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

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

Het genereren van een reproduceerbaar model van mid-gestationele maternale immuunactivatie met behulp van Poly (I: C) om gevoeligheid en veerkracht bij nakomelingen te bestuderen

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

Summary

Maternale infectie is een risicofactor voor neurologische ontwikkelingsstoornissen. Muismodellen van maternale immuunactivatie (MIA) kunnen de impact van infectie op de ontwikkeling en functie van de hersenen ophelderen. Hier worden algemene richtlijnen en een procedure gegeven om betrouwbaar veerkrachtige en gevoelige nakomelingen te produceren die zijn blootgesteld aan MIA.

Abstract

Maternale immuunactivatie (MIA) tijdens de zwangerschap is consequent gekoppeld aan een verhoogd risico op neurologische en neuropsychiatrische stoornissen bij nakomelingen. Diermodellen van MIA worden gebruikt om causaliteit te testen, mechanismen te onderzoeken en diagnostiek en behandelingen voor deze aandoeningen te ontwikkelen. Ondanks hun wijdverbreide gebruik lijden veel MIA-modellen aan een gebrek aan reproduceerbaarheid en bijna allemaal negeren ze twee belangrijke aspecten van deze risicofactor: (i) veel nakomelingen zijn veerkrachtig tegen MIA en (ii) gevoelige nakomelingen kunnen verschillende combinaties van fenotypen vertonen. Om de reproduceerbaarheid te vergroten en zowel de gevoeligheid als de veerkracht voor MIA te modelleren, wordt de baseline immunoreactiviteit (BIR) van vrouwelijke muizen vóór de zwangerschap gebruikt om te voorspellen welke zwangerschappen zullen resulteren in veerkrachtige nakomelingen of nakomelingen met gedefinieerde gedrags- en moleculaire afwijkingen na blootstelling aan MIA. Hier wordt een gedetailleerde methode voor het induceren van MIA via intraperitoneale (i.p.) injectie van de dubbelstrengs RNA (dsRNA) virale mimic poly (I: C) na 12,5 dagen zwangerschap verstrekt. Deze methode induceert een acute ontstekingsreactie in de dam, wat resulteert in verstoringen in de hersenontwikkeling bij muizen die in kaart worden gebracht op vergelijkbare beïnvloede domeinen in menselijke psychiatrische en neurologische ontwikkelingsstoornissen (NDD’s).

Introduction

Epidemiologisch bewijs koppelt maternale infectie aan een verhoogd risico op psychiatrische en NDD’s, waaronder schizofrenie (SZ) en autismespectrumstoornis (ASS)1,2,3,4,5,6,7. Het MIA-muismodel werd ontwikkeld om de causaliteit en de mechanistische rol van MIA in de etiologie van deze aandoeningen te testen, evenals om moleculaire biomarkers te identificeren en zowel diagnostische als therapeutische hulpmiddelen te ontwikkelen 4,6. Ondanks het nut van dit model en de toenemende populariteit ervan, is er een aanzienlijke variabiliteit in MIA-inductieprotocollen binnen het veld, waardoor het moeilijk is om resultaten tussen studies te vergelijken en bevindingen te repliceren 8,9. Bovendien onderzoeken de meeste iteraties van het model twee belangrijke translationele aspecten van MIA niet: (i) veel nakomelingen zijn bestand tegen MIA, en (ii) gevoelige nakomelingen kunnen verschillende combinaties van fenotypen8 vertonen.

