Yavrularda Duyarlılık ve Esnekliği Incelemek için Poli (I: C) Kullanarak Orta Gebelik Maternal İmmün Aktivasyonun Yeniden Üretilebilir Bir Modelinin Oluşturulması
Summary
Maternal enfeksiyon nörogelişimsel bozukluklar için bir risk faktörüdür. Maternal immün aktivasyonun (MIA) fare modelleri, enfeksiyonun beyin gelişimi ve fonksiyonu üzerindeki etkisini açıklığa kavuşturabilir. Burada, MIA’ya maruz kalan güvenilir esnek ve duyarlı yavrular üretmek için genel kılavuzlar ve bir prosedür sağlanmıştır.
Abstract
Hamilelik sırasında maternal immün aktivasyon (MIA), yavrularda nörogelişimsel ve nöropsikiyatrik bozukluk riskinin artmasıyla sürekli olarak bağlantılıdır. MIA’nın hayvan modelleri, nedenselliği test etmek, mekanizmaları araştırmak ve bu bozukluklar için tanı ve tedaviler geliştirmek için kullanılır. Yaygın kullanımlarına rağmen, birçok MIA modeli tekrarlanabilirlik eksikliğinden muzdariptir ve neredeyse hepsi bu risk faktörünün iki önemli yönünü görmezden gelir: (i) birçok yavru MIA’ya karşı dirençlidir ve (ii) duyarlı yavrular farklı fenotipler kombinasyonları sergileyebilir. Tekrarlanabilirliği arttırmak ve MIA’ya hem duyarlılığı hem de esnekliği modellemek için, gebelikten önce dişi farelerin temel immünoreaktivitesi (BIR), hangi gebeliklerin MIA’ya maruz kaldıktan sonra dirençli yavrulara veya tanımlanmış davranışsal ve moleküler anormalliklere sahip yavrulara yol açacağını tahmin etmek için kullanılır. Burada, gebeliğin 12.5. gününde çift sarmallı RNA (dsRNA) viral mimik poli(I:C)’nin intraperitoneal (i.p.) enjeksiyonu yoluyla MIA’yı indüklemek için ayrıntılı bir yöntem sunulmaktadır. Bu yöntem, barajda akut bir enflamatuar yanıta neden olur ve bu da insan psikiyatrik ve nörogelişimsel bozukluklarında (NDD’ler) benzer şekilde etkilenen alanlara haritalanan farelerde beyin gelişiminde bozulmalara neden olur.
Introduction
Epidemiyolojik kanıtlar, maternal enfeksiyonu şizofreni (SZ) ve otizm spektrum bozukluğu (ASD) dahil olmak üzere psikiyatrik ve NDD riskinin artmasına bağlamaktadır 1,2,3,4,5,6,7. MIA fare modeli, bu bozuklukların etiyolojisinde nedenselliği ve mekanik rolünü test etmek, moleküler biyobelirteçleri tanımlamak ve hem tanısal hem de terapötik araçlar geliştirmek için geliştirilmiştir 4,6. Bu modelin yararlılığına ve artan popülaritesine rağmen, alandaki MIA indüksiyon protokollerinde önemli farklılıklar vardır, bu da sonuçları çalışmalar arasında karşılaştırmayı ve bulguları çoğaltmayı zorlaştırır 8,9. Ek olarak, modelin çoğu yinelemesi MIA’nın iki önemli translasyonel yönünü araştırmaz: (i) birçok yavru MIA’ya karşı dirençlidir ve (ii) duyarlı yavrular fenotiplerin 8’in farklı kombinasyonlarını sergileyebilir.
Tekrarlanabilir bir MIA modeli oluşturmak için, araştırmacılar barajlarda indüklenen MIA büyüklüğünün en az bir nicel ölçüsünü rapor etmelidir. Gebelik sırasında MIA’yı indüklemek için laboratuvarımız çift sarmallı RNA viral mimik poliinositiğinin intraperitoneal (i.p.) enjeksiyonlarını gerçekleştirir: polisitidilik asit [poli (I: C)]. Poli (I: C), toll-like reseptör 3 (TLR3) 10 tarafından tanındığı için influenza virüslerine benzer bir bağışıklık kaskadını indükler. Sonuç olarak, poli(I:C), proinflamatuar sitokinlerin 8,11,12 hızlı yükselmesiyle sonuçlanan akut faz yanıtını aktive eder. Önceki çalışmalar, interlökin-6 (IL-6) dahil olmak üzere proinflamatuar sitokinlerin yükselmesinin, MIA 11,12,13’ün bir sonucu olarak yavrularda davranışsal anormallikler ve nöropatoloji üretmek için gerekli olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, poli (I: C) enjeksiyonu takiben 2.5 saatte zirve sırasında toplanan maternal serumdaki IL-6 seviyesi, sahadaki laboratuvarlardaki sonuçları karşılaştırmak için kullanılabilecek zorlayıcı bir MIA nicel ölçüsüdür.
