Summary

Cortex-, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-, Lateral Septal Nucleus- og striatum spesifikke<em> I Utero</em> Electroporation i C57BL / 6 mus

Published: January 18, 2016
doi:

Summary

This protocol describes in detail how to specifically transfect different regions in the C57BL/6 central nervous system via in utero electroporation. Included in this protocol are detailed instructions for transfections of regions that develop into the cortex, hippocampus, thalamus, hypothalamus, lateral septal nucleus and striatum.

Abstract

In utero electroporation is a widely used technique for fast and efficient spatiotemporal manipulation of various genes in the rodent central nervous system. Overexpression of desired genes is just as possible as shRNA mediated loss-of-function studies. Therefore it offers a wide range of applications. The feasibility to target particular cells in a distinct area further increases the range of potential applications of this very useful method. For efficiently targeting specific regions knowledge about the subtleties, such as the embryonic stage, the voltage to apply and most importantly the position of the electrodes, is indispensable.

Here, we provide a detailed protocol that allows for specific and efficient in utero electroporation of several regions of the C57BL/6 mouse central nervous system. In particular it is shown how to transfect regions the develop into the retrosplenial cortex, the motor cortex, the somatosensory cortex, the piriform cortex, the cornu ammonis 1-3, the dentate gyrus, the striatum, the lateral septal nucleus, the thalamus and the hypothalamus. For this information about the appropriate embryonic stage, the appropriate voltage for the corresponding embryonic stage is provided. Most importantly an angle-map, which indicates the appropriate position of the positive pole, is depicted. This standardized protocol helps to facilitate efficient in utero electroporation, which might also lead to a reduced number of animals.

Introduction

Siden den første beskrivelsen i 2001 av tre uavhengige grupper 1-3 i n utero elektroporering er blitt en utbredt standard verktøy for å analysere genekspresjon i gnagere sentralnervesystemet. Sammenlignet med den generasjonen av knockout-mus, som er, til tross for kontinuerlig forbedring teknikker, fortsatt tid og penger tidkrevende, de i utero electroporation appeller på grunn av sin enkelhet. Så, i utero elektroporering muliggjør rask og effektiv gevinst-og tap-av-funksjon studier 4.

For å transfektere de cerebrale områder, blir oppløsningen inneholdende det negativt ladede plasmidet injiseres i et hjertekammer. I løpet av den elektriske puls, migrerer negativt ladet DNA mot den positive pol, og derfor den transfekterte region kan velges ganske enkelt ved å endre posisjonen til den positive pol. Det har ofte vist seg at tallrike områder av sentralnervesystemet kan være TArgeted 3,5-8. For eksempel, nyere studier viser spesifikke transfeksjoner av hippocampus, piriform cortex eller striatum 9-11. Men informasjonen om de aktuelle stillingene er ofte bare knapt standardisert og er ikke alltid lett å overføre til forskjellige musestammer.

Transfeksjon av visse embryonale stadier er langt fra trivielt. Mange påvirkende faktorer må tas i betraktning når du velger oppsett for spesifikk i utero elektroporering. Først, for å optimalt transfektere de respektive embryonale stadier, er kunnskap om de aktuelle spenninger nødvendig. Høye spenninger redusere overlevelse, mens lave spenninger redusere transfeksjonseffektiviteten 2,3,12. Også størrelsen av elektroden padle spiller en avgjørende rolle, fordi bruken av elektrode årer som er for store resulterer i redusert spesifisitet, eller kan føre til død på grunn av affeksjon av hjerterytmen 4,12,13. Den påførtespenning og størrelsen og posisjonen av elektroden åren er de viktigste funksjoner for å ta hensyn til, men det finnes også ytterligere faktorer som påvirker utfallet av elektroporering som den anvendte mengde av DNA-løsning.

Vi har utviklet en detaljert protokoll som muliggjør rask og effektiv transfeksjon av forskjellige cerebrale regioner av C57BL / 6 mus 12. I denne protokollen detaljert informasjon om de spenninger som skal benyttes og størrelsen av elektrode åren for forbedret spesifisitet er gitt. Videre informasjon om ventrikkel for å bli fylt med anbefalinger for mengden av plasmid-løsning og stilling av elektroden blir tilført. Indikasjon på detaljert posisjonsinformasjon i et kart og den videre visualisering av disse stillingene kan du direkte konkret og effektiv i utero electroporation av retrosplenial cortex, motor cortex, somatosensoriske cortex, den piriform cortex, tHan CORNU ammonis 1-3, gyrus dentatus, striatum, den laterale septal nucleus, thalamus og hypothalamus.

