遺伝子は、成体動物における行動や神経病のその後の研究のために、神経細胞の接続性における迅速かつターゲットの変更を可能にするために、E16での子宮内電気穿孔(IUE) ビア皮質またはラットの海馬の開発中に操作することができます。 IUE成功を制御するためのインビボイメージングにおける出生後の共トランスフェクトし、ルシフェラーゼの生物発光を活性化することによって行われる。
子宮内電気穿孔(IUE) で神経発達を調査するため、脳内の細胞の遺伝子改変を可能にする技術である。これまでのところ、成体の脳での行動や神経病理を調査するためのIUEの使用は、出生後の動物での非侵襲的技術によるIUEトランスフェクションの成功を監視するには不十分な方法で制限されています。
本研究のために、E16ラットをIUEのために使用した。胚への核酸の室内注射した後、ピンセット電極の配置は、発展途上皮質や海馬のいずれかを標的とするための重要でした。
3D定量化ソフトウェアでIVISスペクトル装置を用いて、出生後のin vivo生物発光によって麻酔されたライブP7の仔におけるルシフェリンの腹腔内注射後のトランスフェクトされた細胞のルシフェラーゼ遺伝子許可監視の同時注入およびエレクトロポレーション心室。
<p生物発光によるクラス= "jove_content">エリア定義を明確に皮質および海馬エレクトロ区別し、生後5週間まで時間をかけて縦方向に信号を検出することができた。このイメージング技術は、私たちは生後3ヶ月での行動調査を行うために、その後、生物学的効果をトリガーとするために必要と想定トランスフェクトされた細胞の十分な数の子犬を選択することができました。一例として、本研究では、ラット大脳皮質へのヒト完全長DISC1遺伝子とIUEはアンフェタミン過敏症につながったことを示している。同時トランスフェクトGFPは生後≥6ヶ月で現在の遺伝子発現を示す凍結切片で死後 、蛍光顕微鏡によって神経細胞で検出することができた。私たちは、出生後の生物発光イメージングは、ラットにおいてIUEと一過性トランスフェクションの成功を評価することができますことを結論付けている。 neurodevelopmen中の局所遺伝子操作の影響に関する調査成人の脳とその接続性Tが大幅に容易になる。多くの科学的な質問については、この技術は補完、あるいはトランスジェニックラットの使用を交換し、行動神経科学のための新規な技術を提供することができます。
それが比較的容易に神経発達を研究する有効以来発達中の脳における遺伝子発現の調節を可能にする子宮内電気穿孔(IUE)方法の開発が、ブレークスルーとなっている。における標的遺伝子の発現レベルの1-7の変更げっ歯類における胚および/ または周産期開発中に特定の脳領域が影響神経細胞増殖、遊走、樹枝状分岐、および接続性を批判的することが実証された。8月10日
統合失調症は、神経発達異常を11に関連している急性および慢性症状を伴う複雑な精神疾患である12と統合失調症の同定された候補遺伝子のため、多くが中断·イン·統合失調症などのように、神経発達上の潜在的な調節効果を調べた-1(DISC1)遺伝子13〜15。
脳の発達はregulatです前、閉経および出生後発育期において役割を果たす遺伝的要因と環境との相互作用によって編様々な行動障害のための一つの主要な遺伝的危険因子は、マウス13、17にある移行欠陥にDISC1 16遺伝子。DISC1ノックダウンリードであり、IUEによって現像皮質におけるDISC1の発現操作は、成体マウス18の動作に影響を与えることが示されている。
IUEによる操作脳遺伝子発現は、トランスジェニック動物株の生成19に対していくつかの利点を有する。まず、関心領域内の遺伝子発現は、ヶ月ではなく、トランスジェニックげっ歯類系統育種、数世代に数週間以内に達成される。第二に、生殖細胞工学動物20の表現型をシールドすることが初期の開発時に代償機構が回避される。特定の細胞集団または脳の特定の領域、migratiをターゲットを通じて、第三上または増殖の違いが直接非変異と比較して、または一方的なエレクトロポレーションが選択された場合、反対側を制御することができます。一方、IUEはプロモーター駆動CRE / LOX誘導発現のタイミングや特定の地域での細胞の唯一の亜集団の遺伝子発現パターンのモザイク種類につながるターゲットにしての精度を持っていません。
