 바늘을 천천히 위로 움직입니다.
- 4-0 실크 실로 피부를 봉합합니다.
- 한 번 70 %에탄올로 절개를 살균. 피하 부토르페놀 (도롤렉스, 0.1 mg/kg 체중)을 피하하십시오.
- 쥐가 깨어날 때까지 가열 패드가있는 복구 챔버로 전송합니다.
3. 뇌 섹션의 시각화
참고: EcoHIV 바이러스 주입 후 1~8주 동안 기다립니다.
- 쥐를 5% 세보플루아네로 마취한다. 쥐가 유해 자극에 반응하지 않고 반사 신경이 없을 때 3.2 단계를 계속합니다.
- 연기 후드 내부의 척추 위치에 쥐를 고정합니다.
- 흉부 미드 라인을 따라 피부를 절개합니다. 다이어프램을 자르고 흉부 구멍을 엽니다.
- 20 G × 25mm 바늘을 왼쪽 심실에 삽입합니다.
- 가위로 오른쪽 아트리움을 즉시 엽니다.
- 5mL/분 의 속도로 사전 냉각 된 100 mM PBS의 50 mL을 perfuse.
- 5 mL /분의 속도로 감기 4 % 파라 포름 알데히드의 100 mL을 Perfuse.
- 쥐를 참수, 두피를 열고 뇌를 제거.
- 포식알데히드 4%로 하룻밤 사이에 포스트픽스.
- 뇌가 바닥까지 떠날 때까지 50mL 튜브에서 100mM PBS에서 30% 자당30%의 40mL로 뇌를 옮기십시오(약 3일).
- 스냅에서 2 분 동안 메틸 부타놀에서 뇌를 동결 - 80 °C.
- -20°C 극저온 내부의 금속 플랫폼에서 뇌 조직을 확보하십시오.
- 저온을 사용하여 50 μm 두께의 관상 섹션을 잘라냅니다.
- 미세 브러시로 뇌 슬라이스를 유리 슬라이드에 옮기십시오.
- 0.3mL의 안티페이드 배지에 단면을 장착하고 22mm 50mm 커버립으로 커버합니다.
- 유리 슬라이드를 실온에서 건조할 때까지 어둡게 유지합니다.
- 뇌 영역 경계와 뉴런의 형태학적 특성을 기반으로 Z 스택을 사용하여 공초점 현미경으로 표적 뉴런을 이미지합니다.
참고: 사용된 공초점 현미경 설정은 488 nm의 파장을 사용하여 60 X (A/1.4, 오일)와 0.15 μm (핀홀 크기 30 μm, 백 투영 핀홀 반경 167 nm)의 Z 평면 간격이었습니다.
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Representative Results
조건부 배지는 293FT 세포에 감염된 EcoHIV-EGFP의 렌티바이러스로부터 수집되었다. 다음으로, 그것은 집중 하 고 titered, 다음 스테레오로 뇌에 주입 (피 질 영역) F344/N 쥐의. 7일 후 주사 후, 쥐를 희생하고 브레그마 -4.68 mm에 이르는 관상 동맥 뇌 슬라이스에서 촬영되었다. 도 1A에서,특히 피질과 해마 규명 자이루스에서 뇌 전체에 걸쳐 중요한 EcoHIV-EGFP 신호가 있습니다. 더욱이, 이바1and EcoHIV-EGFP 프로브를 통한 이중 라벨링은 마이크로글리아가 뇌에서 에코HIV 발현을 수용하는 우세한 세포 유형이었다는 강력한 증거를제공했다(도 1B). 특히, EcoHIV-EGFP의 분포 패턴은 쥐 뇌의 미세리아의 상대적인 지역 농도(즉, 해마의 피질 및 전염자)와 일치합니다.
후속 연구에서, 우리는 HAND의 주요 측면을 모델링하기 위해 쥐에 있는 EcoHIV 감염의 유용성을 확인했습니다. 위에 상세한 프로토콜을 사용하여, F344/N 쥐는 EcoHIV-EGFP 또는 식염수로 스테레오로 주입되었습니다. 첫째, 8주 후 감염, 측두처리, HAND12의잠재적 원소 치수, 시각적 갭 프리펄스억제(도 2)를사용하여 평가하였다. 에코HIV 동물은 식염수 대조군과 비교하여 상대적으로 평평한 ISI 기능에 의해 입증된 인터자극 간격(ISI)의 조작에 상대적인 무감각을 나타냈다. 구체적으로, ISI 기능의 경사에 상당한 차이가 관찰되었다 50 ms ISI에 200 ms ISI (세미로그 라인 X는 로그, Y는 선형, R2s ≥ 0.99; F(1,2)=642.9, p≤0.001). 둘째, 탄도 라벨링은 중간 가시 뉴런(MSN)에서 수지상 척추의 형태에 대한 EcoHIV-EGFP 주사의 영향을 조사하기 위해 사용되었습니다(NAc; 그림 3); 시냅스함수(13)에대한 추론을 그리는 데 활용할 수 있는 매개변수. EcoHIV 쥐는 수지상 척추 형태에 심오한 변화를 표시, 짧은 수지상 척추의 증가 상대 주파수에 의해 입증 (유전자 형 x 빈 상호 작용, F(16, 218) = 4.3, p ≤ 0.001) 증가 된 헤드 직경 (유전자형 x 빈 상호 작용, F (12, 96) = 18.7, p ≤ 0.001) 및 증가 목 직경 (유전자형 x 빈 상호 작용, F (15, 120) = 16.3, p ≤ 0.01) 측두처리(14)와 탄도라벨링(13)의 평가를 위한 상세한 방법론이 이전에 보고되었다.
