Een rattenmodel van EcoHIV-herseninfectie
Summary
Hier presenteren we een protocol om een nieuw rattenmodel van actieve hiv-infectie met chimerische hiv (EcoHIV) vast te stellen, wat van cruciaal belang is voor het verbeteren van ons begrip van hiv-1 virale reservoirs in de hersenen en het aanbieden van een systeem om hiv-geassocieerde neurocognitieve aandoeningen en bijbehorende comorbiditeiten (d.w.z. drugsmisbruik) te bestuderen.
Abstract
Het is goed bestudeerd dat het ecoHIV geïnfecteerde muismodel van aanzienlijk nut is bij het onderzoeken van hiv-geassocieerde neurologische complicaties. De vaststelling van het ecoHIV-geïnfecteerde rattenmodel voor studies naar drugsmisbruik en neurocognitieve aandoeningen zou gunstig zijn bij de studie van neuroHIV- en HIV-1-geassocieerde neurocognitieve aandoeningen (HAND). In deze studie tonen we de succesvolle creatie van een rattenmodel van actieve hiv-infectie met chimeric HIV (EcoHIV). Ten eerste werd de lentivirale constructie van EcoHIV gedurende 48 uur verpakt in gekweekte cellen van 293 FT. Vervolgens werd het voorwaardelijke medium geconcentreerd en getiterd. Vervolgens voerden we bilaterale stereotaxic injecties uit van de EcoHIV-EGFP in F344/N rattenhersenweefsel. Een week na infectie werden EGFP-fluorescentiesignalen gedetecteerd in het geïnfecteerde hersenweefsel, wat aangeeft dat EcoHIV met succes een actieve HIV-infectie bij ratten induceert. Bovendien werd immunostaining uitgevoerd voor de microgliale celmarker, Iba1. De resultaten gaven aan dat microglia het overheersende celtype was dat EcoHIV herbergde. Bovendien vertoonden EcoHIV-ratten veranderingen in de temporele verwerking, een potentieel onderliggend neurobehavioral mechanisme van HAND en synaptische disfunctie acht weken na infectie. Gezamenlijk breidt de huidige studie het EcoHIV-model van HIV-1-infectie uit naar de rat die een waardevol biologisch systeem biedt om hiv-1 virale reservoirs in de hersenen te bestuderen, evenals HAND en bijbehorende comorbiditeiten zoals drugsmisbruik.
Introduction
Biologische systemen hebben ons begrip van hiv-1 geassocieerde neurocognitieve aandoeningen (HAND) en hun onderliggende neurale mechanismen verbeterd2. Het bepalen welk biologisch systeem het meest geschikt is voor een bepaalde studie is vaak afhankelijk van de kwestie van belang2. De beperking van het scala aan modellen van gastdieren daagt studies uit naar de ontwikkeling van hiv-1-ziekten. Om hiv-1 virale replicatie en pathogenese te onderzoeken, creëerden Potash et al.3 een muismodel van actieve HIV-1-infectie, waarbij het coderingsgebied van HIV-oppervlakte-envelopglycoproteïne, gp120, werd vervangen door ecotropische MLV gp80, wat leidde tot succesvolle virale replicatie bij muizen4. Na staartaderinjecties bij chimerische HIV (EcoHIV) muizen werden veel kenmerken waargenomen die lijken op die van HIV-1 seropositieve personen (bijv. geïnfecteerde lymfocyten en macrofagen, gericht op antivirale immuunresponsen, en ontsteking3,5,6).
