JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

توليد نموذج قابل للتكرار للتنشيط المناعي للأم في منتصف الحمل باستخدام Poly (I: C) لدراسة الحساسية والمرونة في النسل

Published: August 17, 2022
doi:
10.3791/64095
,
1Center for Neuroscience,UC Davis

Summary

عدوى الأم هي عامل خطر لاضطرابات النمو العصبي. قد توضح نماذج الفئران للتنشيط المناعي للأم (MIA) تأثير العدوى على نمو الدماغ ووظيفته. هنا ، يتم توفير إرشادات عامة وإجراءات لإنتاج ذرية مرنة وحساسة بشكل موثوق بها معرضة ل MIA.

Abstract

يرتبط التنشيط المناعي للأم (MIA) أثناء الحمل باستمرار بزيادة خطر الإصابة باضطرابات النمو العصبي والاضطرابات العصبية والنفسية لدى النسل. تستخدم النماذج الحيوانية ل MIA لاختبار السببية ، والتحقيق في الآليات ، وتطوير التشخيص والعلاج لهذه الاضطرابات. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع ، فإن العديد من نماذج MIA تعاني من نقص في التكاثر وتتجاهل جميعها تقريبا جانبين مهمين من عامل الخطر هذا: (i) العديد من النسل مرن ل MIA ، و (ii) يمكن أن يظهر النسل الحساس مجموعات مميزة من الأنماط الظاهرية. لزيادة قابلية التكاثر ونمذجة كل من القابلية والمرونة ل MIA ، يتم استخدام النشاط المناعي الأساسي (BIR) لإناث الفئران قبل الحمل للتنبؤ بحالات الحمل التي ستؤدي إما إلى ذرية مرنة أو ذرية ذات تشوهات سلوكية وجزيئية محددة بعد التعرض ل MIA. هنا ، يتم توفير طريقة مفصلة لتحفيز MIA عن طريق الحقن داخل الصفاق (i.p.) للحمض النووي الريبي المزدوج الذي تقطعت به السبل (dsRNA) الفيروسي المتعدد (I: C) في 12.5 يوما من الحمل. تؤدي هذه الطريقة إلى استجابة التهابية حادة في السد ، مما يؤدي إلى اضطرابات في نمو الدماغ في الفئران التي ترسم خريطة لمجالات متأثرة بالمثل في الاضطرابات النفسية والعصبية النمائية البشرية (NDDs).

Introduction

تربط الأدلة الوبائية عدوى الأمهات بزيادة خطر الإصابة بالأمراض النفسية والأمراض غير المشبعة بالأمراض ، بما في ذلك الفصام (SZ) واضطراب طيف التوحد (ASD) 1،2،3،4،5،6،7. تم تطوير نموذج الماوس MIA لاختبار السببية والدور الميكانيكي ل MIA في مسببات هذه الاضطرابات ، وكذلك لتحديد المؤشرات الحيوية الجزيئية وتطوير كل من الأدوات التشخيصية والعلاجية 4,6. على الرغم من فائدة هذا النموذج وشعبيته المتزايدة ، هناك تباين كبير في بروتوكولات تحريض MIA داخل المجال ، مما يجعل من الصعب مقارنة النتائج عبر الدراسات وتكرار النتائج 8,9. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم تكرارات النموذج لا تبحث في جانبين متعديين مهمين ل MIA: (i) العديد من النسل مرن ل MIA ، و (ii) يمكن أن يظهر النسل الحساس مجموعات مميزة من الأنماط الظاهرية8.