그림 1. EcoHIV-EGFP 감염 된 세포 쥐 두뇌에 배포. (A)주사제 후 7일 후 해마 내막 성균 기루스 또는 피질 부위에서 에코HIV-EGFP 발현의 대표적인 공초점 영상(20x). (B) 주사제 후 7일 만에 에코HIV-EGFP 감염세포와 이바1 면역염색의 대표적인 공초점 영상(60X)이 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2. EcoHIV 감염은 시간적 처리에서 눈에 띄는 신경 인지 적자를 유도했습니다. 시각적 갭 프리펄스 억제는 에코 HIV 또는 식염수의 스테레오 탁스 주사 후 8 주 실시되었다. EcoHIV 감염은 대조래에 비해 상호 자극 간격의 조작에 상대적인 무감각에 의해 입증 된 측두처리에서 눈에 띄는 변화를 유도. McLaurin 외13에기술된 상세한 방법론 . 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. EcoHIV-EGFP를 가진 감염성은 수지상 척추의 형태학적 매개 변수를 변경하여 심오한 시냅스 기능 장애를 지원합니다. EcoHIV 쥐는 수지상 척추 형태에 심오한 변화를 보였으며, 대조동물에 비해 머리 직경이증가(B)및 목직경(C)이증가하는 짧은 수지상척추(A)의상대적 빈도가 증가하여 입증되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
이 프로토콜에서, 우리는 쥐에 있는 EcoHIV 유도한 HIV 감염 모형을 설치했습니다. 구체적으로, 우리는 성공적으로 쥐 뇌에서 활성 HIV 감염을 유도 피질에 에코 HIV의 양측 스테레오테스테레오테시 주입을 설명 7 주사 후 일. Futhermore, 우리는 쥐에 있는 EcoHIV 감염이 HAND의 중요한 양상을 공부하는 좋은 생물학 시스템이 될 수 있었다는 것을 보여줍니다. 8 주 후- EcoHIV 감염, 쥐는 중요한 신경 인지 장애를 전시, 이는 NAc의 MSN에서 시간 적 처리 및 시 냅 스 기능 장애의 변화를 포함. neuroHIV 및 HAND2연구를 위한 동물 모델의 중요성을 감안할 때, 새로운 생물학적 시스템의 발달은 현장 내의 새로운 질문을 해결하는 데 유리할 수 있습니다. 칼륨 외3 먼저 마우스에서 활성 HIV-1 감염을 유도하기 위해 에코 HIV의 사용을보고했다. 구체적으로, 마우스는 테일 정맥주사3를통해 에코HIV 바이러스의 용액 0.1mL로 접종하였다. 감염 후 6 주, HIV-1 바이러스 DNA 비장 세포와 림프구에서 검출 되었다. 추가적으로, EcoHIV 주입의 1개의 접종은 마우스의 75% 이상에 있는 감염을 유도하기에 충분했습니다. 양자 스테레오탁주사의 활용은, 본 연구에서와 같이, 성공적으로 감염된 100% 쥐의 쥐 (n = 6 또는 n = 4, 각각) 뇌에서 에코 HIV-EGFP의 검출에 의해 입증 7 일 후 주입 후.