Tek bir indüksiyon protokolü 8,14 ile direnç ve duyarlılığın translasyonel olarak gerekli unsurlarını ele alan bir MIA modeli oluşturmak için araştırmacılar, tipik indüksiyon yaklaşımlarını hamilelikten önce barajın temel immünoreaktivitesinin (BIR) karakterizasyonu ile birleştirebilirler8. Son zamanlarda, bakire dişi C57BL / 6 farelerin, hamilelikten önce poli (I: C) ‘ye düşük dozda maruz kalmaya karşı çok çeşitli IL-6 yanıtları gösterdiği keşfedilmiştir8. Duyarlı yavrular üretmeye devam eden bu dişilerin sadece bir alt kümesidir ve sadece BIR ve poli (I: C) doz8’in kombinasyonu tarafından dikte edildiği gibi bağışıklık aktivasyonunun belirli büyüklüklerindedir. MIA, ters çevrilmiş bir U paterninde fenotipleri indükler; Yavrular, barajlar orta derecede immünoreaktif olduğunda en büyük davranışsal ve moleküler sapmaları gösterir ve maternal inflamasyonun büyüklüğü kritik bir aralık8’e ulaşır, ancak geçmez. Burada, orta gebelik düzeyinde poli(I:C) enjeksiyonu sonucunda farklı davranışsal fenotiplere sahip hem dirençli hem de duyarlı yavruların güvenilir bir şekilde nasıl oluşturulacağına dair ayrıntılı bir yöntem sunulmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Maternal enfeksiyon, insanlarda ve hem kemirgenlerde hem de insan olmayan primatlarda beyin gelişiminin seyrini değiştirir 4,5,7. Burada, farelerde MIA’yı poli (I: C) kullanarak gebelik ortası bir zaman noktasında indüklemek için bir prosedür özetlenmiştir. Bu yöntem, gebelikten önce BIR’in değerlendirilmesini içerir, bu da tekrarlanabilirliği arttırır ve yavruların MIA8’e karşı esnek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Myka Estes’e, fare MIA modelindeki değişkenliği ele almadaki ısrarı için ve Estes ve ark.8’deki tüm katkıda bulunanlara, burada açıklanan yöntem protokolünün geliştirilmesine yol açan çalışmaları için teşekkür ederiz. Burada bildirilen araştırma NIMH 2P50 MH106438-06 (A.K.M.) ve NIMH T32MH112507 (K.P.) tarafından desteklenmiştir.
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 |
References
- 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).
- Brown, A. S., et al. Serologic evidence of prenatal influenza in the etiology of schizophrenia. Archives of General Psychiatry. 61 (8), 774-780 (2004).
- 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).
- Patterson, P. H. Immune involvement in schizophrenia and autism: etiology, pathology and animal models. Behavioural Brain Research. 204 (2), 313-321 (2009).
- Patterson, P. H. Maternal infection and immune involvement in autism. Trends in Molecular Medicine. 17 (7), 389-394 (2011).
- 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).
- Estes, M. L., McAllister, A. K. Maternal immune activation: Implications for neuropsychiatric disorders. Science. 353 (6301), 772-777 (2016).
- 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).
- 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).
- Zhou, Y., et al. TLR3 activation efficiency by high or low molecular mass poly I:C. Innate Immunity. 19 (2), 184-192 (2013).
- 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).
- 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).
- Choi, G. B., et al. The maternal interleukin-17a pathway in mice promotes autism-like phenotypes in offspring. Science. 351 (6276), 933-939 (2016).
- Meyer, U. Neurodevelopmental resilience and susceptibility to maternal immune activation. Trends in Neurosciences. 42 (11), 793-806 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Shaw, A. C., Goldstein, D. R., Montgomery, R. R. Age-dependent dysregulation of innate immunity. Nature Reviews Immunology. 13 (12), 875-887 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hutchinson, E., Avery, A., VandeWoude, S. Environmental enrichment for laboratory rodents. ILAR Journal. 46 (2), 148-161 (2005).
- Bayne, K. Environmental enrichment and mouse models: Current perspectives. Animal Models and Experimental Medicine. 1 (2), 82-90 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mueller, F. S., et al. neuroanatomical, and molecular correlates of resilience and susceptibility to maternal immune activation. Molecular Psychiatry. 26 (2), 396-410 (2021).
- 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).
- 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).
- Vigli, D., et al. Maternal immune activation in mice only partially recapitulates the autism spectrum disorders symptomatology. Neuroscience. 445, 109-119 (2020).
- 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).
- Shin Yim, Y., et al. Reversing behavioural abnormalities in mice exposed to maternal inflammation. Nature. 549 (7673), 482-487 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Spencer, S. J., Meyer, U. Perinatal programming by inflammation. Brain, Behavior, and Immunity. 63, 1-7 (2017).
- 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).
- 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).
