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

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

יצירת מודל ניתן לשחזור של הפעלה חיסונית אימהית באמצע ההריון באמצעות Poly(I:C) לחקר רגישות וחוסן בצאצאים

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

Summary

זיהום אימהי הוא גורם סיכון להפרעות נוירו-התפתחותיות. מודלים עכבריים של הפעלת מערכת החיסון האימהית (MIA) עשויים להבהיר את השפעת הזיהום על התפתחות המוח ותפקודו. כאן, הנחיות כלליות ונוהל ניתנים כדי לייצר צאצאים עמידים ורגישים באופן אמין שנחשפו ל- MIA.

Abstract

הפעלה חיסונית אימהית (MIA) במהלך ההריון קשורה באופן עקבי לסיכון מוגבר להפרעות נוירו-התפתחותיות ונוירופסיכיאטריות בצאצאים. מודלים של MIA בבעלי חיים משמשים לבדיקת סיבתיות, חקירת מנגנונים ופיתוח אבחון וטיפולים להפרעות אלה. למרות השימוש הנרחב בהם, מודלים רבים של MIA סובלים מחוסר יכולת שחזור וכמעט כולם מתעלמים משני היבטים חשובים של גורם סיכון זה: (i) צאצאים רבים עמידים בפני MIA, ו-(ii) צאצאים רגישים יכולים להציג שילובים שונים של פנוטיפים. כדי להגביר את יכולת הרבייה ולדגמן הן את הרגישות והן את החוסן ל-MIA, משתמשים בתגובתיות החיסונית הבסיסית (BIR) של נקבות עכברות לפני ההריון כדי לחזות אילו הריונות יובילו לצאצאים עמידים או צאצאים עם הפרעות התנהגותיות ומולקולריות מוגדרות לאחר חשיפה ל-MIA. כאן, שיטה מפורטת של השראת MIA באמצעות הזרקה intraperitoneal (i.p.) של RNA דו גדילי (dsRNA) נגיפי מחקה poly(I:C) ב 12.5 ימים של הריון מסופק. שיטה זו גורמת לתגובה דלקתית חריפה בסכר, הגורמת להפרעות בהתפתחות המוח בעכברים הממפות תחומים בעלי השפעה דומה בהפרעות פסיכיאטריות ונוירו-התפתחותיות בבני אדם (NDDs).

Introduction

ראיות אפידמיולוגיות קושרות זיהום אימהי לסיכון מוגבר למחלות פסיכיאטריות ומחלות NDD, כולל סכיזופרניה (SZ) והפרעת הספקטרום האוטיסטי (ASD)1,2,3,4,5,6,7. מודל עכברי MIA פותח כדי לבחון סיבתיות ואת התפקיד המכניסטי של MIA באטיולוגיה של הפרעות אלה, כמו גם לזהות סמנים ביולוגיים מולקולריים ולפתח כלים אבחוניים וטיפוליים 4,6. למרות התועלת של מודל זה והפופולריות הגוברת שלו, קיימת שונות רבה בפרוטוקולי האינדוקציה של MIA בתחום, מה שמקשה על השוואת תוצאות בין מחקרים ושכפול ממצאים 8,9. בנוסף, רוב האיטרציות של המודל אינן חוקרות שני היבטים תרגומיים חשובים של MIA: (i) צאצאים רבים עמידים בפני MIA, ו-(ii) צאצאים רגישים יכולים להציג שילובים ברורים של פנוטיפים8.