Protocol

Etikk Statement: The håndtering av mus og de eksperimentelle prosedyrer ble utført i samsvar med europeiske, nasjonale og institusjonelle retningslinjer for dyr omsorg. 1. I Utero Electroporation Merk: I utero elektroporering ble utført som tidligere utgitt 12,14. Derfor er fremgangsmåten kun kort beskrevet i det følgende (figur 1). Forberedelser Forbered Fast Grønn farget e…

Representative Results

Figur 2 viser eksempler på den spesifikke i utero electroporation av regionene utvikler seg til den retrosplenial cortex, motor cortex, somatosensoriske cortex, piriform cortex, cornu ammonis 1-3, gyrus dentatus, striatum, den laterale septal nucleus , thalamus og hypothalamus. Resultatene av transfeksjonene er vist ved siden av den anbefalte vinkel (figur 2). For bedre visualisering av vinklene in vivo posisjonen til elektroden (0,5 mm) er også vist på et embryo <s…

Discussion

This protocol describes in detail how to transfect the retrosplenial cortex, the motor cortex, the somatosensory cortex, the piriform cortex, the cornu ammonis 1-3, the dentate gyrus, the striatum, the lateral septal nucleus, the thalamus and the hypothalamus of C75BL/6 mice. With all the provided information this is the first protocol, which supplies all necessary information to easily recreate transfections of these cerebral regions in the C57BL/6 mouse. Previous publications are mostly focused only on a few specific r…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Technical supported by Melanie Pfeifer and Nikolai Schmarowski (Institute for Microscopic Anatomy and Neurobiology, University Medical Center Mainz).

Materials

EndoFree Plasmid Maxi Kit QIAGEN 12362
Fast Green Roth 0301.1
pCAGGS Addgene
borosilicate glass capillaries (0.8-0.9 mm diameter) Wold Precision Instrument Inc. 1B100F-4
Isoflurane (Forene) Abbott PZN 4831850
Carprofen (Rimadyl) Pfizer GmbH approval number: 400684.00.00
eye ointment (Bepanthen Augen und Nasensalbe) Bayer  PZN 01578681
0.9% benzyl alcohol 0.9% saline solution Pharmacy
of the University Medical Center Mainz
gauze (ES-Kompressen) Hartmann 407835
sterile 5-0 Perma-Hand Silk Suture Ethicon Johnson & Johnson K890H
ring forceps 1/ 1.5 mm Fine Science Tools 11101-09
ring forceps 4.8/ 6 mm Fine Science Tools 11106-09
ring forceps 2.2/ 3 mm Fine Science Tools 11103-09
Adson Forceps-Serrated Straight 12 cm Fine Science Tools 1106-12
IrisScissors-Delicate Straight-Sharp/Blunt 10 cm Fine Science Tools 14028-10
Mayo-Stille Scissors-Straight 15 cm Fine Science Tools 14012-15
Dumont #5 Forceps-Inox Fine Science Tools 11251-20
Castroviejo NeedleHolder-with Lock-Tungsten Carbide 14 cm Fine Science Tools 12565-14
Elektroporator CUY21 SC  Nepa Gene Co.
FST 250 Hot Bead Sterilizer Fine Science Tools 18000-45
Microgrinder EG-44 Narishige
P-97 Micropette Puller Sutter Instrument Company P-97
Platinum electrodes 650P 0.5 mm Nepagene CUY650P0.5
Platinum electrodes 650P 3 mm Nepagene CUY650P3
Platinum electrodes 650P 5 mm Nepagene CUY650P5
Platinum electrodes 650P 10 mm Nepagene CUY650P10
Anesthesia system Rothacher-Medical GmbH CV-30511-3 Vapor 19.3
Heating plate Rothacher-Medical GmbH HP-1M
Temperature Controller 220V AC Rothacher-Medical GmbH TCAT-2LV