لتوليد نموذج MIA قابل للتكرار ، يجب على الباحثين الإبلاغ عن مقياس كمي واحد على الأقل لحجم MIA المستحث في السدود. للحث على MIA أثناء الحمل ، يقوم مختبرنا بإجراء حقن داخل الصفاق (i.p.) للحمض النووي الريبي الفيروسي المزدوج الذي تقطعت به السبل الذي يحاكي polyinositic: حمض متعدد الكريات [poly (I: C)]. يحفز Poly (I: C) سلسلة مناعية مشابهة لفيروسات الأنفلونزا حيث يتم التعرف عليها بواسطة المستقبل الشبيه بالرقم 3 (TLR3) 10. نتيجة لذلك ، ينشط poly (I: C) استجابة المرحلة الحادة التي تؤدي إلى ارتفاع سريع للسيتوكينات المسببة للالتهابات8،11،12. أظهرت الدراسات السابقة أن ارتفاع السيتوكينات المسببة للالتهابات ، بما في ذلك إنترلوكين -6 (IL-6) ، ضروري لإنتاج تشوهات سلوكية وأمراض عصبية في النسل نتيجة ل MIA 11،12،13. وبالتالي ، فإن مستوى IL-6 في مصل الأم الذي تم جمعه خلال ذروته عند 2.5 ساعة بعد حقن poly (I: C) هو مقياس كمي مقنع ل MIA يمكن استخدامه لمقارنة النتائج عبر المختبرات داخل الحقل.

من أجل إنشاء نموذج MIA يعالج العناصر الأساسية للترجمة للمرونة والحساسية مع بروتوكول تحريض واحد 8,14 ، يمكن للباحثين الجمع بين مناهج الحث النموذجية مع توصيف النشاط المناعي الأساسي للسد (BIR) قبل الحمل 8. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أن الفئران الإناث البكر C57BL / 6 تظهر مجموعة واسعة من استجابات IL-6 للتعرض لجرعة منخفضة من poly (I: C) قبل الحمل8. إنها فقط مجموعة فرعية من هذه الإناث التي تستمر في إنتاج ذرية حساسة ، وفقط بمقادير معينة من التنشيط المناعي كما تمليه تركيبة BIR و poly (I: C)الجرعة 8. MIA يحفز الأنماط الظاهرية في نمط U مقلوب. يظهر النسل أكبر انحرافات سلوكية وجزيئية عندما تكون السدود مناعية معتدلة ، ويصل حجم التهاب الأم ، ولكن لا يتجاوز ، نطاقا حرجا8. هنا ، يتم توفير طريقة مفصلة لكيفية إنشاء نسل مرن وحساس بشكل موثوق مع أنماط ظاهرية سلوكية متباينة نتيجة الحقن في منتصف الحمل من poly (I: C).

Protocol

يتم تنفيذ جميع البروتوكولات بموجب موافقة لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية بجامعة كاليفورنيا ديفيس (IACUC). 1. إعداد الحيوان عند الحصول على الحيوانات ، حافظ على المعلمات التالية متسقة لضمان أقصى قدر من التكاثر.موقع البائع والبائع: كما ورد سابقا ، تظهر ?…

Representative Results

ليست كل الحيوانات المعرضة ل 30 ملغم / كغم من بولي (I: C) في E12.5 تنتج ذرية مع تشوهات سلوكية متسقة8،31. على الرغم من أن كلا من 30 مجم / كجم و 40 مجم / كجم من poly (I: C) ينتجان بشكل موثوق سلوكيات مرضية في السدود ، بما في ذلك انخفاض مستويات النشاط ، والاستجابات المنخفضة الحرارة ?…

Discussion

تغير عدوى الأم مسار نمو الدماغ لدى البشر وفي كل من القوارض والرئيسيات غير البشرية4،5،7. هنا ، تم تحديد إجراء لحث MIA في الفئران في نقطة زمنية في منتصف الحمل باستخدام poly (I: C). تتضمن هذه الطريقة تقييم BIR قبل الحمل ، مما يزيد من قابلية التكاثر ويو?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر الدكتورة ميكا إستس على مثابرتها في معالجة التباين في نموذج MIA للفأر وجميع المساهمين في Estes et al.8 على عملهم الذي أدى إلى تطوير بروتوكول الأساليب الموصوف هنا. تم دعم البحث المذكور هنا من قبل NIMH 2P50 MH106438-06 (AKM) و NIMH T32MH112507 (K.P.).

