基因可以在E16 在子宫内的电穿孔(IUE)的皮质或大鼠的海马通过的开发过程中进行操作,以使在神经元的连接的快速和有针对性的修改对于成年动物的行为或神经病理学的后来的研究。产后体内成像为IUE成功的控制是通过激活共转染的荧光素酶的生物发光进行的。
在子宫内的电穿孔(IUE)是一种技术,它允许细胞的遗传修饰在大脑中用于调查神经元发育。到目前为止,使用IUE的调查在成人大脑行为或神经病理学已由方法监测IUE转染成功通过在出生后的动物的非侵入性技术不足的限制。
对于本研究中,E16大鼠用于IUE。脑室注射的核酸导入胚胎后,将镊子电极的定位是用于确定目标的显影皮质或海马的关键。
心室共注射和转染细胞的荧光素酶基因允许监测产后后腹膜内注射荧光素在麻醉活P7小狗通过体内生物发光,用IVIS光谱装置与三维量化软件的电穿孔。
<p类=“jove_content”>区域由生物发光定义可以皮层和海马电穿孔之间的明确区分和纵向检测信号随时间可达〜5周出生后。这种成像技术使我们能够选择的幼崽与转染细胞的假定,来带动的生物效应,并随后以3月龄执行行为的调查有足够数量的。作为一个例子,这项研究表明,IUE与人全长DISC1基因到大鼠皮质导致苯丙胺超敏反应。可以在神经元验尸荧光显微镜检测冰冻切片显示在出生后≥6个月基因表达共转染绿色荧光蛋白。我们的结论是出生后的生物发光成像能够评估瞬时转染与IUE大鼠的成功。对局部基因操作过程中neurodevelopmen的影响调查t关于成人的大脑,其连通性都大大促进。对于许多科学问题,这种技术可以补充甚至代替了利用转基因大鼠,并提供了一种新的技术,行为神经科学。
该在子宫内电(IUE)方法,它允许基因表达的调节在发育中的大脑的发展,一直是一个突破,因为它使研究神经发育相对容易。1-7变化的靶基因的表达水平在啮齿类动物胚胎和/或围产期发育过程中一个特定的大脑区域进行了论证,审慎影响神经细胞的增殖,迁移,树枝状和连接。8-10
精神分裂症是一种复杂的精神疾病与已经涉及到神经发育异常的11,12,因此,许多所确定的候选基因用于治疗精神分裂症进行了研究,以神经发育潜力的调制效果,如例如用于急性和慢性症状的破坏,在精神分裂症-1(DISC1)基因13-15。
大脑发育是品REGULAT由遗传因素及其与环境的相互作用而在产前,产期和出生后发育时期扮演的角色主编。关于各种行为障碍的一个主要遗传危险因素是DISC1 16基因。DISC1拦截导致小鼠13,17迁移缺陷,并操纵在显影皮层由IUE DISC1的表达已被证明影响成年小鼠18的行为。
通过IUE操纵大脑基因表达有几个优点超过19转基因动物纹路的产生。首先,在感兴趣的领域基因表达周内实现到几个月,而不是几代育种转基因啮齿动物系。第二,避免早期发育过程中的补偿机制,可能会屏蔽表型生殖细胞工程的动物20。第三,通过仅针对特定的细胞群,或大脑的特定区域,migrati或增殖的不同,可以直接与非突变体相比,或控制对侧如果单侧电穿孔被选择。另一方面,IUE没有表达的启动子驱动的CRE / lox位引起的定时,将细胞在一定区域内的唯一对象导致的马赛克样的基因表达模式的一个亚群的准确度。
许多实验性应用在成年啮齿类动物,细胞在大脑区域数目有限的瞬时转染可能是足够的,甚至是所希望的,这样的稳定的,种系的转基因啮齿动物的主要优点是可以忽略的。事实上,IUE是有益的探讨一些异常发达细胞是否会影响细胞或电路的整个网络。另一个优点可能是证明一个基因的非细胞自主性的影响,由于命中的镶嵌性质的能力。此外,转基因和基因敲除鼠的产生仍处于起步阶段,使用IUE该物种为研究异常的脑发育影响的是高息。
到目前为止,使用IUE调查这些动物作为成人的干预后果的一个主要障碍是缺乏监测电成功。到目前为止,在不能适当的双目荧光显微镜下或用IVIS光谱的荧光成像检测的活新生大鼠幼崽的GFP共转染的荧光神经元。
为了克服这个障碍,我们共转染的荧光素酶报告基因和由IUE大脑区域的3维(3D)的定量进行幼仔的生物发光实时成像。
作为证明本方法的适用性在稍后的功能测定法测试的神经发育的遗传操作中,共注射含有人DISC1,萤光素酶,绿色荧光蛋白和成鼠胚胎侧脑室质粒的一个例子<suP> 3,然后在电用拔毛钳电极进行。而荧光信号不能在产后阶段被检测体内 ,通过共转染的荧光素酶基因来自于萤光素代谢的固体生物发光信号中检测到出生后五个星期。三维测量大脑电穿孔面积允许的量化据此幼仔与不足或放错地方的电是从一开始就确定的,因此,使IUE动物的分配(目的基因和炒控制),以实验组与低变异的匹配电穿孔脑区。使用成人IUE大鼠行为范式被证明是本协议的有效性的一个例子。
我们的研究表明,IUE适合于生成成年大鼠神经元表达的转基因在大脑中的一个选择区域,而且,由于该干预的结果,这些动物显示出指示进行操作的功能行为的改变。在这项研究中,作为一个例子,在大鼠前额叶皮层的一小部分,单方面过度DISC1表现出对安非他明超敏反应( 图9)。
