في هذا البروتوكول وصفنا الإنتاج، وتنقية ومعايرة ناقلات lentiviral. ونحن نقدم مثالا على lentiviral إيصال الجينات ناقلات بوساطة في الخلايا العصبية مثقف الابتدائي والنجمية. وقد طرقنا تنطبق أيضا على أنواع الخلايا الأخرى في المختبر و في الجسم الحي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
في هذا البروتوكول وصفنا الإنتاج، وتنقية ومعايرة ناقلات lentiviral. ونحن نقدم مثالا على lentiviral إيصال الجينات ناقلات بوساطة في الخلايا العصبية مثقف الابتدائي والنجمية. وقد طرقنا تنطبق أيضا على أنواع الخلايا الأخرى في المختبر و في الجسم الحي.
يعد التوصيل الفعال للجينات في الجهاز العصبي المركزي (CNS) أمراً هاماً في دراسة وظائف الجينات، ونمذجة الأمراض العصبية، وتطوير النهج العلاجية. وتعتبر النواقل الفيروسية البطيئة (Lentiviral vectors) أدوات جذابة في نقل الجينات إلى الخلايا العصبية وأنواع الخلايا الأخرى في الجهاز العصبي المركزي، نظراً لقدرتها على نقل الجينات إلى الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة على حد سواء، ودعم التعبير المستدام للجينات المنقولة، فضلاً عن امتلاكها سعة تغليف كبيرة نسبياً وسمية منخفضة 1-3. وقد استُخدمت النواقل الفيروسية البطيئة بنجاح في نقل الجينات إلى العديد من أنواع الخلايا العصبية in vitro 4-6 وفي الحيوانات 7-10.
بُذلت جهود كبيرة لتطوير ناقلات فيروسية بطيئة (lentiviral vectors) تتميز بسلامة حيوية وكفاءة محسنة في نقل الجينات. وتوضح Figure 1 الجيل الثالث الحالي من الناقلات الفيروسية البطيئة المعيبة في التضاعف وذاتية التعطيل (SIN). يتم تقسيم العناصر المطلوبة لتعبئة الناقل إلى أربعة بلازميدات. في بلازميد النقل الفيروسي البطيء، يتم استبدال منطقة U3 في التكرار الطرفي الطويل (LTR) عند الطرف 5' بمحفز قوي من فيروس آخر. يسمح هذا التعديل بنسخ تسلسل الناقل بشكل مستقل عن بروتين HIV-1 Tat الذي يكون مطلوبًا عادةً للتعبير عن جينات HIV 11. وتعد إشارة التعبئة (Ψ) ضرورية للتغليف، بينما يكون العنصر المستجيب لـ Rev (RRE) مطلوبًا لإنتاج ناقلات ذات عيار مرتفع. أما مسار البوليبورين المركزي (cPPT) فهو مهم للاستيراد النووي لحمض DNA الخاص بالناقل، وهي ميزة مطلوبة لنقل الجينات إلى الخلايا غير المنقسمة 12. وفي التكرار الطرفي الطويل (LTR) عند الطرف 3'، تتم إزالة التسلسلات التنظيمية (cis-regulatory sequences) تمامًا من منطقة U3. ويتم نسخ هذا الحذف إلى LTR عند الطرف 5' بعد عملية النسخ العكسي، مما يؤدي إلى التعطيل النسخي لكلا التكرارين الطرفيين (LTRs). يحتوي البلازميد pMDLg/pRRE على جينات HIV-1 gag/pol، التي توفر البروتينات الهيكلية وإنزيم النسخ العكسي. ويقوم pRSV-Rev بتشفير Rev الذي يرتبط بـ RRE لضمان التصدير الفعال لـ RNA من النواة. بينما يقوم pCMV-G بتشفير البروتين السكري لفيروس التهاب الفم الحويصلي (VSV-G) الذي يحل محل HIV-1 Env. ويعمل VSV-G على توسيع النطاق المضيف (tropism) للناقلات ويسمح بتركيزها عبر الطرد المركزي الفائق 13. وقد تم