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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Este protocolo descreve a expressão ectópica mediada por vírus de Neurod1 após acidente vascular cerebral isquêmico cortical. O Neurod1 é administrado (1) usando o sistema Cre-Flex AAV em camundongos do tipo selvagem durante a fase subaguda pós-AVC (7 dias) e (2) usando um único vetor AAV em camundongos repórteres condicionais durante a fase crônica pós-AVC (21 dias).
A expressão ectópica de fatores neurogênicos in vivo surgiu como uma abordagem promissora para a substituição de neurônios perdidos em modelos de doenças. O uso de fatores de transcrição de hélice-alça-hélice neural básica (bHLH) por meio de sistemas de partículas semelhantes a vírus não propagados, incluindo retrovírus, lentivírus e vírus adeno-associado (AAV), foi amplamente relatado. Para experimentos in vivo , os AAVs são cada vez mais usados devido à sua baixa patogenicidade e potencial de traduzibilidade. Este protocolo descreve dois sistemas de AAV para investigar a expressão ectópica de fatores de transcrição em células transduzidas pós-acidente vascular cerebral isquêmico. Em ambos os sistemas, a expressão de Neurod1 é controlada pelo promotor GFAP curto (gfaABC(1)D), que é regulado positivamente em astrócitos reativos pós-AVC, bem como em neurônios endógenos quando combinado com a expressão do fator neurogênico. No modelo de AVC isquêmico descrito, a isquemia focal é induzida pela injeção de endotelina-1 (ET-1) no córtex motor de camundongos, criando uma lesão cercada por astrócitos reativos que expressam GFAP e neurônios sobreviventes. Injeções intracerebrais de AAV são realizadas para induzir ectopicamente a expressão de Neurod1 nas fases subaguda (7 dias) e crônica (21 dias) pós-AVC. Semanas após a injeção de AAV, um número significativamente maior de neurônios entre as células transduzidas é identificado em camundongos que expressam ectopicamente Neurod1 em comparação com camundongos que recebem vírus de controle AAV. As estratégias baseadas em AAV usadas replicaram os resultados observados de um número aumentado de neurônios expressando o gene repórter em um modelo de acidente vascular cerebral cortical leve a moderado. Este protocolo estabelece uma plataforma padrão para explorar os efeitos da expressão ectópica de fatores de transcrição administrados com sistemas baseados em AAV, contribuindo para a compreensão da expressão do fator neurogênico no contexto do AVC.
O AVC é uma das principais causas de incapacidade em todo o mundo1. Um derrame acontece quando o fluxo sanguíneo para o cérebro é interrompido. Isso pode ocorrer por meio de um acidente vascular cerebral hemorrágico (~ 15% dos casos), em que um vaso sanguíneo no cérebro se rompe, ou por meio de um acidente vascular cerebral isquêmico, em que o fluxo sanguíneo para o cérebro é bloqueado1. Os AVCs isquêmicos são mais prevalentes e representam ~ 85% dos casos de AVC1. Um derrame reduz o fornecimento de glicose e oxigênio ao cérebro, levando à morte rápida das células neuronais e ao comprometimento da função neural.
O AVC isquêmico leva à perda de células em poucos minutos no núcleo da lesão por meio de mecanismos de excitotoxicidade, estresse oxidativo e nitrosativo, desregulação do cálcio, despolarização do espalhamento cortical, edema, ruptura da barreira hematoencefálica (BHE) e inflamação 2,3. As células nas regiões peri-infarto sofrem morte celular apoptótica em poucas horas e por dias, após o AVC4. O ambiente peri-infarto é exposto a sinais pró e anti-inflamatórios que levam à ativação de micróglias e astrócitos (astrócitos "reativos"), que desempenham papéis diversos após a lesão 5,6,7,8. Os astrócitos reativos sofrem uma série de alterações fenotípicas que incluem a regulação positiva da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e a formação de uma borda ao redor da lesão dentro de dias após o AVC que ajuda a limitar a extensão da lesão, bem como afeta a neuroplasticidade dentro do tecido lesionado 8,9,10.