Hoewel muizen en ratten beide lid zijn van de Muridae, kunnen fundamentele soortenverschillen hun geschiktheid voor specifieke experimentele vragenbeïnvloeden 7. Daarom zou de uitbreiding van het EcoHIV-infectiemodel tot ratten (vaak gebruikt in studies naar drugsmisbruik en neurocognitieve aandoeningen) voordelig zijn in de studie van neuroHIV. Hun grotere formaat maakt bijvoorbeeld de implantatie van de halskatheter voor zelftoedieningsprocedures van geneesmiddelen praktischer8. Zelftoedieningstechnieken voor geneesmiddelen bij ratten zijn gebruiktom de motivatie bij HIV-19 te evalueren . Bovendien werden veel neurocognitieve / gedragstaken aanvankelijk ontworpen voor ratten10. Hier rapporteren we het gebruik van stereotaxic injecties van EcoHIV bij ratten om het EcoHIV-infectiemodel uit te breiden en een belangrijke kans te bieden om nieuwe vragen met betrekking tot neuroHIV en HAND te beantwoorden.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit protocol hebben we een EcoHIV-geïnduceerd HIV-infectiemodel bij ratten vastgesteld. In het bijzonder beschreven we een bilaterale stereotaxic injectie van EcoHIV in de cortex die met succes een actieve HIV-infectie in de rattenhersenen veroorzaakte 7 dagen na de injectie. Bovendien tonen we aan dat EcoHIV-infectie bij ratten een goed biologisch systeem kan zijn om belangrijke aspecten van HAND te bestuderen. Acht weken na de EcoHIV-infectie vertoonden ratten significante neurocognitieve stoornissen, waaronder de …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door NIH-subsidies HD043680, MH106392, DA013137 en NS100624.
Materials
| 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
- Illenberger, J. M., et al. HIV Infection and Neurocognitive Disorders in the Context of Chronic Drug Abuse: Evidence for Divergent Findings Dependent upon Prior Drug History. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 15 (4), 715-728 (2020).
- Joseph, S. B., Swanstrom, R. The evolution of HIV-1 entry phenotypes as a guide to changing target cells. Journal of Leukocyte Biology. 103 (3), 421-431 (2018).
- Potash, M. J., et al. A mouse model for study of systemic HIV-1 infection, antiviral immune responses, and neuroinvasiveness. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 102 (10), 3760-3765 (2005).
- Albritton, L. M., Tseng, L., Scadden, D., Cunningham, J. M. A putative murine ecotropic retrovirus receptor gene encodes a multiple membrane-spanning protein and confers susceptibility to virus infection. Cell. 57, 659-666 (1989).
- Geraghty, P., Hadas, E., Kim, B. H., Dabo, A. J., Volsky, D. J., Foronjy, R. HIV infection model of chronic obstructive pulmonary disease in mice. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (4), 500-509 (2017).
- Gu, C. J., et al. EcoHIV infection of mice establishes latent viral reservoirs in T cells and active viral reservoirs in macrophages that are sufficient for induction of neurocognitive impairment. PLoS Pathogens. 14 (6), 1007061 (2018).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: is it a rat race. Disease Models, Mechanisms. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. Novel apparatus and method for drug reinforcement. Journal of Visualized Experiments. (42), e1998 (2010).
- Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Harrod, S. B., Moran, L. M., Booze, R. M. HIV-1 proteins dysregulate motivational processes and dopamine circuitry. Scientific Reports. 8 (1), 7869 (2018).
- McGaughy, J., Sarter, M. Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands. Psychopharmacology. 117 (3), 340-357 (1995).
- Li, H., Aksenova, M., Bertrand, S., Mactutus, C. F., Booze, R. M. Quantification of filamentous actin (F-actin) puncta in rat cortical neurons. Journal of Visualized Experiments. (108), (2016).
- McLaurin, K. A., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. Disruption of Timing: NeuroHIV Progression in the Post-cART Era. Scientific Reports. 9 (1), 827 (2019).
- McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents. Journal of Visualized Experiments. (146), e58659 (2019).
- Li, H., McLaurin, K. A., Mactutus, C. F., Booze, R. M. Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture. Journal of Visualized Experiments. (158), (2020).
- Ko, A., et al. Macrophages but not Astrocytes Harbor HIV DNA in the Brains of HIV-1-Infected Aviremic Individuals on Suppressive Antiretroviral Therapy. Journal of Neuroimmune Pharmacology. 14 (1), 110-119 (2019).
- Sopper, S., et al. The effect of simian immunodeficiency virus infection in vitro and in vivo on the cytokine production of isolated microglia and peripheral macrophages from rhesus monkey. Virology. 220 (2), 320-329 (1996).
- Llewellyn, G. N., Alvarez-Carbonell, D., Chateau, M., Karn, J., Cannon, P. M. HIV-1 infection of microglial cells in a reconstituted humanized mouse model and identification of compounds that selectively reverse HIV latency. Journal of NeuroVirology. 24 (2), 192-203 (2018).