安定な、生殖細胞系列トランスジェニックげっ歯類の主な利点が無視できるように、成体げっ歯類における多くの実験用途のために、脳領域における細胞の限られた数の一過性トランスフェクションは、十分な、または所望であり得る。実際には、IUEは、いくつかの異常に開発された細胞が、細胞や回路のネットワーク全体に影響を与える可能性かどうかを調査することは有用である。もう一つの利点は、ヒットのモザイク性質による遺伝子の非細胞自律的な効果を発揮する機能があります。さらに、トランスジェニックおよびノックアウトラットの世代は、まだ初期段階にまだ使用中です異常な脳の発達への影響を研究するためのこの種ではIUE高い関心がある。
今のところ、成人としてこれらの動物における介入の影響を調査するためIUEを使用する主な障害は、エレクトロポレーションの成功を監視するの欠如である。これまで、生新生児ラット仔好適双眼蛍光顕微鏡下またはIVISスペクトルの蛍光イメージングを用いて検出することができなかった蛍光ニューロンをGFP-同時トランスフェクトした。
この障害を克服するために、我々はルシフェラーゼレポーター遺伝子を同時トランスフェクトし、IUE脳領域の3次元(3D)定量により仔の生物発光ライブイメージングを行った。
神経発達遺伝子操作、ラットの胚の側脳室に人間のDISC1、ルシフェラーゼ、およびGFPを含むプラスミドの同時注入をテストし、後で機能アッセイにおいて、この方法の適用可能性を実証するための例として<suピンセット電極とエレクトロポレーションに続いたp> 3を行った。蛍光シグナルが、インビボで出生後の段階で検出することができなかった一方で、同時トランスフェクトし、ルシフェラーゼ遺伝子によってルシフェリン代謝に由来する固体生物発光信号は、出生後5週間までに検出された。低変動性の一致したエレクトロポレーションの脳領域で実験群と3D-測定のエレクトロポレーション脳領域許可定量化の不十分または見当違いのエレクトロポレーションとの仔がIUE動物の割り当てを可能にする、このようにして、最初から同定されたことにより、(目的の遺伝子と制御をスクランブル) 。行動パラダイムにおける成人IUEラットの使用は、このプロトコルの有用性の例として示された。
我々の研究は、この介入の結果として、これらの動物が行わ操作の機能性を示す行動の変化を示し、IUEは、選択脳の領域と、その中で導入遺伝子を発現する神経細胞と成体ラットを生成するのに適していることを示している。本研究では、一例として、前頭前皮質の小部分に一方的にDISC1を過剰発現するラットは、アンフェタミン( 図9)に向かって過敏症を示した。
in vivoでの生物発光イメージングによるエレクトロポレーションの成功のためにラットを選択すると、IUE細胞トランスフェクションの固有の可変性を制御するのに有効であったと、後の調査のための低被験者間変動の均質IUE面積を持つグループを生成するために適用した。
本研究では、新生児動物における共エレクトロポレーション、GFP誘起蛍光を検出することによってゴミからエレクトロポ子犬を選択することができなかったとしてもカントーぐふ同時に同じ動物でも同様に共同エレクトロポレーションルシフェラーゼの生物発光シグナルはルシフェリン注射( 図6)後に検出することができ、神経細胞をGFPを発現は、6ヶ月齢ではまだ、脳内に存在していた。我々は、ラットにおいて、ルシフェラーゼ/ルシフェリン反応が成功したエレクトロポレーションの脳( 図3)で動物を区別するために非常に適している、と結論付けている。
IUE成功の定量的モニタリングは、同じ露光時間( 図3)内の光子の計数によって測定し、共発現ルシフェラーゼの酵素活性に対応する生物発光信号の強度に関する。小さ な生物発光シグナルは、6ヶ月のラット脳内の組織学における〜1×10 4の光子/秒/ cm 2 /ステラジアンショー1,000-2,000 GFP染色細胞の輝きで、光子の100〜200カウントによって検出可能である、と。最高の信号DISPの輝きをレイアウトさ〜5×10 6の光子/秒/ cm 2 /ステラジアンと〜64,000カウントまで。
