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狂犬病毒(Rabies Virus,RV)屬于彈狀病毒科(Rhabdoviridae)狂犬病毒屬(Lyssavirus)。其基因組是長(zhǎng)約12 kb的單股負(fù)鏈RNA,由3′端至5′端依次排列著N、P、M、G和L共5個(gè)狂犬病毒的結(jié)構(gòu)基因,分別編碼核蛋白、磷蛋白、基質(zhì)蛋白、糖蛋白和轉(zhuǎn)錄酶大蛋白(如圖1)。
圖1. RV粒子示意圖(圖片來(lái)自whelanlab網(wǎng)站) RV在宿主體內(nèi),病毒糖蛋白G介導(dǎo)病毒粒子與細(xì)胞表面受體結(jié)合,通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。隨后通過pH介導(dǎo)膜融合,促使RV基因組釋放到細(xì)胞質(zhì)中。感染病毒粒子內(nèi)包裝的L、N、P共同構(gòu)成的聚合酶復(fù)合物以基因組負(fù)鏈RNA為模板啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄表達(dá),復(fù)制,組裝,出芽產(chǎn)生子代病毒。(如圖2)
圖2. 狂犬病毒生命周期示意圖(圖片來(lái)自維基百科) 野生型RV是人畜共患的狂犬病的致病因子,在神經(jīng)系統(tǒng)中具有傳播屬性,對(duì)人和動(dòng)物均具有較高致病性。隨著反向遺傳學(xué)手段的成熟,經(jīng)過改造的RV,可用于神經(jīng)回路研究。RV感染中樞系統(tǒng)后,主要標(biāo)記神經(jīng)元,幾乎不標(biāo)記膠質(zhì)細(xì)胞;被感染的神經(jīng)元在一定時(shí)間內(nèi)(7-12天)幾乎不發(fā)生明顯病變及裂解。目前RV系統(tǒng)可分為逆向標(biāo)記系統(tǒng)和逆向跨單突觸系統(tǒng)。
第一代逆向標(biāo)記系統(tǒng)(RV-ΔG)
RV的囊膜糖蛋白(glycoprotein,G)是其逆行跨突觸所必需的蛋白,G蛋白缺失的RV(RV-ΔG)會(huì)喪失跨突觸能力,但其復(fù)制及轉(zhuǎn)錄不受影響(可持續(xù)高豐度表達(dá)外源基因),因此,RV-ΔG攜帶報(bào)告基因后,可逆向高亮度標(biāo)記神經(jīng)元精細(xì)形態(tài)。
第二代逆向標(biāo)記系統(tǒng) [RV-N2c(G)-ΔG]
CVS-N2c病毒株具有更低的神經(jīng)毒性以及更強(qiáng)的跨突觸突觸傳遞能力,其G蛋白缺失的RV [RV-N2c(G)-ΔG] 能在更低的滴度達(dá)到與第一代RV-ΔG相同甚至更好的逆向標(biāo)記效果,且神經(jīng)毒性更低。
逆向跨單突觸系統(tǒng)(RV-EnvA-ΔG)
利用重組的禽類肉瘤病毒(Aviansarcoma-leukosisvirus,ASLV)的外膜蛋白(EnvA)融合蛋白包裝RV形成的病毒粒子,可特異性識(shí)別EnvA的受體TVA(TVA只存在于禽類細(xì)胞中,在哺乳動(dòng)物神經(jīng)元中無(wú)表達(dá))介導(dǎo)病毒特異性地感染細(xì)胞。利用Cre轉(zhuǎn)基因鼠結(jié)合Cre-LoxP控制表達(dá)TVA及G蛋白的AAV輔助病毒,可實(shí)現(xiàn)只在特定區(qū)域特異類型神經(jīng)元中表達(dá)TVA及G蛋白,從而利用RV-EnvA-ΔG實(shí)現(xiàn)對(duì)特異類型神經(jīng)元的逆向跨單級(jí)突觸標(biāo)記(如圖3)。在此基礎(chǔ)上,使RV-EnvA-ΔG帶上ChR2及GCaMP等基因,可實(shí)現(xiàn)對(duì)特異類型神經(jīng)元的直接輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能操縱及活動(dòng)監(jiān)測(cè)。
圖3. RV-EnvA-ΔG實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的逆向跨單級(jí)突觸標(biāo)記(Callaway, et al., The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience, 2015)
應(yīng)用
1)特定區(qū)域特異類型神經(jīng)元的全腦單級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記;(見案例展示二)
2)兩個(gè)區(qū)域特異類型神經(jīng)元跨單級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記;(見案例展示一)
3)三級(jí)連接網(wǎng)絡(luò)的跨單突觸標(biāo)記。
產(chǎn)品列表
布林凱斯RV系列產(chǎn)品分為RV-CVS株和SAD-B19疫苗株。
RV-CVS株產(chǎn)品列表:
SAD-B19株產(chǎn)品列表:
案例展示
實(shí)例一:逆向標(biāo)記海馬錐體神經(jīng)元中同時(shí)作用于mPFC和ACB中的GABA能神經(jīng)元(圖4,PMID: 31285615)
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:抑制性神經(jīng)元(SST, PV, VIP)的Cre小鼠
使用的病毒:RV-EnvA-GFP,AAV-DIO-TVA-hBFP和AAV-DIO-RG
實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果:在抑制性神經(jīng)元(SST, PV, VIP)的Cre小鼠mPFC腦區(qū)注射RV-EnvA-GFP以及Cre依賴的輔助病毒AAV-DIO-TVA-hBFP和AAV-DIO-RG實(shí)現(xiàn)逆向跨單級(jí)突觸,同時(shí)在ACB腦區(qū)注射從軸突末梢吸收的RV-DG-DsRed,病毒逆向標(biāo)記海馬體投射到ACB區(qū)的神經(jīng)元,最終找到海馬體中同時(shí)調(diào)控mPFC和ACB區(qū)的GABA能神經(jīng)元。(如圖4)
圖4. 標(biāo)記海馬錐體神經(jīng)元中同時(shí)作用于mPFC和ACB中的GABA能神經(jīng)元 實(shí)例二VTA多巴胺能神經(jīng)元分離的支配NAC和mOT(圖5,PMID: 29251597)
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:C57BL/6 mice
使用的病毒:RV-DG-DsRed和RV-DG-GFP,滴度10的8次方TU
實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果:分別注入100 nl RV-DG-DsRed和RV-DG-GFP在NAC和mOT中,1周后灌流取材,可在VTA追蹤到神經(jīng)元。
圖5. VTA多巴胺能神經(jīng)元分離的支配NAC和mOT