Summary

Verwenden Sie von<em> In vivo</em> Imaging zur Überwachung der Progression of Experimental Maus Cytomegalovirus-Infektion bei Neugeborenen

Published: July 06, 2013
doi:

Summary

Humanen Cytomegalovirus (HCMV)-Infektion des Neugeborenen stellt eine wichtige Ursache für geistige Behinderung, aber die molekularen Ereignisse, die zum Virus-induzierten Pathogenese sind noch weitgehend unverstanden. Um die Dynamik der Infektion des Gehirns zu untersuchen, passten wir Ganzkörper-Tier<em> In vivo</em> Bildgebung durchführen Zeitverlauf Analyse der Neugeborenen mit einem Luciferase-rekombinanten Virus infiziert.

Abstract

Humanen Cytomegalovirus (HCMV oder HHV-5) ist eine lebensbedrohliche Erreger in immungeschwächten Personen. Upon angeborenen oder neonatalen Infektion, kann das Virus infizieren und zu replizieren in das sich entwickelnde Gehirn, die schweren neurologischen Schäden, einschließlich Taubheit und geistige Retardierung induzieren, kann. Ein Hindernis für die Schwere der Symptome, die therapeutischen Möglichkeiten der Nichtverfügbarkeit eines Impfstoffs und das Fehlen eines spezifischen antiviralen Therapie begrenzt. Weiterhin ist ein genaue Beschreibung der molekularen Ereignisse vorkommenden während der Infektion des zentralen Nervensystems-System (CNS) noch fehlt seit Beobachtungen meist aus dem Autopsie der infizierten Kinder abzuleiten. Mehrere Tiermodellen, wie Rhesusaffen CMV, wurden entwickelt und lieferte wichtige Einblicke in CMV Pathogenese im ZNS. Doch trotz seiner evolutionären Nähe mit Menschen wurde dieses Modell durch den intrakraniellen Impfung Verfahren verwendet werden, um die Tiere und Nachteile infizieren begrenztistently induzieren ZNS-Infektion. Darüber hinaus haben ethische Überlegungen die Entwicklung alternativer Modelle gefördert, unter denen Neugeborenen Infektion von neugeborenen Mäusen mit Maus Cytomegalovirus (MCMV) hat vor kurzem zu bedeutenden Fortschritten geführt. Zum Beispiel wurde berichtet, dass intraperitoneale Injektion von MCMV in Balb / c Neugeborenen zur Infektion von Neuronen und Gliazellen in bestimmten Bereichen des Gehirns führt. Diese Befunde legen nahe, dass die experimentellen Impfung von Mäusen könnten die Defizite durch HCMV-Infektion bei Kindern induziert rekapitulieren. Dennoch ist eine dynamische Analyse der MCMV Infektion von Neugeborenen schwierig durchzuführen, weil klassische Methodik erfordert das Opfer einer erheblichen Anzahl von Tieren zu unterschiedlichen Zeitpunkten, um die virale Belastung und / oder immun-Parameter zu analysieren. Um diesen Engpass zu umgehen und künftigen Untersuchungen von seltenen mutierten Tiere zu ermöglichen, verwendeten wir in vivo Imaging-Technologie, um eine Zeit-Gänge Analyse der vira durchführenl Verbreitung im Gehirn bei peripherer Injektion eines rekombinanten MCMV Luciferase zu C57BL / 6 Neugeborenen.