Materials

0.9% NaCl physiological endotoxin free saline Sigma-Aldrich 7647-14-5 Control and vehicle for Poly(I:C)
35mm petri dish Thomas Scientific 1219Z45 Used to hold oil during tail bleed
7.5% TGX gels Bio-rad 4561084 Optional
Ancare Nestlets Fisher Scientific NC9365966 Optional
anti-β-tubulin Millipore MAB3408 Optional
Bio-Plex Pro Mouse Cytokine Standards Group I Bio-rad 171I50001
Bio-Plex Pro Reagent Kit with Flat Plate Bio-rad 171304070M
Bovine Serum Albumin ThermoFisher 23209 Optional
Centrifuge Eppendorf 5810R Optional
Covidien Monoject 1/2 mL Insulin Syringe with 28G x 1/2 in. Needle Spectrum 552-58457-083
Dithiothreitol Sigma-Aldrich D9779-10G Optional
Environmental enrichment Bio-serv K3327 and K3322 Optional
Ethovision Noldus Ethovision Optional
Fluorsecent-tagged seondary ntibodies Li-cor 925-32213 and 925-68072 Optional
Food-grade edible oil (like olive, canola or grapeseed) Various vendors Use to lubricate tail during tail bleeds
HBSS ThermoFisher 14060040 Optional
High molecular weight polyinositic:polycytidilic acid Invivogen #tlrl-pic-5 Used to establish females' BIR
Humane Mouse Restrainer AIMS 1000 Used to restrain mouse during tail bleeds
Image Studio Software Licor 5.2 Optional
Laemmli buffer Bio-rad 1610737EDU Optional
Luminex200 ThermoFisher APX10031
Microvette CB300 300μl Serum capillary tube Sarstedt 16.440.100
Mixed molecular weight polyinositic:polycytidilic acid Sigma-Aldrich #P0913 Gestational induction of MIA
monoclonal anti-MEF2A AbCam ab76063 Optional
monoclonal anti-STAT3 Cell signaling 12640S Optional
Observer Noldus Observer Optional
Odyssey blocking buffer (TBS) Li-cor 927-50003 Optional
Odyssey CLx imaging system Li-cor 9140 Optional
Omnipure PBS Millipore 65054L Optional
Pierce BCA Protein Assay Kit ThermoFisher 23227 Optional
polyclonal anti_TH Pel-Freez P4101-150 Optional
PVDF membrane Bio-rad 162-0177 Optional
Qsonica Sonicator Q500 Fisher Scientific 15-338-282 Optional
Quick blood stopper Petco 17140
Seal-Rite 1.5 ml microcentrifuge tube, natural non-sterile USA Scientific 1615-5500
Soldering stand Amazon B08Y12QC73 Used to hold capillary tube during tail bleeds
Sunflower seeds Bio-serv S5137-1 Use to increase breeding efficiency
The Bio-Plex Pro Mouse IL-6 set, Bio-rad 171G5007M
Tris base Fisher Scientific BP152-1 Optional
Tween 20 Bio-rad 23209 Optional
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Adams, W., Kendell, R. E., Hare, E. H., Munk-Jørgensen, P. Epidemiological evidence that maternal influenza contributes to the aetiology of schizophrenia. An analysis of Scottish, English, and Danish data. The British Journal of Psychiatry: The Journal of Mental Science. 163 (4), 522-534 (1993).
  2. Brown, A. S., et al. Serologic evidence of prenatal influenza in the etiology of schizophrenia. Archives of General Psychiatry. 61 (8), 774-780 (2004).
  3. Brown, A. S., Derkits, E. J. Prenatal infection and schizophrenia: a review of epidemiologic and translational studies. The American Journal of Psychiatry. 167 (3), 261-280 (2010).
  4. Patterson, P. H. Immune involvement in schizophrenia and autism: etiology, pathology and animal models. Behavioural Brain Research. 204 (2), 313-321 (2009).
  5. Patterson, P. H. Maternal infection and immune involvement in autism. Trends in Molecular Medicine. 17 (7), 389-394 (2011).
  6. Estes, M. L., McAllister, A. K. Immune mediators in the brain and peripheral tissues in autism spectrum disorder. Nature Reviews. Neuroscience. 16 (8), 469-486 (2015).
  7. Estes, M. L., McAllister, A. K. Maternal immune activation: Implications for neuropsychiatric disorders. Science. 353 (6301), 772-777 (2016).
