EcoHIV Beyin Enfeksiyonunun Bir Sıçan Modeli

Burada, beyindeki HIV-1 viral rezervuarlarını anlamamızı geliştirmek ve HIV ile ilişkili nöroknaktif bozuklukları ve ilişkili komorbiditeleri (yani uyuşturucu bağımlılığı) incelemek için bir sistem sunmak için kritik öneme sahip olan kimerik HIV (EcoHIV) kullanarak aktif HIV enfeksiyonunun yeni bir sıçan modelini oluşturmak için bir protokol sunuyoruz.

EcoHIV enfekte fare modelinin HIV ile ilişkili nörolojik komplikasyonların araştırılmasında önemli bir yararı olduğu iyi incelenmiştir. İlaç kötüye kullanımı ve nöroknasitif bozukluklar çalışmaları için EcoHIV enfekte sıçan modelinin kurulması, nöroHIV ve HIV-1 ilişkili nörokinetif bozuklukların (EL) çalışmasında faydalı olacaktır. Bu çalışmada, kimerik HIV (EcoHIV) kullanılarak aktif HIV enfeksiyonunun sıçan modelinin başarılı bir şekilde oluşturulduğunu göstermektedir. İlk olarak, EcoHIV'in lentiviral yapısı 48 saat boyunca kültürlü 293 FT hücrelerde paketlendi. Daha sonra, koşullu ortam yoğunlaştı ve titretildi. Daha sonra, EcoHIV-EGFP'nin F344/N sıçan beyin dokusuna bilateral stereotaksik enjeksiyonlarını gerçekleştirdik. Enfeksiyondan bir hafta sonra, enfekte beyin dokusunda EGFP floresan sinyalleri tespit edildi ve bu da EcoHIV'in sıçanlarda aktif bir HIV enfeksiyonunu başarıyla teşvik ettiğini gösterdi. Ayrıca Iba1 mikroglial hücre belirteci için immünostaining yapıldı. Sonuçlar, mikroglianın EcoHIV'i barındıran baskın hücre tipi olduğunu gösterdi. Ayrıca, EcoHIV sıçanları, HAND'in potansiyel bir nörobehavioral mekanizması olan zamansal işlemde ve enfeksiyondan sekiz hafta sonra sinaptik disfonksiyonda değişiklikler gösterdi. Toplu olarak, bu çalışma HIV-1 enfeksiyonunun EcoHIV modelini, beyindeki HIV-1 viral rezervuarlarını ve EL'i ve uyuşturucu kullanımı gibi ilişkili komorbiditeleri incelemek için değerli bir biyolojik sistem sunan sıçana genişletmektedir.

Biyolojik sistemler HIV-1 ilişkili nöroklasitif bozukluklar (EL) ve bunların altında kalan sinirsel mekanizmalar hakkındaki anlayışımızı geliştirmiştir². Herhangi bir çalışma için hangi biyolojik sistemin en uygun olduğunu belirlemek genellikle ilgi sorusuna bağlıdır². Konak hayvan modellerinin çeşitliliğinin sınırlandırılması HIV-1 hastalığı gelişimi çalışmalarına meydan okuyor. HIV-1 viral replikasyonu ve patogenezini araştırmak için Potash ve ark.^3, HIV yüzey zarfı glikoprotein kodlama bölgesi gp120'yi farelerde başarılı viral replikasyona yol açan ekotropik MLV gp80 ile değiştirerek aktif^HIV-1enfeksiyonunun bir fare modelini oluşturdu 4 . Kimerik HIV (EcoHIV) farelerinde kuyruk damarı enjeksiyonlarından sonra, HIV-1 seropositive bireylerinkine benzeyen birçok özellik gözlenmiştir (örneğin, antiviral immün yanıtlar için hedeflenen enfekte lenfositler ve makrofajlar ve iltihap^3,5,6).

Fareler ve sıçanlar Muridae'nin her ikisi de üyesi olmasına rağmen, temel tür farklılıkları belirli deneysel sorulara uygunluklarını etkileyebilir⁷. Bu nedenle, EcoHIV enfeksiyon modelinin sıçanlara uzatılması (yaygın olarak ilaç kötüye kullanımı ve nöroknatif bozukluk çalışmalarında kullanılır) nöroHIV çalışmasında avantajlı olacaktır. Örneğin, daha büyük boyutları, ilaç kendi kendine uygulama prosedürleri için juguler kateter implantasyonunu daha pratik hale getirir⁸. HIV-19'da motivasyonun değerlendirilmesi için sıçanlarda ilaçkendi kendine uygulama teknikleri kullanılmıştır. Ayrıca, birçok nöroknatif / davranışsal görev başlangıçta sıçanlar için tasarlanmıştır¹⁰. Burada, EcoHIV enfeksiyon modelini genişletmek ve neuroHIV ve HAND ile ilgili yeni soruları ele almak için önemli bir fırsat sağlamak için sıçanlarda EcoHIV'in stereotaksik enjeksiyonlarının kullanımını rapor ediyoruz.