Om een reproduceerbaar MIA-model te genereren, moeten onderzoekers ten minste één kwantitatieve meting rapporteren van de omvang van MIA geïnduceerd in dammen. Om MIA tijdens de zwangerschap te induceren, voert ons laboratorium intraperitoneale (i.p.) injecties uit van de dubbelstrengs RNA-virale mimiek polyinositisch: polycytidilic acid [poly(I:C)]. Poly(I:C) induceert een immuuncascade vergelijkbaar met influenzavirussen omdat het wordt herkend door toll-like receptor 3 (TLR3)10. Als gevolg hiervan activeert poly(I:C) de acute faserespons die resulteert in een snelle verhoging van pro-inflammatoire cytokines 8,11,12. Eerdere studies hebben aangetoond dat de verhoging van pro-inflammatoire cytokines, waaronder interleukine-6 (IL-6), noodzakelijk is om gedragsafwijkingen en neuropathologie bij nakomelingen te produceren als gevolg van MIA11,12,13. Het niveau van IL-6 in maternale serum verzameld tijdens de piek op 2,5 uur na poly (I: C) -injectie is dus een overtuigende kwantitatieve maat voor MIA die kan worden gebruikt om resultaten te vergelijken tussen laboratoria in het veld.

Om een MIA-model te genereren dat de translationeel essentiële elementen van veerkracht en gevoeligheid aanpakt met een enkel inductieprotocol 8,14, kunnen onderzoekers typische inductiebenaderingen combineren met karakterisering van de baseline immunoreactiviteit (BIR) van de moeder vóór zwangerschap8. Onlangs werd ontdekt dat maagdelijke vrouwelijke C57BL / 6-muizen een breed scala aan IL-6-reacties vertonen op een lage dosis blootstelling aan poly (I: C) vóór zwangerschap8. Het is slechts een subset van deze vrouwtjes die gevoelige nakomelingen produceren, en alleen bij bepaalde niveaus van immuunactivatie zoals gedicteerd door de combinatie van BIR en poly (I: C) dosis8. MIA induceert fenotypen in een omgekeerd U-patroon; Nakomelingen vertonen de grootste gedrags- en moleculaire afwijkingen wanneer moederdieren matig immunoreactief zijn en de omvang van maternale ontsteking een kritisch bereik8 bereikt, maar niet overschrijdt. Hier wordt een gedetailleerde methode gegeven voor het betrouwbaar creëren van zowel veerkrachtige als gevoelige nakomelingen met uiteenlopende gedragsfenotypen als gevolg van mid-gestationele injectie van poly (I: C).

Protocol

Alle protocollen worden uitgevoerd onder de goedkeuring van de University of California-Davis Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). 1. Voorbereiding van dieren Houd bij het verkrijgen van dieren de volgende parameters consistent om maximale reproduceerbaarheid te garanderen.Locatie van leverancier en leverancier: zoals eerder gemeld, vertonen wildtype C57BL/6J-muizen verschillende reacties op dezelfde dosis poly (I: C), afhankelijk van de lever…

Representative Results

Niet alle dieren die worden blootgesteld aan 30 mg/kg poly(I:C) bij E12,5 produceren nakomelingen met consistente gedragsafwijkingen 8,31. Hoewel zowel 30 mg/kg als 40 mg/kg poly(I:C) op betrouwbare wijze ziektegedrag bij moederdieren produceren, waaronder verminderde activiteitsniveaus, hypothermische reacties en gewichtsverlies, en ook significante verhogingen in IL-6 veroorzaken, zal slechts een subset van nesten blootgesteld aan MIA gedragsafwijkingen ontwikk…

Discussion

Maternale infectie verandert het verloop van de hersenontwikkeling bij mensen en bij zowel knaagdieren als niet-menselijke primaten 4,5,7. Hier wordt een procedure beschreven om MIA bij muizen te induceren op een punt halverwege de zwangerschap met behulp van poly (I: C). Deze methode omvat de beoordeling van BIR vóór de zwangerschap, wat de reproduceerbaarheid verhoogt en de kans biedt om mechanistisch mechanismen te onderzoe…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We danken Dr. Myka Estes voor haar volharding in het aanpakken van variabiliteit in het muis MIA-model en alle bijdragers in Estes et al.8 voor hun werk dat heeft geleid tot de ontwikkeling van het hier beschreven methodenprotocol. Het hier gerapporteerde onderzoek werd ondersteund door NIMH 2P50 MH106438-06 (A.K.M.) en 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