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HSV顺向跨单突触标记

HSV顺向跨单突触标记

背景

     单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus,HSV)属于疱疹病毒科α-疱疹病毒亚科成员,能够特异感染神经系统。HSV对动物感染宿主范围广,能用于解析小鼠、大鼠及非人灵长类等动物的神经环路。HSV基因组为线状双链DNA分子,约152 kb,能够携带较大片段的外源基因。根据抗原性的差别目前把该病毒分为1型和2型。HSV-1 的嗜神经元和跨神经元传播的特性使它可被开发为理想的神经环路示踪工具。HSV-1的McIntyre-B 株可以逆行跨神经元传播,而H129 株可以顺向跨神经元传播。

     H129作为顺向跨多级突触的示踪剂已经被报道用于多种动物模型的不同神经环路研究。表达荧光蛋白的重组H129病毒可以用于标记输出性的神经网络,荧光信号的表达极大地方便了H129作为示踪剂的使用。HSV 1型毒株H129(HSV-1 H129)不仅能够标记中枢不同脑区之间的连接,也能标记外周与中枢不同脑区的连接。然而,对于特定的脑区或细胞群,用跨多级示踪剂标记出的结果并不能区分出直接的一级输出网络和多级输出网络。因此,神经科学研究迫切需要顺行跨单级的示踪系统。


HSV顺行跨单级突触病毒

     HSV-ΔTK-hUbC-tdTomato是在HSV-tdTomato(HSV 1型毒株H129基因组整合一个tdTomato 基因)的基础上敲除胸苷激酶(thymidine kinase, TK)基因而获得。因为TK基因的敲除,HSV-ΔTK-hUbC-tdTomato 的体内跨突触传播能力受到限制。在表达TK的辅助病毒的存在下,HSV-ΔTK-hUbC-tdTomato可以从起始神经元传播至突触后的神经元,从而标记出一个给定脑区或特定类型神经元的直接下一级受支配神经元。顺行一级跨突触标记系统极大地促进直接输出性神经网络的研究。

图1. 神经元顺向跨单级标记示意图


案例展示

实例一:示踪nRT-PV 神经元下一级直接支配的神经元

实验动物:PV-cre系小鼠

使用的病毒:H129-ΔTK-tdT和辅助病毒AAV-DIO-TK-GFP

实验方法和结果:在PV-cre小鼠nRT脑区先注射cre依赖的TK辅助病毒,3周后注射H129-ΔTK-tdT,然后一些小鼠在第25天灌流取材,确定跨突触的起始细胞;剩下的小鼠在第32天取材,可以在多个脑区检测到信号,这些脑区包括VP,Po,VM等。

图2. 示踪nRT-PV 神经元下游直接支配的细胞(来源于武汉病毒所江海飞博士论文)


实例二:Htr2c神经元直接支配EW神经元

实验动物:Htr2c-Cre 系小鼠

使用的病毒:H129-ΔTK-tdT 和辅助病毒AAV-DIO-TK-GFP

实验方法和结果:在Htr2c-Cre小鼠vCA1脑区注射顺向跨单病毒,标记vCA1脑区Htr2c特异性神经元,一段时间后取材,可检测到EW脑区神经元被标记上了红色信号。表示EW区受上游vCA1脑区Htr2c神经元的直接支配。

图3. vCA1脑区Htr2c神经元直接支配EW区神经元(Xinyan,et al, Nature Neuroscience,2018)


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参考文献

1.江海飞.水痘-带状疱疹病毒ORF7的功能解析及基于单纯疱疹病毒的新型顺行神经环路示踪工具[D].武汉:中国科学院武汉病毒研究所, 2017.

2. Li X, Chen W, Pan K, Li H, Pang P, Guo Y, Shu S, Cai Y, Pei L, Liu D, Afewerky HK, Tian Q, Zhu LQ, Lu Y. Serotonin receptor 2c-expressing cells in the ventral CA1 control attention via innervation of the Edinger-Westphal nucleus[J]. Nat Neurosci. 2018;21(9):1239-1250.


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