استبعاد جميع الجينات التي تشفر البروتينات المساعدة، بما في ذلك Vif وVpr وVpu وNef، من نظام التعبئة. يجب أن يتم إنتاج ومعالجة الناقلات الفيروسية البطيئة وفقًا لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة (NIH) الخاصة بالأبحاث التي تتضمن DNA معاد التركيب (http://oba.od.nih.gov/oba/rac/Guidelines/NIH_Guidelines.pdf). قد يكون الحصول على موافقة من لجنة السلامة البيولوجية والكيميائية المؤسسية الفردية مطلوبًا قبل استخدام الناقلات الفيروسية البطيئة. تُنتج الناقلات الفيروسية البطيئة عادةً عن طريق التعدي المشترك (cotransfection) لخلايا 293T مع بلازميد النقل الفيروسي البطيء والبلازميدات المساعدة التي تشفر البروتينات المطلوبة لتعبئة الناقل. يمكن الحصول على العديد من بلازميدات النقل الفيروسية البطيئة والبلازميدات المساعدة من Addgene، وهو مستودع بلازميدات غير ربحي (http://www.addgene.org/). تم تطوير بعض الخطوط الخلوية المستقرة للتعبئة، ولكن هذه الأنظمة توفر مرونة أقل وتنخفض كفاءة التعبئة فيها عمومًا بمرور الوقت 14, 15. قد تدعم أطقم التعدي (transfection kits) المتاحة تجاريًا كفاءة عالية في التعدي 16، ولكنها قد تكون مكلفة للغاية لتحضيرات الناقلات على نطاق واسع. توفر طرق الترسيب بفوسفات الكالسيوم تعديًا عالي الكفاءة لخلايا 293T، وبالتالي توفر نهجًا موثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة لإنتاج الناقلات الفيروسية البطيئة.
في هذا البروتوكول، نقوم بإنتاج ناقلات فيروسية بطيئة (lentiviral vectors) عن طريق التعداء المشترك (cotransfection) لخلايا 293T بأربعة بلازميدات بناءً على مبدأ ترسيب فوسفات الكالسيوم، يليه التنقية والتركيز باستخدام الطرد المركزي الفائق عبر وسادة سكروز بتركيز 20%. يتم تحديد عيارات الناقلات عن طريق تحليل فرز الخلايا المنشط بالفلورية (FACS) أو عن طريق qPCR في الوقت الحقيقي. يمكن إتمام عملية إنتاج وتعيير الناقلات الفيروسية البطيئة في هذا البروتوكول خلال 9 أيام. ونقدم مثالاً على نقل هذه الناقلات إلى مستنبتات القشرة الحديثة الفأرية التي تحتوي على كل من العصبونات والخلايا النجمية. كما نوضح أن الناقلات الفيروسية البطيئة تدعم كفاءة عالية في النقل وتعبيرًا جينيًا نوعيًا حسب نوع الخلية في الخلايا المستنبتة الأولية من الجهاز العصبي المركزي (CNS).
1. التعبئة والتغليف من ناقلات Lentiviral
ويتم إنتاج النواقل Lentiviral بواسطة cotransfection من ناقلات نقل lentiviral والبلازميدات الأخرى اللازمة للتغليف في الخلايا 293T بواسطة فوسفات الكالسيوم طريقة ترنسفكأيشن. نحن نستخدم 10 زراعة الأنسجة 100 ملم أطباق في هذا البروتوكول. يمكن زيادتها إلى أعلى أو إلى أسفل اعتمادا على التطبيقات. يتم الحفاظ على خط خلية 293T في النسور Dulbecco والمتوسطة معدلة (DMEM) مع ارتفاع نسبة الجلوكوز (4500 ملغم / لتر)، على أن تستكمل مع المصل 10٪ بقري جنيني (FBS)، والوحدات 100 / البنسلين مل، 100 ميكروغرام / مل الستربتوميسين في 37 درجة مئوية حاضنة مع 5٪ CO 2.
