نصف هنا طريقة محددة زمنيا للتعامل بفعالية مع المسارات التنموية الحرجة في مشيمة الفأر في الجسم الحي. يتم إجراء ذلك من خلال الحقن والتثقيب الكهربائي لبلازميدات كريسبر في مشيمة السدود الحامل في اليوم الجنيني 12.5.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
نصف هنا طريقة محددة زمنيا للتعامل بفعالية مع المسارات التنموية الحرجة في مشيمة الفأر في الجسم الحي. يتم إجراء ذلك من خلال الحقن والتثقيب الكهربائي لبلازميدات كريسبر في مشيمة السدود الحامل في اليوم الجنيني 12.5.
المشيمة هي عضو أساسي ينظم ويحافظ على نمو الثدييات في الرحم. المشيمة مسؤولة عن نقل العناصر الغذائية والفضلات بين الأم والجنين وإنتاج وتوصيل عوامل النمو والهرمونات. تعد التلاعب الجيني المشيمي في الفئران أمرا بالغ الأهمية لفهم الدور المحدد للمشيمة في تطور ما قبل الولادة. الفئران المعدلة وراثيا المعبرة عن المشيمة لها فعالية متفاوتة ، ويمكن أن تكون الطرق الأخرى لمعالجة الجينات المشيمة بدائل مفيدة. تصف هذه الورقة تقنية لتغيير التعبير الجيني المشيمي مباشرة باستخدام معالجة الجينات كريسبر ، والتي يمكن استخدامها لتعديل التعبير عن الجينات المستهدفة. باستخدام نهج جراحي متقدم نسبيا ، تخضع السدود الحامل لبضع البطن في اليوم الجنيني 12.5 (E12.5) ، ويتم تسليم بلازميد كريسبر بواسطة ماصة زجاجية دقيقة إلى المشيمة الفردية. يتم إلكتروبيد البلازميد على الفور بعد كل حقنة. بعد تعافي السد، يمكن أن تستمر المشيمة والأجنة في النمو حتى التقييم في وقت لاحق. يمكن أن يحدد تقييم المشيمة والنسل بعد استخدام هذه التقنية دور وظيفة المشيمة المحددة زمنيا في التنمية. سيسمح هذا النوع من التلاعب بفهم أفضل لكيفية تأثير علم الوراثة المشيمة ووظيفتها على نمو الجنين وتطوره في سياقات مرضية متعددة.
المشيمة هي عضو أساسي يشارك في نمو الجنين. يتمثل الدور الرئيسي للمشيمة في توفير العوامل الأساسية وتنظيم نقل العناصر الغذائية والفضلات من وإلى الجنين. تتكون مشيمة الثدييات من أنسجة الجنين والأم ، والتي تشكل واجهة الجنين والأم ، وبالتالي ، فإن الوراثة لكل من الأم والجنين تؤثر على الوظيفة1. يمكن أن تؤدي التشوهات الوراثية أو ضعف وظيفة المشيمة إلى تغيير نمو الجنين بشكل كبير. أظهرت الأعمال السابقة أن علم الوراثة المشيمية وتطورها يرتبطان بالتطور المتغير لأنظمة أعضاء معينة في الجنين. على وجه الخصوص ، ترتبط التشوهات في المشيمة بالتغيرات في دماغ الجنين والقلب ونظام الأوعية الدموية2،3،4،5.
يلعب نقل الهرمونات وعوامل النمو والجزيئات الأخرى من المشيمة إلى الجنين دورا رئيسيا في نمو الجنين6. لقد ثبت أن تغيير إنتاج المشيمة لجزيئات معينة يمكن أن يغير النمو العصبي. يمكن أن يزيد التهاب الأم من إنتاج السيروتونين عن طريق تغيير التعبير الجيني الأيضي للتريبتوفان (TRP) في المشيمة ، مما يؤدي لاحقا إلى تراكم السيروتونين في دماغ الجنين7. وقد وجدت دراسات أخرى تشوهات المشيمة جنبا إلى جنب مع عيوب القلب. يعتقد أن التشوهات في المشيمة تساهم في عيوب القلب الخلقية ، وهو أكثر العيوب الخلقية شيوعا لدى البشر8. حددت دراسة حديثة العديد من الجينات التي لها مسارات خلوية مماثلة في كل من المشيمة والقلب. إذا تعطلت ، يمكن أن تسبب هذه المسارات عيوبا في كلا الجهازين9. قد تؤدي العيوب في المشيمة إلى تفاقم عيوب القلب الخلقية. يعد دور علم الوراثة المشيمة ووظيفتها في تطوير نظام أعضاء الجنين المحدد مجالا ناشئا للدراسة.