Tüm hayvan protokolleri Güney Carolina Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından gözden geçirildi ve onaylandı (federal güvence numarası: D16-00028). Altı yetişkin erkek F344/N sıçanı, 12/12 ışık altında kontrollü bir ortamda barındırıldı: yiyecek ve suya ad libitum erişimi olan karanlık döngü. Tüm hayvanlara, Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberi'nde Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından oluşturulan yönergeler kullanılarak bakıldı.

1. 293 FT hücrelerde virüs paketleme

1. Kültür 293 FT hücreleri (5×10⁵/mL) jelatin kaplı 75 cm² şişeler ile DMEM artı% 10 FBS¹¹. 37 °C'de hücreleri transfeksiyonda %50 birikecek şekilde büyütün.
2. 22,5 μL transfeksiyon reaktifini (örneğin Lipofectamine 3000) 750 μL orta (örneğin, Opti-MEM) 1,5 mL mikro santrifüj tüpünde ve girdapta 3 sn seyreltin.
3. 20 μg EcoHIV plazmid DNA'yı 1,5 mL mikro santrifüj tüpünde 750 μL orta derecede seyreltin ve iyice karıştırın.
4. Seyreltilmiş transfeksiyon reaktifinin tüpüne seyreltilmiş DNA ekleyin ve hafifçe karıştırın. Oda sıcaklığında 15 dakika kuluçkaya yatır.
5. Karışımı 75 cm² şişede 10 mL önceden ısıtilmiş DMEM ortamına ekleyin. Hücreleri 37 °C'de 2 gün kuluçkaya yatır.
6. Paketlenmiş lentivirüs içeren iki şişeden 24 mL koşullu ortamı hasat edin ve birleştirin.
7. 24 mL'lik koşullu ortamın tamamını 500 x g'da 4 °C'de 10 dakika boyunca santrifüjleyin. Netleştirilmiş süpernatantı steril 50 mL tüpe aktarın.
8. 8 mL Lenti-x konsantratörü 24 mL netleştirilmiş süpernatant (1:3 oran) ile birleştirin. Nazik bir ters çevirme ile karıştırın. Karışımı iki gün boyunca 4 °C'de kuluçkaya yatır.
9. 4 °C'de 45 dakika boyunca 1.500 x g'da santrifüj karışımı. Üst saltanayı dikkatlice çıkarın.
10. Peleti 100 μL 100 mM PBS ile hafifçe yeniden askıya alın.
11. P24 ELISA kiti ile titer virüs konsantrasyonu.

2. EcoHIV-EGFP virüs stereotaksik ameliyatları

1. % 3 sevoflurane kullanarak sıçanları uyuşturmak. Sıçanlar zararlı uyaranlara yanıt vermediğinde ve refleksler olmadığında 2.2 adımına geçin.
2. Beyin bölgesindeki kılları tıraş edin ve cildi% 70 etanol ve klorheksidin bazlı bir ovma ile iki kez sterilize edin. Sıçanı stereotaksik aparatta eğilimli bir pozisyonda sabitleyin.
3. Kafa derisi orta çizgisi boyunca ciltten bir kesi (5-6 cm) yapın.
4. 0,8 mm yanal, 1,2 mm rostral ve bregma olmak üzere iki delme pozisyonunu işaretleyin. Her kafatası pozisyonunda bir delik (çap 0,4 mm) delin.
5. Titrek EcoHIV lentivirüs çözeltisini (1,04 ×^{10 6} TU/mL) 10 μL enjeksiyon şırındında doldurun. Şırınnayı stereotaksik aparatlara sabitleyin.
6. İğneyi delme deliğinin yüzeyine yakın bir yere taşıyın. 2,5 mm derinlikte ölçün ve hareket ettinin.
7. 1 μL virüs çözeltisinin 0,2 μL/dak hızında demleyin. İğneyi enjeksiyon bölgesinin içinde 5 dakika tutun. İğneyi fare kafatasının dışına gelene kadar yavaşça yukarı hareket ettirin.
8. Cildi 4-0 ipek iplikle dikin.
9. Kesiği bir kez% 70 etanol ile sterilize edin. Deri altı enjekte butorfenol (Dorolex, 0.1 mg/kg vücut ağırlığı).
10. Sıçanı uyanana kadar bir ısıtma yastığı ile bir kurtarma odasına aktarın.