2. تركيز وتنقية المتجهات
3. معايرة ناقلات

على سبيل المثال، إذا كان transduced 1 × 10 5 الخلايا مع ميكروليتر 1/25 (0.04 ميكرولتر) النواقل والخلايا 30٪ من مراسل إيجابي، سوف يكون من عيار:

فقط استخدام التخفيفات تقع في وجود علاقة خطية بين النسبة المئوية للخلايا إيجابية وكمية ناقلات وأضاف لحساب عيار. يجب أن يكون عيار النهائي في المتوسط من التتر تم الحصول عليها من transductions من لا يقل عن 2 كميات مختلفة من الناقل.

4. تنبيغ من الثقافات القشرة المخية الحديثة
وتعد الثقافات القشرة المخية الحديثة تحتوي على كل من الخلايا العصبية والدبقية من القشور فأر باستخدام إجراء الطلاء على مرحلتين كما هو موضح سابقا 18. ومطلي Neocortices تم الحصول عليها من الأجنة في الفئران الحمل أيام 14-16 على أحادي الطبقة 1 الدبقية المحددة سابقا في الفنزويلية استكمال FBS 10٪، 20 ملم والجلوكوز الجلوتامين 2 ملم في 24-جيدا نسيج لوحة الثقافة.
5. ممثل النتائج
والتتر من ناقلات lentiviral المنتجة مع هذا النطاق بروتوكول 10 8 -10 10 وحدة دولية / مل، whicح هي مناسبة لتنبيغ من مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا من الجهاز العصبي المركزي على حد سواء في التجارب المختبرية والحية. الجدول رقم 1 ورقم 2 وتظهر نتيجة لممثل باستخدام ناقلات التي ينتجها هذا البروتوكول. نحن transduced الثقافات القشرة المخية الحديثة الفئران مع ناقلات lentiviral التعبير عن بروتين فلوري الخضراء (GFP) التي تسيطر عليها المروج (SYN) synapsin أو الغروية بروتين حمضي لييفي المروج (GFAP). سبعة أيام بعد تنبيغ، أجرينا المناعية إلى الخلايا العصبية والخلايا النجمية التسمية مع أضداد NeuN ومكافحة GFAP، على التوالي. كما هو مبين في الجدول 1 والشكل. 2A، بعد تنبيغ مع ناقلات تحمل المروج synapsin، أكثر من 90٪ من الخلايا العصبية (NeuN + الخلايا) صريحة GFP والنجمية رقم (GFAP + الخلايا) التعبير عن هذا الجين المراسل. عندما يتم استخدام المروج GFAP في التركيبة ناقلات (الشكل 2B)، حوالي 80٪ من الخلايا النجمية (GFAP + الخلايا) EXPRESق GFP؛ جميع + الخلايا النجمية هي GFP كما أكده colocalization مع GFAP وغياب التعبير GFP في الخلايا NeuN المسمى. هذه النتائج تثبت أن ناقلات lentiviral هي فعالة جدا لتوصيل الجينات المحورة إلى خلايا من الجهاز العصبي المركزي وخلية محددة التعبير الجيني يمكن أن يتحقق عندما يتم استخدام المروجين المناسبة.

الشكل 1. التمثيل التخطيطي من فيروس نقص المناعة البشرية القائمة على المتجهات lentiviral والبلازميدات التعبئة والتغليف. ويرد-1 فيروس نقص المناعة البشرية طليعة الفيروس في الأعلى. يتم فصل العناصر لإنتاج متجه إلى أربع البلازميدات المختلفة. نقل lentiviral البلازميد يحتوي على هجين 5 'LTR التي يتم استبدال منطقة U3 مع المضخم للخلايا (CMV) مروج، إشارة التعبئة والتغليف (ψ)، وتسلسل RRE، المسالك polypurine المركزية (cPPT)، الجين من الفائدة (على سبيل المثال مراسل فلوري) جنبا إلى جنب مع أحد المروجين من خيار، وLTR 3 'فيهتتم إزالة تماما متواليات التنظيمية لرابطة الدول المستقلة من منطقة U3. pMDLg / pRRE يحتوي على هفوة والجينات بول وتسلسل RRE من HIV-1 تحت سيطرة المروج CMV. pRSV-القس يحتوي على تسلسل ترميز القس مدفوعا المروج RSV. pCMV-G تحتوي على جينات بروتين VSV الجميع تحت سيطرة المروج CMV. السلطة الفلسطينية يشير إلى إشارة تذييل بعديد الأدينيلات من الجينات β-غلوبين الإنسان.