  8. Estes, M. L., et al. Baseline immunoreactivity before pregnancy and poly(I:C) dose combine to dictate susceptibility and resilience of offspring to maternal immune activation. Brain, Behavior and Immunity. 88, 619-630 (2020).
  9. Kentner, A. C., et al. Maternal immune activation: reporting guidelines to improve the rigor, reproducibility, and transparency of the model. Neuropsychopharmacology. 44 (2), 245-258 (2019).
  10. Zhou, Y., et al. TLR3 activation efficiency by high or low molecular mass poly I:C. Innate Immunity. 19 (2), 184-192 (2013).
  11. Hsiao, E. Y., Patterson, P. H. Activation of the maternal immune system induces endocrine changes in the placenta via IL-6. Brain, Behavior and Immunity. 25 (4), 604-615 (2011).
  12. Smith, S. E., Li, J., Garbett, K., Mirnics, K., Patterson, P. H. Maternal immune activation alters fetal brain development through interleukin-6. The Journal of Neuroscience. 27 (40), 10695-10702 (2007).
  13. Choi, G. B., et al. The maternal interleukin-17a pathway in mice promotes autism-like phenotypes in offspring. Science. 351 (6276), 933-939 (2016).
  14. Meyer, U. Neurodevelopmental resilience and susceptibility to maternal immune activation. Trends in Neurosciences. 42 (11), 793-806 (2019).
  15. Laroche, J., Gasbarro, L., Herman, J. P., Blaustein, J. D. Reduced behavioral response to gonadal hormones in mice shipped during the peripubertal/adolescent period. Endocrinology. 150 (5), 2351-2358 (2009).
  16. Aguila, H. N., Pakes, S. P., Lai, W. C., Lu, Y. S. The effect of transportation stress on splenic natural killer cell activity in C57BL/6J mice. Laboratory Animal Science. 38 (2), 148-151 (1988).
  17. Landi, M. S., Kreider, J. W., Lang, C. M., Bullock, L. P. Effects of shipping on the immune function in mice. American Journal of Veterinary Research. 43 (9), 1654-1657 (1982).
  18. Menees, K. B., et al. Sex- and age-dependent alterations of splenic immune cell profile and NK cell phenotypes and function in C57BL/6J mice. Immunity & Ageing. 18 (1), 3 (2021).
  19. Shaw, A. C., Goldstein, D. R., Montgomery, R. R. Age-dependent dysregulation of innate immunity. Nature Reviews Immunology. 13 (12), 875-887 (2013).
  20. Starr, M. E., Saito, M., Evers, B. M., Saito, H. Age-associated increase in Cytokine production during systemic inflammation-II: the role of IL-1beta in age-dependent IL-6 upregulation in adipose tissue. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 70 (12), 1508-1515 (2015).
  21. Bruce, M., et al. Acute peripheral immune activation alters cytokine expression and glial activation in the early postnatal rat brain. Journal of Neuroinflammation. 16 (1), 200 (2019).
  22. Mader, S. L., Libal, N. L., Pritchett-Corning, K., Yang, R., Murphy, S. J. Refining timed pregnancies in two strains of genetically engineered mice. Lab Animal. 38 (9), 305-310 (2009).
  23. Heyne, G. W., et al. A simple and reliable method for early pregnancy detection in inbred mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (4), 368-371 (2015).
  24. Hutchinson, E., Avery, A., VandeWoude, S. Environmental enrichment for laboratory rodents. ILAR Journal. 46 (2), 148-161 (2005).
  25. Bayne, K. Environmental enrichment and mouse models: Current perspectives. Animal Models and Experimental Medicine. 1 (2), 82-90 (2018).
  26. Toth, L. A., Kregel, K., Leon, L., Musch, T. I. Environmental enrichment of laboratory rodents: the answer depends on the question. Comparative Medicine. 61 (4), 314-321 (2011).
  27. Sparling, J. E., Barbeau, K., Boileau, K., Konkle, A. T. M. Environmental enrichment and its influence on rodent offspring and maternal behaviours, a scoping style review of indices of depression and anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 197, 172997 (2020).