이전 연구는 마우스에 EcoHIV에 의한 감염이 뇌 마이크로글리아가 EcoHIV 바이러스 감염3에매우 취약하다는 것을 강력하게 연루했다는 것을 보여주었습니다. 이 연구에서는 Iba1(마이크로글리아세포 마커) 면역염색과 결합하여, Iba1+ 세포와 EGFP 신호의 중요한 공동 국소화가 관찰되었으며, 이는 마이크로글리아가 쥐 뇌의 EcoHIV 감염의 주요 세포 유형임을 강력하게 시사한다. 마이크로글리아에서 중요한 EcoHIV 감염의 관측은 EcoHIV 감염된 마우스6,HIV-1 세로양성 개인15 및 HIV16,17을모델링하는 데 일반적으로 사용되는 다른 생물학적 시스템의 데이터와 일치한다. 우리는 또한 F344/N 쥐에 EcoHIV-EGFP의 복고풍 궤도 주입을 수행하고 데이터는 또한 단지 7 일 후에 피질과 해마 dentate gyrus 둘 다에 있는 EcoHIV-EGFP의 높은 발현을 표시했습니다 (데이터는 표시되지 않음). 대조적으로, F344/N 쥐에 있는 EcoHIV의 I.P. 주입은 EcoHIV 렌즈티바이러스의 고용량에도 불구하고 쥐 두뇌에 있는 탐지할 수 없는 바이러스성 발현으로 이끌어 냈습니다.
이 프로토콜에 관하여, 연구원은 293 FT 세포에 있는 EcoHIV 렌즈바이러스 포장을 포함하여 조건부 매체가, 스테레오택시 주입을 위해 사용하기 전에 집중되고 적재된다는 것을 확인해야 합니다. 이러한 단계는 실험 전반에 걸쳐 일관되고 복제 가능한 결과를 보장하는 데 매우 중요합니다. 또한, 우리는 또한 EcoHIV 감염이 주입 후 8 주에 조직을 비장하기 위하여 두뇌에 있는 스테레오택시 주입에서 전파되었다는 것을 것을을 발견했습니다. 한편, 측두처리 적자는 에코HIV감염쥐에서 14일 초에 관찰되었고 8주 후감염(현재 실험말기 시간, 도 2)을통해 유지되었다. 마우스의 일반화된 EcoHIV 감염 모델과 비교하여, EcoHIV의 보다 구체적인 지역 스테레오택시 주사는 뇌 영역에서 효율적인 HIV 감염을 생성하고 HIV 관련 신경 인지 기능 장애연구의 핵심인 쥐의 시간적 처리 적자를 생산했습니다.
현재 프로토콜에 대한 추가 기회를 제공하는 제한은 뉴런과 성상 세포와 같은 다른 세포 유형의 식별, 뇌의 바이러스 복제 및 대기 시간을 나타내는 감염 후 EcoHIV-EGFP 발현의 변화에 대한 시간 과정 연구, HIV 관련 신경 인지 적자의 잠재적 영향을 해결하기 위한 경도 연구, 그리고 에코 HIV 면역 체계 의 스테레오탁 주사가 바이러스 성 면역 체계 를 통해 확산되는 경우 를 평가하는 것을 포함합니다. 오디. 추가적으로, 이것은 쥐에 있는 EcoHIV 감염의 일반성을 확인하기 위하여 그밖 쥐 긴장에 시험되어야 합니다.
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Disclosures
어떤 저자도 선언할 이해 상충이 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 NIH 보조금 HD043680, MH106392, DA013137 및 NS100624에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 293FT cells | ThermoFisher Scientific | R70007 | |
| Antibiotic-Antimycotic solution | Cellgro | 30004CI | 100X |
| Corning BioCoatGelatin 75cm² Rectangular Canted Neck Cell Culture Flask with Vented Cap | Life Technologies | 354488 | |
| Corning DMEM with L-Glutamine, 4.5 g/L Glucose and Sodium Pyruvate | Life Technologies | 10013CV | |
| Cover glass | VWR | 637-137 | |
| drill | |||
| Dumont #5 Forceps | World Precision Instruments | 14095 | |
| Dumont #7 Forceps | World Precision Instruments | 14097 | |
| Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Biopur Safe-Lock Tubes | Life Technologies | 22600028 | |
| Ethicon Vicryl Plus Antibacterial, 4-0 Polyglactin 910 Suture, 27in. FS-2 | Med Vet International | VCP422H | |
| Hamilton syringe | Hamilton | 1701 | |
| Invitrogen Lipofectamine 3000 Transfection Reagent | Life Technologies | L3000015 | |
| Iris Forceps | World Precision Instruments | 15914 | |
| Iris Scissors | World Precision Instruments | 500216 | |
| Lentivirus-Associated p24 ELISA Kit | Cell Biolabs, inc. | VPK-107-5 | |
| Lenti-X Concentrator | Takara | PT4421-2 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 11058021 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127-500G | |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
| ProLong Gold | Fisher Scientific | P36930 | |
| Sevoflurane | Merritt Veterinary Supply | 347075 | |
| stereotaxic apparatus | Kopf Instruments | Model 900 | |
| SuperFrost Plus Slides | Fisher Scientific | 12-550-154% | |
| Vannas Scissors | World Precision Instruments | 500086 |
References
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