Introduction

Menschliches Cytomegalovirus (HCMV/HHV-5) ist ein Mitglied der β-Herpesvirus-Familie. HCMV ist eine sehr weit verbreitete, opportunistische Erreger, die normalerweise während der frühen Leben als asymptomatische Infektion 1 erworben. Wie alle Herpesviren bleibt HCMV über die gesamte Lebensdauer des Wirts, deren Immunsystem dicht steuert virale Replikation. Folgen der viralen Reaktivierung meist bei immungeschwächten Personen wie Transplantation Patienten, die Medikamente zur Verhinderung der Abstoßung von 2 auftreten. Bei Erwachsenen wurde HCMV auch Glioblastome 3 in Verbindung gebracht worden. Darüber hinaus ist HCMV ein prominenter Erreger für Neugeborene mit unreifen Immunität 4-6. Die primäre Infektion in den sich entwickelnden Fötus oder Neugeborenen kann schwerwiegende Folgen haben. HCMV-Infektion ist die häufigste infektiöse Ursache der angeborenen Missbildungen und Störungen im Kindesalter in den entwickelten Ländern. Es wird geschätzt, dass die Inzidenz von Neugeborenen HCMV-Infektion 0,5-1% o wirktf alle Lebendgeburten unter denen 5-10% von schweren Symptomen wie Mikrozephalie oder Kleinhirnhypoplasie leiden. Darüber hinaus werden 10% der infizierten Säuglinge mit subklinischen Virusinfektion später entwickeln Folgeerscheinungen führt zu mentaler Retardierung, Hörverlust, Sehstörungen oder Beschlagnahme und Epilepsie 7,8.

Im Gegensatz zu anderen humanen Herpesviren wie Herpes Simplex 1 (HSV-1/HHV-1), die Mäuse über verschiedene Wege der Einspritzung 9 geimpft werden kann, ist im Gegensatz Cytomegalovirus-Replikation artspezifisch. Diese Funktion wurde stark Untersuchungen von HCMV Pathogenese, die in verschiedenen Tiermodellen durchgeführt behindert werden (Maus, Ratte, Meerschweinchen, Rhesusaffen) sowie ihre jeweiligen echten Host-spezifische CMVs. Alle CMVs signifikante Ähnlichkeiten in der Genom-Größe und Organisation, Gewebetropismus und Regulation der Genexpression. Sie induzieren auch ähnliche Pathologien in ihren jeweiligen Gastgeber. Trotz genomischen Vielfalt seinzwischen HCMV-und Maus-Cytomegalievirus (MCMV) (50% der ORFs im menschlichen Virus im murinen CMV identifiziert) hat die Mausmodell kürzlich als vorteilhaft erwiesen, vor allem, weil Mutanten können auf ihre Fähigkeit, virale Kontrolle getestet werden Replikation in vivo. Dies hat zu einer genetischen Bildschirm, die eine Abschätzung der Zahl der Gene der Maus an der erwachsenen Stadium ausgedrückt, die die "resistome" gegen dieses Virus 10 komponieren aktiviert führte. Insgesamt bedeutet dies, dass MCMV-infizierten Mäuse stellen ein attraktives Modell für die Untersuchung von Wirt-Virus-Interaktionen bei Erwachsenen. Die Erforschung der angeborenen CMV-Infektion ist komplexer, weil Unterschiede in der Plazenta Schicht Organisation zwischen Mensch und Maus beeinträchtigen die Mutter-Fötus Übertragung des viralen Infektion in Mäusen. Vor kurzem hat die direkte Injektion von MCMV in der Plazenta an Tag 12,5 der Trächtigkeit Gehirninfektion von Mäusen Neugeborenen, die zu Hörschäden 11 geführt aktiviert. Allerdings sind die meisten investigations jetzt intraperitoneale Injektion von 4-20 hr-alten Neugeborenen auf eine systemische virale Verbreitung potenziell zu hämatogene Infektion des Gehirns, ein Modell, das mehr relevant als die eines intrakraniellen Injektion geben. Dieses Protokoll die wichtige Hinweise auf CMV Pathogenese und insbesondere, dass es MCMV Infektion von Neugeborenen Ergebnisse der viralen Replikation in neuronalen und glialen Zellen in Entzündungsherde, die mit mononukleären Zellen wie Makrophagen infiltriert 12 befinden gezeigt. Dieser Bericht ist auch verändert Morphogenese des Kleinhirns mit verminderter körnige Neuron Proliferation und Migration und die Induktion von Interferon-stimulierten mehrere Gene begleitet beschrieben. Die wesentliche Rolle von CD8 +-T-Zellen zur Kontrolle der MCMV in das zentrale Nervensystem wurde auch von der gleichen Gruppe 13 gemeldet. Ein wichtiger Aspekt bei der Analyse der pathologischen Wirkung einer Mikrobe ist die Dynamik des infizierenion. Im Falle von MCMV, ist es besonders wichtig zu erforschen und zu quantifizieren, das Fortschreiten der viralen Verbreitung in die sich entwickelnde Gehirn, um zu verstehen und zu antizipieren Umfangs des zukünftigen neurobiological Verletzungen. Traditionell erfordert die Quantifizierung der Progression einer Infektion das regelmäßige Opfer der infizierten Tiere den Erreger in Geweben wie dem Gehirn, die sonst nicht zugänglich sind titrieren. Diese Art von Protokoll ist nun durch notwendige Verbesserung des Tierschutzes und der 3R (Reduce, Refine, Replace) 14 Prinzipien in Frage gestellt. Mit In-vivo-Imaging-Technologien gestatten eine drastische Reduzierung der Zahl der Tiere, die notwendig sind, in vivo Infektion Experimente. Hier berichten wir und beschreiben eine zeitliche Verlauf Analyse der viralen Verbreitung in das Gehirn auf intraperitoneale MCMV-Luc Injektion Maus Neugeborenen. Mit den gleichen Tieren, verfolgt und überwacht werden wir in vivo die Websites der intensiven viral Replikation während einer 2-Wochen-Frist.