使用のSprague Dawleyラット系統では、加齢に伴って縦方向に生物発光信号の弱体化を観察し、信号がP35の年齢( 図4)を超えて姿を消した。この時点で、我々はルシフェラーゼの一過性のプラスミドベクターベースの式のどちらかが減少、または生物発光信号が原因で増加し、脳の質量、またはその両方が消え信号の原因であるに下落した場合かどうかわからない。成体ラット中に存在する機能的アッセイのために、行動研究のための選択は、単に信号の位置に基づいて行わはなく、生物発光信号強度によるした。
3D量的生物発光の監視は、異なる電気穿孔した領域( 図5)との間の区別を可能にしたにもかかわらず、その正確性、深さDIMEに位置するセルのために制限されていました脳のnsion。 図6は、2Dと3D映像での生物発光測定は、エレクトロポレーションの良いポジショニングを示した海馬エレクトロポレーションの例を示しています。解剖死後脳において、GFP-蛍光シグナルが海馬の正しい標的化を示す、生物発光信号と同じ位置を中心に検出された。しかし、組織学はまた、海馬の皮質背側の細胞は( 図7)目標としていたことを示しています。これは生物発光アッセイが正、IUE子犬を検出し、また、エレクトロポレーション領域のアイデアを持っていることではなく、最終的には、画像が正確に積極的に標的細胞をローカライズするために死後の組織像を置き換えることはできません便利なツールであることを示している。
私たちのデモでは、C言語でaberrancesをシミュレートするために、皮質や海馬の脳領域の微妙なターゲット操作を生成するために、IUE技術の応用のための約束を示しているortical移行または成体動物に影響を与える可能性が他の神経発達の欠陥。二国間の電気穿孔26が行動にそう大きな効果を利用したが、胚のより死亡率もあります。一方的なエレクトロポレーションは、内部対照として、ならびに片側、小領域内であってもIUE操作が動作を変更するのに十分であることを示すものと二つの半球を比較するために選択した。ニューロン間の接続やアーキテクチャのIUEによる変化は、このように、病変し、適切な行動試験で被IUE-操作さ領域が、科学的な疑問に依存しているのに必要な一致を想起させることなく誘導することができる。
トラブルシューティング
縮小産子数 IUE仔の生存率を増加に関するいくつかの提案があります。まず、組織を最小限に抑えるために、エレクトロポレーションの間に非常に薄いガラスキャピラリーの使用lesionがお勧めします。第2に、各子宮角の膣終わりに最初の胚をエレクトロポレーションしない:最初の生まれの胚の死は、他のすべての胚の中止の可能性が高くなります。第三に、出産後、母親ラットは、しばしば周産期のストレスにその子孫の一部を殺す。追加のストレスを低減するためには、右生後ライブイメージングで始まっていませんが、7日間を待つ。
仔のGFP-蛍光検出
生後一週間で、どちらかIVISスペクトルとライブ双眼蛍光顕微鏡イメージングまたは蛍光イメージング使用して蛍光の無信号(エピ蛍光とtransfluorescenceモードを、GFPの励起/発光のために:520分の465 nmおよび540分の500 nm)を。それは、皮膚の頭蓋骨と高い自己蛍光の背景のような組織を通る短い波長の励起および発光光の限られた伝送がお得!の下で蛍光を用いないように、両方の可能性がありますラットの条件をribed。 図6に示すように、生きている動物におけるルシフェラーゼシグナルはまた、(頭蓋骨なし)に解剖脳において検出することができ、そこに、また蛍光シグナル( 図6D)検出可能である。
密集した脳領域における生物発光の分化
でも、3Dイラスト生物発光領域の位置は、100%に予測することはできません。特に、予測領域の上または下に細胞はまた誤って標的とトランスフェクトすることができる。正確な位置は、死後(蛍光)組織学( 図7参照)によって制御されなければならない。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、プラスミドを提供するためのトレイシー·ヤング·ピアースと淳神谷に感謝します。
CKに、そして(DE 792/2-4)の塊に、この作品は、ORおよびCKにニューロンERANET DISCOVER(BMBF 01EW1003)、DFG(GRK1033パンガン1679/3-1)によって賄われていた
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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