选择大鼠进行电穿孔成功通过体内生物发光成像,有效地控制了IUE细胞转染的固有变异性,被用于产生基团的低个体间变异性购买调查的均匀IUE区域。
在这项研究中,我们无法通过检测新生儿动物的共电GFP诱导荧光的选择从垃圾电穿孔幼仔,甚至寿啊在同一时间和同一动物的平均共电穿孔的荧光素酶的生物发光信号可注射荧光素( 图6)后,进行检测,并表达神经元的GFP仍然存在于大脑在六个月的年龄。我们的结论是,在大鼠中,萤光素酶/萤光素反应是非常适合于区分动物的成功电穿孔的大脑( 图3)。
IUE成功的定量监测涉及的生物发光信号,这是由光子的计数测得的相同的曝光时间( 图3)内,且对应于共表达的荧光素酶的酶活性的强度。小的生物发光信号是可检测的由100-200计数的光子,并且在〜1×10 4光子/秒/ cm 2 /球面度显示1000-2000的GFP染色的细胞在6个月大的大鼠脑组织学的光泽。最高的信号DISP奠定的光辉高达〜5×10 6光子/秒/厘米2 /球面度和〜64,000计数。
中所使用的只SD大鼠品系中,我们观察到的生物发光信号的弱化纵向随着年龄的增加,信号消失超出P35的年龄( 图4)。在这一点上,我们并不知道任何瞬态,质粒载体为基础的荧光素酶的表达是否降低,或者如果生物发光信号减弱时,由于增加脑质量,或者两者都是原因消失的信号。在成年大鼠本功能测定法,基于所述信号的位置被仅仅作出行为研究的选择,而不是由生物发光信号的强度。
尽管三维定量生物发光监控允许不同地区的电穿孔( 图5)之间的差异,其准确性是为细胞位于深度毛钱限制大脑nsion, 图6示出了海马电穿孔,其中在2D和3D图象的生物发光测量所指示的电穿孔的良好定位的一个示例。在解剖验尸脑,GFP的荧光信号在检测到大约相同的位置上的生物发光信号,表明海马正确定位。但组织学表明,还细胞在海马皮层背侧被靶向( 图7)。这表明生物发光法是一种有用的工具来检测阳性,IUE幼崽,又要有电穿孔区域的想法,但最终成像不能代替验尸组织学,积极靶细胞准确地定位。
我们的演示表明承诺为IUE技术的应用产生的皮质或海马脑区的微妙针对性的操作,以模拟在C aberrancesortical迁移或其他神经发育缺陷,可能影响成年动物。而双边电穿孔26具有对行为可能更大的效果的优点,也有胚的更死亡率。单侧电被选为为了两个半球有一个作为内部控制,以及用于比较显示,在一个单边,小区域甚至IUE操纵足以改变人们的行为。 IUE引起的变化在神经元之间的连接性或体系结构可因此没有唤起的病变和所需的要被IUE操纵的区域的匹配与适当的行为测试被诱导依赖于科学问题。
故障排除
降低产仔数有关于提高IUE幼崽的生存几点建议。首先,为了尽量减少组织lesio电穿孔过程中的使用非常薄的玻璃毛细管n为推荐。第二,不要电穿孔第一胚胎在每个角子宫的阴道底:第一个出生的胚胎死亡增加了其他所有的胚胎中止的机会。三,出生后,母鼠往往杀死他们的后代的部分原因是由于围生期的压力。为了减少额外的压力,不与出生后右实时成像启动,但等待了七天。
GFP的荧光检测的幼崽
在出生后一周,荧光任何一方根据实时双目荧光显微成像和荧光成像与IVIS频谱无信号(落射荧光和transfluorescence模式; GFP的激发/发射:五百二十○分之四百六十五nm和540分之500纳米)。这是可能的,这两个,通过像皮肤的颅骨和高的自体荧光背景组织的有限传输的短波长的激发和发射光防止使用递减下荧光ribed条件的大鼠。 如图6所示,在活的动物中的荧光素酶信号也可在解剖脑(无头盖骨)检测,并在那里,也荧光信号是可检测的( 图6D)。
生物发光的间隔紧密的大脑区域分化
即使在3D图中的生物发光区的位置不能预测到100%。尤其是细胞上的或比预测的区域的上方,也可以偶然地靶向和转染。确切的位置必须由验尸(荧光)组织学进行控制( 见图7)。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢特雷西年轻,皮尔斯和神谷笃提供质粒。
这项工作是由神经元ERANET发现为OR和CK(BMBF 01EW1003),东风集团(柯1679/3-1; GRK1033)到CK,和(DE 792/2-4)大规模
Reagent name | |||||||||||||||||||||||||||||||
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Invitrogen | 14190-250 | without calcium, without magnesium | ||||||||||||||||||||||||||||