Protocol

1. Herstellung von Viral Suspension Besorgen Sie sich die Smith Stamm von MCMV Ausdruck Luciferase (MCMV-Luc 15) von Ulrich Koszninowski Labor. In diesem rekombinanten wird die Luciferase-Gens in der ie2 Ort der MCMV-Genoms inseriert. Um MCMV-Luc verstärken, infizieren murinen Knochenmark Stroma-Zelllinie (M2-10B4, ATCC # CRL-1972) mit MCMV bei unterschiedlichen Multiplizität der Infektion (MOI, 0,001 bis 1) 16. Dazu hinzuzufügen Virus kultivierten Zellen in serumfr…

Representative Results

Ein repräsentatives Experiment ist in Abbildung 1 dargestellt. Upon intraperitoneale Injektion von 50 PFUs von MCMV-Luc (Das Bedienfeld A zeigt eine ähnliche Injektion mit Methylene blau durchgeführt, um die subkutane Route der der Nadel visualisieren), waren Neugeborenen anästhesiert und empfangenen gleichzeitig 0,3 mg des Luciferase-Substrat (Luciferin, Caliper). Fünfzehn Minuten später wurden die Tiere Bauchseite nach oben in den Erwerb Kammer des IVIS 50 (In-vivo-Imaging System, Caliper) und d…

Discussion

Mit In-vivo-Imaging-Technologie MCMV-Luc Verbreitung in Mäusen Neugeborenen zu überwachen, waren wir in der Lage, die Ausbreitung des Virus in das Gehirn von mutierten Tieren, wie zum Wildtyp Gegensatz zu beobachten. Weitere Präparation des Tieres und ex vivo Bildgebung des Gehirns bestätigte die Anwesenheit von Lumineszenz-Virus in das zentrale Nervensystem. Darüber hinaus haben wir auch durchgeführt Immunhistochemie (nicht gezeigt) auf Gehirn dünne Abschnitte mit einem Antikörper spezifisch f…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Lee Tuddenham (IBMC, Straßburg) zum Verstärken und Titration MCMV-Luc und Thomas Baumert (INSERM U748, Strasbourg) für die Erlaubnis, die Tierhaltung des Instituts für Virologie verwenden. Finanzielle Unterstützung von INSERM, Université de Strasbourg und Agence Nationale de la Recherche (ANR-08-MIEN-005-01) anerkannt wird. Die anfängliche Beteiligung von Sonia Beroud und Laetitia Lelieur während ihres Master-Projekt wird auch anerkannt.