A reprogramação celular direta permite a conversão de um tipo de célula madura em um tipo de célula madura diferente sem passar por um estado pluripotente11. Transformar células cerebrais residentes em novos neurônios para substituir aqueles perdidos por lesões apresenta um caminho atraente para a restauração do cérebro. O AVC é um alvo ideal para tratamentos baseados em células, dada a necessidade de métodos terapêuticos para substituir os neurônios perdidos, ampliar o período terapêutico e, em última análise, facilitar a recuperação funcional. Para este fim, tem havido muitos artigos demonstrando a reprogramação de astrócitos para neurônios (AtN) in vitro e in vivo, usando uma variedade de fatores de transcrição neurogênicos básicos de hélice-alça-hélice (bHLH), incluindo Ascl1, Neurog2, Neurod1 e, mais recentemente, versões mutantes de Ascl1 (Ascl1-SA6) que demonstraram eficácia de reprogramação aprimorada 11,12,13,14. É importante considerar os muitos fatores de desenho experimental que podem afetar os resultados, a interpretação e as comparações entre os estudos. Ghazale et al. demonstraram que a eficiência de reprogramação de AtN variou entre diferentes cepas de camundongos, sorotipos de AAV e promotores ao usar o mesmo fator de transcrição bHLH14. Outras considerações, como o modelo de lesão, região do cérebro, dosagem viral, tempo de entrega do gene, fator de reprogramação e modo de entrega, afetarão os resultados. Relatórios recentes demonstraram que neurônios transduzidos pré-existentes foram mal interpretados como neurônios reprogramados15,16. Embora os relatórios não neguem necessariamente que a conversão de AtN ocorra, esses estudos destacaram a importância de experimentos bem controlados, e vários artigos apresentaram recomendações para os próximos passos no campo 15,17,18,19. O que é aparente na literatura é que a expressão ectópica de fatores de transcrição bHLH pode melhorar os resultados funcionais em uma variedade de modelos animais de doença/lesão neurodegenerativa 13,20,21,22,23,24.
Aqui, este protocolo Neurod1, um fator de transcrição de interesse, é expresso ectopicamente em células transduzidas13,22. O modelo bem estabelecido de endotelina-1 (ET-1) de acidente vascular cerebral isquêmico para o córtex sensório-motor em camundongos adultos é usado. A injeção de ET-1 leva à vasoconstrição local mimetizando a fisiopatologia do AVC isquêmico, incluindo comprometimento funcional 22,23,25. O promotor GFAP curto comumente empregado (gfaABC(1)D) é usado para conduzir a expressão ectópica de Neurod1 no local da lesão e na região perilesional usando duas estratégias virais: (1) entrega de AAV5-CAG-Flex::GFP+AAV5-GFAP-Neurod1-Cre em camundongos do tipo selvagem e (2) entrega de AAV5-GFAP-Neurod1-Cre em camundongos repórteres tdTom-Cre. Para entender melhor o potencial de expressão ectópica de Neurod1 no cérebro lesionado por AVC, os AAVs foram administrados na fase subaguda (7 dias) ou na fase crônica (21 dias), pós-AVC. Em ambos os paradigmas, significativamente mais neurônios marcados foram encontrados semanas após a expressão ectópica de Neurod1.
Este protocolo foi aprovado pelo Comitê de Cuidados com Animais da Universidade de Toronto e segue o Guia para o Cuidado e Uso de Animais Experimentais (2ª Edição, Conselho Canadense de Cuidados com Animais, 2017). Para este estudo, o repórter tdTom-Cre do tipo selvagem (C57BL/6J) e transgênico (B6. Foram utilizadas linhagens de camundongos Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J)22 . Os camundongos tinham 7-9 semanas de idade e incluíam machos e fêmeas. Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados estão listados na Tabela de Materiais.
1. Cirurgia de AVC com endotelina-1
NOTA: Todos os instrumentos e materiais cirúrgicos são esterilizados em autoclave antes da cirurgia. A estrutura estereotáxica é esterilizada com PREempt. As seringas são esterilizadas com PREempt, álcool 70% e preparadas com PBS estéril antes da cirurgia. A endotelina-1 (ET-1) é armazenada no gelo durante toda a cirurgia.