Referências

  1. Fukuchi-Shimogori, T., Grove, E. A. Neocortex patterning by the secreted signaling molecule FGF8. Science. 294 (5544), 1071-1074 (2001).
  2. Saito, T., Nakatsuji, N. Efficient gene transfer into the embryonic mouse brain using in vivo electroporation. Dev Biol. 240 (1), 237-246 (2001).
  3. Tabata, H., Nakajima, K. Efficient in utero gene transfer system to the developing mouse brain using electroporation: Visualization of neuronal migration in the developing cortex. Neurociência. 103 (4), 865-872 (2001).
  4. LoTurco, J., Manent, J. B., Sidiqi, F. New and improved tools for in utero electroporation studies of developing cerebral cortex. Cereb Cortex. 19 (July), i120-i125 (1991).
  5. Nakahira, E., Yuasa, S. Neuronal generation, migration, and differentiation in the mouse hippocampal primoridium as revealed by enhanced green fluorescent protein gene transfer by means of in utero electroporation. J Comp Neurol. 483 (3), 329-340 (2005).
  6. Navarro-Quiroga, I., Chittajallu, R., Gallo, V., Haydar, T. F. Long-term, selective gene expression in developing and adult hippocampal pyramidal neurons using focal in utero electroporation. J Neurosci. 27 (19), 5007-5011 (2007).
  7. Borrell, V., Yoshimura, Y., Callaway, E. M. Targeted gene delivery to telencephalic inhibitory neurons by directional in utero electroporation. J Neurosci Methods. 143 (2), 151-158 (2005).
  8. Kolk, S. M., de Mooij-Malsen, A. J., Martens, G. J. M. Spatiotemporal Molecular Approach of in utero Electroporation to Functionally Decipher Endophenotypes in Neurodevelopmental Disorders. FNMOL. 4 (November), 37 (2011).
  9. Tomita, K., Kubo, K. I., Ishii, K., Nakajima, K. Disrupted-in-schizophrenia-1 (Disc1) is necessary for migration of the pyramidal neurons during mouse hippocampal development. Hu Mol Gen. 20 (14), 2834-2845 (2011).
  10. Niwa, M., Kamiya, A., et al. Knockdown of DISC1 by In Utero Gene Transfer Disturbs Postnatal Dopaminergic Maturation in the Frontal Cortex and Leads to Adult Behavioral Deficits. Neuron. 65 (4), 480-489 (2010).
  11. Nakahira, E., Kagawa, T., Shimizu, T., Goulding, M. D., Ikenaka, K. Direct evidence that ventral forebrain cells migrate to the cortex and contribute to the generation of cortical myelinating oligodendrocytes. Dev Biol. 291 (1), 123-131 (2006).
  12. Baumgart, J., Grebe, N. C57BL/6-specific conditions for efficient in utero electroporation of the central nervous system. J Neurosci Methods. 240, 116-124 (2015).
  13. Saito, T. In vivo electroporation in the embryonic mouse central nervous system. Nat Protc. 1 (3), 1552-1558 (2006).
  14. Matsui, A., Yoshida, A. C., Kubota, M., Ogawa, M., Shimogori, T. Mouse in utero electroporation: controlled spatiotemporal gene transfection. JoVE. (54), (2011).
  15. Guedel, A. E. . Inhalation anesthesia: a fundamental guide. , (1937).
  16. Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole Animal Perfusion Fixation for Rodents. JoVE. (65), e3564 (2012).
  17. Mizutani, K., Saito, T. Progenitors resume generating neurons after temporary inhibition of neurogenesis by Notch activation in the mammalian cerebral cortex. Development. 132 (6), 1295-1304 (2005).
  18. Tabata, H., Nakajima, K. Labeling embryonic mouse central nervous system cells by in utero electroporation. Dev, Growth & Differ. 50 (6), 507-511 (2008).
check_url/pt/53303?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Baumgart, J., Baumgart, N. Cortex-, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-, Lateral Septal Nucleus- and Striatum-specific In Utero Electroporation in the C57BL/6 Mouse. J. Vis. Exp. (107), e53303, doi:10.3791/53303 (2016).

View Video