3. Beyin bölümlerinin görselleştirilmesi

NOT: EcoHIV viral infüzyondan sonra bir ila sekiz hafta bekleyin.

1. Sıçanı% 5 sevoflurane ile uyuşturun. Sıçanlar zararlı uyaranlara duyarlı olmadığında ve refleksler olmadığında 3.2 adımına devam edin.
2. Sıçanı duman kaputunun içinde bir supine pozisyonunda sabitle.
3. Cildi torasik orta hat boyunca inzivaya çeker. Diyaframı kesin ve torasik boşluğu açın.
4. Sol ventrikül içine 20 G × 25 mm iğne yerleştirin.
5. Hemen sağ atriyumu makasla açın.
6. 5 mL/dk hızında 50 mL ön yokuşlu 100 mM PBS'ye nüfuz edin.
7. 5 mL/ dk hızında 100 mL soğuk% 4 paraformaldehit perfuse.
8. Farenin kafasını kopar, kafa derisini aç ve beyni çıkar.
9. %4 paraformaldehit ile bir gecede postfix.
10. Beyin dibe (yaklaşık 3 gün) inene kadar beyni 50 mL tüpte 100 mM PBS'de% 30 sakkarozun 40 mL'sine aktarın.
11. Snap, beyni metilbutanolde 2 dakika - 80 ° C'de dondurun.
12. Beyin dokusunu -20 °C kriyostat içindeki metal bir platformda sabitleyin.
13. Kriyostat kullanarak 50 μm kalınlığında koronal bölümleri kesin.
14. Beyin dilimlerini ince bir fırça ile cam slaytlara aktarın.
15. Bölümleri 0,3 mL antifad orta ve kapak 22 mm 50 mm kapaklı monte edin.
16. Cam kaydıraları kuruyana kadar oda sıcaklığında karanlıkta tutun.
17. Hedeflenen nöronları, beyin bölgesi sınırlarına ve nöronların morfolojik özelliklerine göre Z yığını kullanarak konfokal mikroskopla görüntüleyin.
    NOT: Kullanılan konfokal mikroskop ayarları: 60 X (A/1.4, yağ) büyütme ve 488 nm dalga boyu kullanılarak 0.15 μm Z düzlemi aralığı (iğne deliği boyutu 30 μm; geri yansıtılmış iğne deliği yarıçapı 167 nm).

Şartlandırılmış ortam, EcoHIV-EGFP enfekte 293FT hücrelerinin lentivirüslerinden toplanmıştır. Daha sonra konsantre edildi ve titretildi, daha sonra stereotaksik olarak F344/N sıçanlarının beynine (kortikal bölge) enjekte edildi. Enjeksiyondan yedi gün sonra sıçanlar kurban edildi ve bregma 5.64 mm'den bregma -4.68 mm'ye kadar değişen koronal beyin dilimlerinden görüntüler alındı. Şekil 1A'da, beyinde, özellikle korteks ve hipokampal dentat girusunda önemli EcoHIV-EGFP sinyalleri vardır. Ayrıca, Iba1and EcoHIV-EGFP probları ile çift etiketleme, mikroglianın beyinde EcoHIV ekspresyonını barındıran baskın hücre tipi olduğuna dair güçlü kanıtlar sağlamıştır (Şekil 1B). Özellikle, EcoHIV-EGFP'nin dağılım modeli sıçan beynindeki göreceli bölgesel mikroglia konsantrasyonları (örneğin, hipokampus korteksi ve dentat girusu) ile tutarlıdır.