D-luciferin, sodium salt | SynChem OHG, Germany | BC218 | CAS number: 103404-75-7 substrate for firefly-luciferase | ||||||||||||||||||||||||||||
Fast Green FCF | Sigma Aldrich, USA | F7258-25G | CAS: 2353-45-9 | ||||||||||||||||||||||||||||
D-Amphetamine | Sigma Aldrich, USA | A 5880 | CAS: 51-63-8 | ||||||||||||||||||||||||||||
kodan Tinktur forte | Schülke & Mayr GmbH, Germany | 104 005 | |||||||||||||||||||||||||||||
Material / product | |||||||||||||||||||||||||||||||
Glass capillaries | Sutter Instrument | Novato, California, USA | borosilicate glass O.D.:1 mm, I.D.: 0.78 mm | ||||||||||||||||||||||||||||
Needle Pipette Puller | David Kopf Instruments | Tujunga, California, USA | |||||||||||||||||||||||||||||
Tweezer electrode | Nepa Gene CO., LTD. | Shioyaki, Ichikawa, Chiba, Japan | 7 mm in diameter platinum disc electrodes (CUY650P7) | ||||||||||||||||||||||||||||
Surgical Scissors – sharp | Fine Science Tools | Heidelberg, Germany | Straight, 12 cm (14002-12) | ||||||||||||||||||||||||||||
Ring Forceps | Fine Science Tools | Heidelberg, Germany | 2.2 mm ID, 3 mm OD (11021-12) | ||||||||||||||||||||||||||||
Square wave pulse electroporator (CUY21SC) | Nepa Gene CO., LTD. | Shioyaki, Ichikawa, Chiba, Japan | (CUY21SC) | ||||||||||||||||||||||||||||
Vicryl surgical suture material | Ethicon | Norderstedt, Germany | 3-0; 2 Ph. Eur; | ||||||||||||||||||||||||||||
Wound Clip Applicator | Fine Science Tools | Heidelberg, Germany | Reflex 9 mm (12032-09) | ||||||||||||||||||||||||||||
Syringe filter | VWR | Darmstadt, Germany | 0.45 μm cellulose acetate | ||||||||||||||||||||||||||||
IVIS Spectrum | Caliper Life Science / PerkinElmer | Waltham, MassachusettsUSA | |||||||||||||||||||||||||||||
XGI-8 Gas Anesthesia System | PerkinElmer | Waltham, Massachuset tsUSA | |||||||||||||||||||||||||||||
Open-field | Coulbourn Instruments | Allentown, USA | (40 x 40 x 39 cm) | ||||||||||||||||||||||||||||
Tru Scan activity system | Coulbourn Instruments | Allentown, USA | |||||||||||||||||||||||||||||
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