2. Entrega de Vírus Adeno-Associado (AAV) (7 dias - modelo subagudo ou 21 dias - modelo crônico) pós-AVC
CUIDADO: Consulte as diretrizes institucionais de biossegurança para trabalhar com AAVs. De acordo com as diretrizes da Universidade de Toronto, esta cirurgia é realizada em um Gabinete de Biossegurança de Nível 2 de Contenção.
NOTA: Todos os instrumentos e materiais cirúrgicos são esterilizados em autoclave antes da cirurgia. A estrutura estereotáxica é esterilizada com PREempt. As seringas são esterilizadas com PREempt, álcool 70% e preparadas com PBS estéril. Os AAVs são armazenados no gelo durante toda a cirurgia.
3. Preparação e dissecção do tecido
4. Seccionando cérebros congelados
5. Imuno-histoquímica e quantificação
Examinar os resultados celulares da expressão ectópica de Neurod1 conduzida por promotor GFAP curto (gfaABC (1) D) em cepas repórter de tipo selvagem (C57BL / 6J) e em cepas repórter tdTom-Cre transgênicas (especificamente, B6. Cg-Gt (ROSA) 26Sortm14 (CAG-tdTomato) Hze / J) 22 dois sistemas baseados em AAV5 foram utilizados em camundongos com lesão por AVC ET-1 ( Figura 1A-C ...
Este protocolo detalha dois sistemas AAV e modelos de camundongos para investigar a expressão ectópica de Neurod1 no contexto de um modelo de AVC cortical ET-1 leve a moderado. É importante considerar uma série de etapas críticas relacionadas ao AVC do ET-1 para a reprodutibilidade e consistência da lesão. Os furos de rebarbas devem ser cuidadosamente perfurados sem perfurar a dura-máter para evitar lesões cirúrgicas não intencionais. É importante usar pontos de refe...
Os autores declaram não haver interesses conflitantes.
Este trabalho foi apoiado pela Heart and Stroke Foundation, Instituto de Medicina Regenerativa de Ontário, Canada First Research Excellence Fund (Medicine by Design, MbD) e Connaught Innovation Award (Universidade de Toronto).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#77 Drill Bit (.018”) | David Kopf Instruments | 8177 | |
AAV5-GFAP(0.7)-mNeurod1-2A-iCre | Vector Biolabs | ||
Absorbable Suture with Needle Polysorb™ Polyester CV-15 3/8 Circle Taper Point Needle Size 4 - 0 Braided | Covidien | GL-881 | |
Anti-NeuN Antibody (rabbit) | Millipore Sigma | ABN78 | |
C57BL/6 Mice | Charles River | 027 | |
Chlorhexidine Solution | Partnar | PCH-020 | |
Contec™ PREempt™ RTU Disinfectant Solution | Fisher Scientific | 29-636-6212 | |
Cryostat | Thermo Scientific | HM525 NX | |
Endothelin 1 | Millipore Sigma | 05-23-3800-0.5MG | |
Feather Safety Razor Microtome Blades | Feather | 12-631P | |
Fisherbrand Cover Glasses: Rectangles | Fisher Scientific | 12-545M | |
Fluorescence Mounting Medium | Agilent Technologies | S3023 | |
Hamilton Syringe | Hamilton Company | 7634-01 | |
High Speed Stereotaxic Drill | David Kopf Instruments | 1474 | |
Metacam Solution (Meloxicam) | Boehringer Ingelheim | ||
O.C.T Compound | Fisher Scientific | 23-730-571 | |
pAAV2/5-GFAP-iCre | Vector Builder | P190924-1001suq | |
Polyderm Ointment USP | TARO | 2181908 | |
SOMNI Scientific™ The Animal Temperature Heating Pad | Fisher Scientific | 04-777-177 | |
Stereotaxic Instruments | David Kopf Instruments | Model 902 | |
Superfrost Plus Microscope Slides, white | Fisherbrand | 12-550-15 | |
tdTomato Reporter Mice | The Jackson Laboratory | 007914 | |
V-1 Tabletop Laboratory Animal Anesthesia System | VetEquip | 901806 |
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