Daha sonraki bir çalışmada, HAND'in temel yönlerini modellemek için sıçanlarda EcoHIV enfeksiyonunun yararını doğruladık. Yukarıda ayrıntılı olarak açıklanan protokol kullanılarak, F344/N sıçanlarına stereotaksik olarak EcoHIV-EGFP veya salin enjekte edildi. İlk olarak, enfeksiyon sonrası sekiz hafta, zamansal işleme, HAND^12'ninpotansiyel bir elementel boyutu , görsel boşluk prepulse inhibisyonu kullanılarak değerlendirildi (Şekil 2). EcoHIV hayvanları, tuzlu su kontrollerine kıyasla nispeten daha düz bir ISI işlevi ile kanıtlanan interstimulus interval (ISI) manipülasyonuna karşı göreceli bir duyarsızlık sergiledi. Özellikle, ISI işlevinin eğiminde 50 ms ISI'den 200 ms ISI'ye kadar önemli farklılıklar gözlenmiştir (Semilog Line-X Log, Y Lineer, R²s ≥ 0.99; F(1,2)=642,9, s≤0,001). İkinci olarak, EcoHIV-EGFP enjeksiyonlarının çekirdek akumbenlerinin (NAc; Şekil 3); sinaptik fonksiyon hakkında çıkarımlar yapmak için kullanılabilecek parametreler¹³. EcoHIV sıçanları, daha kısa dendritik dikenlerin göreceli sıklığının artmasıyla kanıtlanan dendritik omurga morfolojisinde derin değişiklikler gösterdi (Genotip x Bin Etkileşimi, F(16, 218) = 4.3, p ≤ 0.001) artan kafa çapı (Genotip x Bin Interaction, F(12, 96) = 18.7, p ≤ 0.001) ve artan boyun çapı (Genotip x Bin Interaction, F(15, 120) = 16.3, p ≤ 0.001) kontrol hayvanlarına göre. Zamansal işleme¹⁴ ve balistik etiketleme^13'ün değerlendirilmesi için ayrıntılı metodoloji daha önce bildirilmiştir.

Şekil 1. EcoHIV-EGFP fare beyninde dağıtılan enfekte hücreler. (A) Enjeksiyondan 7 gün sonra hipokampal dentat girus veya korteks bölgelerinde EcoHIV-EGFP ekspresyonunun temsili konfokal görüntüleri (20x). (B) Enjeksiyondan 7 gün sonra EcoHIV-EGFP enfekte hücrelerle Iba1 immünostainingin birlikte lokalizasyonunun temsili konfokal görüntüleri (60X). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2. EcoHIV enfeksiyonu zamansal işlemde belirgin nöroknaknitif eksikliklere neden oldu. Görme boşluğu prepulse inhibisyonu, EcoHIV veya salin stereotaksik enjeksiyonlarından sekiz hafta sonra yapıldı. EcoHIV enfeksiyonu, kontrol sıçanlarına göre uyaran aralığının manipülasyonuna karşı göreceli duyarsızlık ile kanıtlanan zamansal işlemede belirgin değişikliklere neden oldu. McLaurin ve ark.^13'teaçıklanan ayrıntılı metodoloji. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3. EcoHIV-EGFP ile enfektivite, dendritik dikenlerin morfolojik parametrelerini değiştirerek derin sinaptik disfonksiyonu destekledi. EcoHIV sıçanları, dendritik omurga morfolojisinde derin değişiklikler gösterdi, bu da kontrol hayvanlarına göre artan kafa çapı (B) ve artan boyun çapı(C)ile daha kısa dendritik dikenlerin(A)artan göreceli sıklığı ile kanıtlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bu protokolde sıçanlarda EcoHIV kaynaklı HIV enfeksiyon modeli oluşturduk. Özellikle, enjeksiyondan 7 gün sonra sıçan beyninde aktif HIV enfeksiyonunu başarıyla indükleyen kortekse bilateral stereotaksik ecohiv enjeksiyonu tanımladık. Ayrıca, sıçanlarda EcoHIV enfeksiyonunun HAND'in temel yönlerini incelemek için iyi bir biyolojik sistem olabileceğini gösteriyoruz. Sekiz hafta sonra- EcoHIV enfeksiyonu, sıçanlar NAc MSN'lerinde zamansal işleme ve sinaptik disfonksiyondaki değişiklikleri içeren önemli nöroknaknitif bozukluklar gösterdi. NöroHIV ve HAND^2'ninçalışması için hayvan modellerinin önemi göz önüne alındığında, yeni bir biyolojik sistemin geliştirilmesi, alandaki yeni soruların ele alınması için avantajlı olabilir. Potash ve ark.³ ilk olarak farelerde aktif HIV-1 enfeksiyonuna neden olmak için EcoHIV'in kullanıldığını bildirdi. Özellikle, fareler kuyruk damarı enjeksiyonları yoluyla EcoHIV virüsünün 0.1 mL çözeltisi ile aşılandı³. Enfeksiyondan altı hafta sonra dalak hücrelerinde ve lenfositlerde HIV-1 viral DNA'sı saptandı. Ek olarak, EcoHIV enjeksiyonunun bir aşısı farelerin% 75'inden fazlasında enfeksiyona neden olmak için yeterliydi. Bilateral stereotaksik enjeksiyonların kullanımı, bu çalışmada olduğu gibi, enjeksiyondan yedi gün sonra beyinde EcoHIV-EGFP'nin saptanmasıyla kanıtlanan sıçanların % 100'ünü (sırasıyla n = 6 veya n = 4) başarıyla enfekte etti.