  28. Xiao, R., Ali, S., Caligiuri, M. A., Cao, L. Enhancing effects of environmental enrichment on the functions of natural killer cells in mice. Frontiers in Immunology. 12, 695859 (2021).
  29. Girbovan, C., Plamondon, H. Environmental enrichment in female rodents: considerations in the effects on behavior and biochemical markers. Behavioural Brain Research. 253, 178-190 (2013).
  30. Mueller, F. S., Polesel, M., Richetto, J., Meyer, U., Weber-Stadlbauer, U. Mouse models of maternal immune activation: Mind your caging system. Brain, Behavior, and Immunity. 73, 643-660 (2018).
  31. Mueller, F. S., et al. neuroanatomical, and molecular correlates of resilience and susceptibility to maternal immune activation. Molecular Psychiatry. 26 (2), 396-410 (2021).
  32. Nyffeler, M., Meyer, U., Yee, B. K., Feldon, J., Knuesel, I. Maternal immune activation during pregnancy increases limbic GABAA receptor immunoreactivity in the adult offspring: implications for schizophrenia. Neuroscience. 143 (1), 51-62 (2006).
  33. Babri, S., Doosti, M. H., Salari, A. A. Strain-dependent effects of prenatal maternal immune activation on anxiety- and depression-like behaviors in offspring. Brain, Behavior, and Immunity. 37, 164-176 (2014).
  34. Vigli, D., et al. Maternal immune activation in mice only partially recapitulates the autism spectrum disorders symptomatology. Neuroscience. 445, 109-119 (2020).
  35. Malkova, N. V., Yu, C. Z., Hsiao, E. Y., Moore, M. J., Patterson, P. H. Maternal immune activation yields offspring displaying mouse versions of the three core symptoms of autism. Brain, Behavior, and Immunity. 26 (4), 607-616 (2012).
  36. Shin Yim, Y., et al. Reversing behavioural abnormalities in mice exposed to maternal inflammation. Nature. 549 (7673), 482-487 (2017).
  37. Ito, H. T., Smith, S. E., Hsiao, E., Patterson, P. H. Maternal immune activation alters nonspatial information processing in the hippocampus of the adult offspring. Brain, Behavior, and Immunity. 24 (6), 930-941 (2010).
  38. Zuckerman, L., Weiner, I. Maternal immune activation leads to behavioral and pharmacological changes in the adult offspring. Journal of Psychiatric Research. 39 (3), 311-323 (2005).
  39. Mueller, F. S., Polesel, M., Richetto, J., Meyer, U., Weber-Stadlbauer, U. Mouse models of maternal immune activation: Mind your caging system. Brain, Behavior, and Immunity. 73, 643-660 (2018).
  40. Careaga, M., Murai, T., Bauman, M. D. Maternal immune activation and autism spectrum disorder: from rodents to nonhuman and human primates. Biological Psychiatry. 81 (5), 391-401 (2017).
  41. Lazic, S. E., Essioux, L. Improving basic and translational science by accounting for litter-to-litter variation in animal models. BMC Neuroscience. 14, 37 (2013).
  42. Spencer, S. J., Meyer, U. Perinatal programming by inflammation. Brain, Behavior, and Immunity. 63, 1-7 (2017).
  43. Mouihate, A., Kalakh, S. Maternal Interleukin-6 hampers hippocampal neurogenesis in adult rat offspring in a sex-dependent manner. Developmental Neuroscience. 43 (2), 106-115 (2021).
  44. Zhang, Z., van Praag, H. Maternal immune activation differentially impacts mature and adult-born hippocampal neurons in male mice. Brain, Behavior, and Immunity. 45, 60-70 (2015).

Tags

Maternal Immune ActivationPoly(I:C)Neurodevelopmental DisordersAnimal ModelReproducibilityResilienceSusceptibility

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Prendergast, K., McAllister, A. K. Generating a Reproducible Model of Mid-Gestational Maternal Immune Activation using Poly(I:C) to Study Susceptibility and Resilience in Offspring. J. Vis. Exp. (186), e64095, doi:10.3791/64095 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image