الشكل 2. transduced التعبير عن الجينات صحافي في ثقافة مختلطة الماوس القشرة المخية الحديثة مع ناقلات lentiviral تحمل خلية نوع محدد المروجين. وtransduced والثقافات مع LV-SYN-GFP (A) أو LV-GFAP-GFP ناقلات (B) في وزارة الداخلية من 5. سبعة أيام بعد تنبيغ، وimmunostained الخلايا مع الجسم المضاد المضادة للNeuN أو المضادة GFAP. لوحات تظهر العلوي GFP مضان، لوحات تظهر وسط المناعية ويتم دمج أدنى لوحات الصور (GFP: الأخضر؛ NeuN أو GFAP: أحمر).
| ناقلات | GFP + الخلايا في الخلايا العصبية | GFP + في الخلايا النجمية |
| LV-SYN-GFP | 92.2 ± 7.3 | 0 |
| LV-GFAP-GFP | 0 | 78،3 ± 11،5 |
الجدول رقم 1. transduced مقارنة التعبير GFP في الثقافات القشرة المخية الحديثة الفئران مع ناقلات تحمل lentiviral المروجين مختلف 1.
وtransduced 1 الثقافات الفئران القشرة المخية الحديثة (5 × 10 5 / جيد في 24 لوحة جيد) مع LV-SYN-GFP أو LV-GFAP GFP-1 في وزارة الداخلية من 5. سبعة أيام بعد تنبيغ، وثبتت الثقافات وimmunostained لNeuN أو GFAP. احصي عدد الخلايا GFP وNeuN / GFAP التعبير في الصور من 10 حقول في حالة تجريبية. القيم تمثل نسبة مئوية من الخلايا العصبية (NeuN + الخلايا) أوالنجمية (GFAP + الخلايا) الذي أعرب أيضا عن الجينات مراسل GFP. قيم أظهرت وسائل ± SD من ثلاث تجارب مستقلة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في هذا البروتوكول، لقد أظهرنا إنتاج النواقل lentiviral وتطبيق هذه النواقل في الثقافات القشرة المخية الحديثة. أثبتنا كفاءة وخلية نوع محدد تنبيغ مع الناقلة التي تنتجها هذه الأساليب. عندما يتم استخدام المروج synapsin، GFP التعبير بدقة الخلايا العصبية المحددة. عندما يتم استخدام المروج GFAP، GFP التعبير هي حصرا في الخلايا النجمية. إذا لم يكن يحتاج خلية نوع محدد التعبير، قد يتم استخدام أحد المروجين في كل مكان. وجدنا كلا ubiqutin وكيناز فسفوغليسرات (PGK) المروجين يمكن أن تدفع ارتفاع مستو...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح العلوم العصبية الأساسية مخطط (P30 NS057105، المدارس الأردنية البريطانية) لجامعة واشنطن، برنامج مشروع المنح NS032636 (المدارس الأردنية البريطانية)، ومركز الأمل للاضطرابات العصبية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | |
| DMEM | سيغما الدريخ | D5796 | |
| MEM | إينفيتروجن | 11090-081 | |
| مصل بقري جنيني | Hyclone | SV3001403 | |
| برنامج تلفزيوني | Mediatech | 21-040-CM | |
| التربسين-EDTA | سيغما الدريخ | T3924 | |
| الصوديوم الزبدات | سيغما الدريخ | B5887 | |
| Hexadimethrine بروميد (Polybrene) | سيغما الدريخ | H9268 | |
| 293T الخلايا | ATCC | CRL-11268 | |
| HT1080 الخلايا | ATCC | CCL-121 | |
| فالكون 100 × 20 ملم أنسجة الثقافةه طبق | العلوم البيولوجية دينار بحريني | 353003 | |
| 1 × 3 ½ في أنبوب الطرد المركزي polyallomoer | بيكمان كولتر، | 326823 | |
| 0.2 ميكرون حقنة فلتر | كورنينج | 431219 | |
| QIAamp DNA البسيطة كيت | QIAGEN | 51304 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.