Önceki çalışmalar, EcoHIV tarafından farede enfeksiyonun, beyin mikrogliasının EcoHIV virüs enfeksiyonuna oldukça duyarlı olduğunu güçlü bir şekilde ortaya olduğunu göstermiştir³. Bu çalışmada, Iba1 (bir mikroglial hücre belirteci) immünostaining ile birlikte, EGFP sinyalinin Iba1+ hücreleri ile önemli bir birlikte lokalizasyonu gözlendi ve bu da mikroglianın sıçan beyninde EcoHIV enfeksiyonu için ana hücre tipi olduğunu güçlü bir şekilde düşündürdü. Mikroglia'daki önemli EcoHIV enfeksiyonunun gözlemleri, EcoHIV enfekte fareler⁶ve HIV-1 seropositive bireyler 15 ve HIV^{16 ,17}modellemek için yaygın olarak kullanılan diğer biyolojik sistemlerdeki verilerle tutarlıdır. Ayrıca F344/N sıçanlarına EcoHIV-EGFP'nin retro-orbital enjeksiyonu gerçekleştirdik ve veriler sadece yedi gün sonra hem korteks hem de hipokampal dentat girusunda EcoHIV-EGFP'nin yüksek ekspresyonunun yüksek olduğunu gösterdi (veriler gösterilmedi). Buna karşılık, F344/N sıçanlarında I.P. EcoHIV enjeksiyonu, yüksek dozda EcoHIV lentivirüse rağmen sıçan beyninde tespit edilemeyen viral ifadeye yol açtı.

Bu protokolle ilgili olarak araştırmacılar, stereotaksik enjeksiyon için kullanmadan önce 293 FT hücrelerdeki EcoHIV lentivirus ambalajı da dahil olmak üzere şartlandırılmış ortamın konsantre edildiğinden ve titretilmesinden emin olmalıdır. Bu adımlar, denemeler arasında tutarlı ve yinelenebilir sonuçlar sağlamak için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, EcoHIV enfeksiyonlarının enjeksiyondan 8 hafta sonra beyindeki stereotaksik enjeksiyondan dalak dokusuna yayıldığını bulduk. Bu arada, EcoHIV ile enfekte sıçanlarda 14 gün kadar erken bir sürede zamansal işlem açıkları gözlendi ve enfeksiyon sonrası 8 hafta boyunca sürdürüldü (mevcut deneysel terminal süresi, Şekil 2). Farelerde genelleştirilmiş EcoHIV enfeksiyon modeli ile karşılaştırıldığında, EcoHIV'in daha spesifik bölgesel stereotaksik enjeksiyonu beyin bölgelerinde etkili HIV enfeksiyonu üretti ve sıçanlarda zamansal bir işlem açığı üretti, bu da HIV ilişkili nöroksitive disfonksiyonun incelenmesi için anahtardır.

Mevcut protokol için daha fazla fırsat sağlayan sınırlamalar arasında nöronlar ve astrositler gibi diğer hücre türlerinin tanımlanması, Enfeksiyondan sonra EcoHIV-EGFP ifadesindeki değişikliklerin beyinde viral replikasyon ve gecikmeyi gösteren bir zaman-kurs çalışması, HIV ile ilişkili nöroksnitif eksikliklerin potansiyel etkilerini gidermek için uzunlamasına bir çalışma ve EcoHIV'in stereotaksik enjeksiyonunun bağışıklık sisteminden kaçıp kaçamamasını değerlendirmek b boyunca viral ifadeyi daha da yaymak Önal. Ek olarak, bu, sıçanlarda EcoHIV enfeksiyonunun genelleştirilebilirliğini doğrulamak için diğer sıçan suşları üzerinde test edilmelidir.

Yazarların hiçbirinin beyan edecekleri çıkar çatışmaları yoktur.

Bu çalışma NIH tarafından HD043680, MH106392, DA013137 ve NS100624 hibeleri tarafından finanse edildi.