כדי ליצור מודל MIA הניתן לשחזור, החוקרים צריכים לדווח לפחות על מדד כמותי אחד של גודל MIA המושרה בסכרים. כדי לגרום ל-MIA במהלך ההיריון, המעבדה שלנו מבצעת זריקות תוך-פריטוניאליות (כלומר) של ה-RNA הדו-גדילי המחקה פוליאינוסיטי: חומצה פוליציטידילית [poly(I:C)]. Poly(I:C) משרה מפל חיסוני הדומה לנגיפי שפעת כפי שהוא מוכר על ידי קולטן דמוי אגרה 3 (TLR3)10. כתוצאה מכך, poly(I:C) מפעיל את תגובת השלב החריפה שגורמת לעלייה מהירה של ציטוקינים מעודדי דלקת 8,11,12. מחקרים קודמים הראו כי עלייה של ציטוקינים מעודדי דלקת, כולל אינטרלוקין-6 (IL-6), נחוצה כדי לייצר הפרעות התנהגותיות ונוירופתולוגיה בצאצאים כתוצאה מ-MIA11,12,13. לפיכך, רמת IL-6 בסרום האימהי שנאספה בשיאה ב-2.5 שעות לאחר הזרקת פולי(I:C) היא מדד כמותי משכנע של MIA שניתן להשתמש בו כדי להשוות תוצאות בין מעבדות בתחום.

על מנת ליצור מודל MIA המתייחס למרכיבים החיוניים מבחינה תרגומית של חוסן ורגישות עם פרוטוקול אינדוקציה יחיד 8,14, חוקרים יכולים לשלב גישות אינדוקציה טיפוסיות עם אפיון של תגובתיות חיסונית בסיסית של הסכר (BIR) לפני הריון8. לאחרונה, התגלה כי נקבות בתוליות C57BL/6 עכברות מראות מגוון רחב של תגובות IL-6 לחשיפה במינון נמוך לפולי(I:C) לפני הריון8. רק תת-קבוצה של נקבות אלה ממשיכה לייצר צאצאים רגישים, ורק בסדרי גודל מסוימים של הפעלת מערכת החיסון כפי שמוכתב על ידי השילוב של BIR ומינון פולי(I:C)8. MIA משרה פנוטיפים בתבנית U הפוכה; צאצאים מראים את הסטיות ההתנהגותיות והמולקולריות הגדולות ביותר כאשר הסכרים הם תגובתיים חיסוניים במידה בינונית, ועוצמת הדלקת האימהית מגיעה, אך אינה עולה, לטווח קריטי8. כאן, שיטה מפורטת כיצד ליצור באופן אמין הן צאצאים גמישים רגישים עם פנוטיפים התנהגותיים שונים כתוצאה של הזרקה באמצע ההריון של poly(I:C) מסופק.

Protocol

כל הפרוטוקולים מבוצעים באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת קליפורניה-דייוויס (IACUC). 1. הכנת בעלי חיים בעת רכישת בעלי חיים, שמור על עקביות הפרמטרים הבאים כדי להבטיח רבייה מקסימלית.מיקום ספק וספק: כפי שדווח בעבר, עכברי בר מסוג C57BL/6J מצ…

Representative Results

לא כל בעלי החיים שנחשפו ל-30 מ”ג/ק”ג של פולי(I:C) ב-E12.5 מעמידים צאצאים עם הפרעות התנהגותיות עקביות 8,31. אף על פי שגם 30 מ”ג/ק”ג וגם 40 מ”ג/ק”ג של פולי(I:C) מייצרים באופן אמין התנהגויות מחלה בסכרים, כולל ירידה ברמות הפעילות, תגובות היפותרמיות וירידה במשקל, וגם גורמות לעליו?…

Discussion

זיהום אימהי משנה את מהלך התפתחות המוח בבני אדם ובמכרסמים ובפרימטים לא אנושיים 4,5,7. כאן, מתואר הליך להשראת MIA בעכברים בנקודת זמן באמצע ההריון באמצעות poly(I:C). שיטה זו משלבת הערכה של BIR לפני ההריון, אשר מגבירה את יכולת השחזור ומציעה הזדמנות לחק?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מודים לד”ר מיקה אסטס על התמדתה בטיפול בשונות במודל MIA של העכבר ולכל התורמים באסטס ואחרים 8 על עבודתם שהובילה לפיתוח פרוטוקול השיטות המתואר כאן. המחקר המדווח כאן נתמך על ידי NIMH 2P50 MH106438-06 (A.K.M.) ו- 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