Materials

Reagent/Material
DMEM Fisher Scientific W3523A
Methylene blue Sigma Aldrich 319112
Insulin needles VWR 613-4897
Ketamine CentraVet Ket 201
Xylazine/Vetranal Sigma Aldrich 46995
DPBS DUTSCHER P0436500
Luciferin Caliper 760504
gentamycin Sigma Aldrich G1272
penicillin/streptomycin Gibco 15070
carboxymethylcellulose Sigma Aldrich C4888
formaldehyde Sigma Aldrich F8775
crystal violet Sigma Aldrich C3886
Equipment
IVIS 50 Caliper/Perkin Elmer

Referenzen

  1. Loewendorf, A., Benedict, C. A. Modulation of host innate and adaptive immune defenses by cytomegalovirus: timing is everything. J. Intern. Med. 267, 483-501 (2010).
  2. Lischka, P., Zimmermann, H. Antiviral strategies to combat cytomegalovirus infections in transplant recipients. Curr. Opin. Pharmacol. 8, 541-548 (2008).
  3. Johnsen, J. I., Baryawno, N., Soderberg-Naucler, C. Is human cytomegalovirus a target in cancer therapy?. Oncotarget. 2, 1329-1338 (2011).
  4. Morein, B., Abusugra, I., Blomqvist, G. Immunity in neonates. Vet. Immunol. Immunopathol. 87, 207-213 (2002).
  5. Zaghouani, H., Hoeman, C. M., Adkins, B. Neonatal immunity: faulty T-helpers and the shortcomings of dendritic cells. Trends Immunol. 30, 585-591 (2009).
  6. Morein, B., Blomqvist, G., Hu, K. Immune responsiveness in the neonatal period. J. Comp. Pathol. 137, 27-31 (2007).
  7. Cheeran, M. C., Lokensgard, J. R., Schleiss, M. R. Neuropathogenesis of congenital cytomegalovirus infection: disease mechanisms and prospects for intervention. Clin. Microbiol. Rev. 22, 99-126 (2009).
  8. Tsutsui, Y. Effects of cytomegalovirus infection on embryogenesis and brain development. Congenit. Anom. (Kyoto). 49, 47-55 (2009).
  9. Sancho-Shimizu, V., et al. Genetic susceptibility to herpes simplex virus 1 encephalitis in mice and humans. Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol. 7, 495-505 (2007).
  10. Crozat, K., et al. Analysis of the MCMV resistome by ENU mutagenesis. Mamm. Genome. 17, 398-406 (2006).
  11. Juanjuan, C., et al. Murine model for congenital CMV infection and hearing impairment. Virol. J. 8, 70 (2011).
  12. Koontz, T., et al. Altered development of the brain after focal herpesvirus infection of the central nervous system. J. Exp. Med. 205, 423-435 (2008).
  13. Bantug, G. R., et al. CD8+ T lymphocytes control murine cytomegalovirus replication in the central nervous system of newborn animals. J. Immunol. 181, 2111-2123 (2008).
  14. Wells, D. J. Animal welfare and the 3Rs in European biomedical research. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1245, 14-16 (2011).
  15. Sacher, T., et al. The role of cell types in cytomegalovirus infection in vivo. Eur. J. Cell Biol. 91, 70-77 (2012).
  16. Lutarewych, M. A., et al. Propagation and titration of murine cytomegalovirus in a continuous bone marrow-derived stromal cell line (M2-10B4). J. Virol. Methods. 68, 193-198 (1997).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Ostermann, E., Macquin, C., Bahram, S., Georgel, P. Use of In vivo Imaging to Monitor the Progression of Experimental Mouse Cytomegalovirus Infection in Neonates. J. Vis. Exp. (77), e50409, doi:10.3791/50409 (2013).

View Video