الفئران لديها المشيمة الدموية وغيرها من ميزات المشيمة البشرية ، مما يجعلها نماذج مفيدة للغاية لدراسة الأمراض البشرية1. على الرغم من أهمية المشيمة ، يوجد حاليا نقص في التلاعب الجيني المستهدف في الجسم الحي. علاوة على ذلك ، يوجد حاليا المزيد من الخيارات المتاحة للضربة القاضية أو الضربات القاضية أكثر من الإفراط في التعبير أو التلاعب باكتساب الوظيفة في المشيمة10. هناك العديد من خطوط التعبير عن الكري المعدلة وراثيا للتلاعب الخاص بالمشيمة ، كل منها في سلالات الأرومة الغاذية المختلفة في نقاط زمنية مختلفة. وتشمل هذه Cyp19-Cre و Ada / Tpbpa-Cre و PDGFRα-CreER و Gcm1-Cre 11،12،13،14. في حين أن جينات التحوير Cre هذه فعالة ، فقد لا تكون قادرة على التلاعب ببعض الجينات في نقاط زمنية محددة. هناك طريقة أخرى شائعة الاستخدام إما للتعبير الجيني عن الضربة القاضية أو الإفراط في التعبير عن التعبير الوراثي المشيمي وهي إدخال ناقلات الفيروسات العدسية في مزرعة الكيسة الأريمية ، مما يؤدي إلى التلاعب الجيني الخاص بالأرومة الغاذية15,16. تسمح هذه التقنية بتغيير قوي في التعبير الجيني المشيمي في وقت مبكر من التطور. تم استخدام تداخل الحمض النووي الريبي في الجسم الحي بشكل ضئيل في المشيمة. يمكن إجراء إدخال بلازميدات shRNA بشكل مشابه لتقنية CRIPSR الموضحة في هذه الورقة. وقد تم ذلك في E13.5 لتقليل تعبير PlGF بنجاح في المشيمة ، مع تأثيرات على الأوعية الدموية في الدماغالنسل 17.
بالإضافة إلى التقنيات التي تستخدم في المقام الأول للضربة القاضية أو الضربة القاضية ، يتم إجراء الإفراط في التعبير بشكل شائع مع الفيروسات الغدية أو إدخال بروتين خارجي. التقنيات المستخدمة للإفراط في التعبير لها معدلات نجاح متفاوتة وقد تم إجراؤها في الغالب في وقت لاحق من الحمل. للتحقيق في دور عامل النمو الشبيه بالأنسولين 1 (IGF-1) في وظيفة المشيمة ، تم إجراء نقل جين المشيمة بوساطة غدية للحث على الإفراط في التعبير عن جين IGF-1 18,19. تم إجراء ذلك في وقت متأخر من حمل الفئران على E18.5 عن طريق حقن المشيمة المباشر. لتوفير خيارات إضافية والتحايل على الإخفاقات المحتملة للتلاعبات الجينية المشيمية الراسخة ، مثل فشل تركيبة Cre-Lox ، والسمية المحتملة للفيروسات الغدية ، والآثار غير المستهدفة ل shRNA ، يمكن استخدام معالجة CRISPR المباشرة للمشيمة في الجسم الحي 20،21،22. تم تطوير هذا النموذج لمعالجة عدم وجود نماذج الإفراط في التعبير ولإنشاء نموذج يتسم بالمرونة.
تعتمد هذه التقنية على عمل Lecuyer et al. ، حيث تم استهداف بلازميدات shRNA و CRISPR مباشرة في الجسم الحي إلى مشيمة الفئران لتغيير تعبير PlGF 17. يمكن استخدام هذه التقنية لتغيير التعبير الجيني المشيمي مباشرة باستخدام معالجة كريسبر في نقاط زمنية متعددة. لهذا العمل ، تم اختيار E12.5. نضجت المشيمة عند هذه النقطة وهي كبيرة بما يكفي للتلاعب بها ، مما يسمح بإدخال بلازميد كريسبر معين على E12.5 ، والذي يمكن أن يكون له تأثير كبير على نمو الجنين من منتصف إلى أواخر الحمل23,24. على عكس الأساليب المعدلة وراثيا ، ولكن على غرار التحريضات الفيروسية أو تداخل الحمض النووي الريبي ، تسمح هذه التقنية بالإفراط في التعبير أو الضربة القاضية في نقاط زمنية معينة باستخدام نهج جراحي متقدم نسبيا ، وبالتالي تجنب ضعف المشيمة المحتمل أو الفتك الجنيني من التغييرات السابقة. نظرا لأن عددا قليلا فقط من المشيمة يتلقى البلازميد التجريبي أو الرقابي داخل القمامة ، فإن النهج يسمح بنوعين من الضوابط الداخلية. هذه الضوابط هي تلك التي يتم حقنها وتزويدها بالكهرباء باستخدام بلازميد التحكم المناسب وتلك التي لا تتلقى أي معالجة مباشرة. تم تحسين هذه التقنية لإنشاء تعبير مفرط عن جين IGF-1 في مشيمة الفأر عبر وسيط التنشيط التآزري (SAM) CRISPR Plasmid. تم اختيار جين IGF-1 ، حيث أن IGF-1 هو هرمون نمو أساسي يتم تسليمه إلى الجنين ويتم إنتاجه بشكل أساسي في المشيمة قبل الولادة25,26. ستسمح تقنية كريسبر الجديدة التي تستهدف المشيمة بالتلاعب المباشر للمساعدة في تحديد العلاقة بين وظيفة المشيمة ونمو الجنين.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تنفيذ جميع الإجراءات وفقا والامتثال للوائح الفيدرالية وسياسة جامعة أيوا وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسية.
1. الحيوانات والتربية
2. معايرة الماصة الدقيقة
ملاحظة: يجب إجراء معايرة الماصة الدقيقة قبل الجراحة عندما يكون ذلك ممكنا.
3. الجراحة (الشكل 1 أ)
ملاحظة: للتحضير ، قم بتنظيف أسطح كل من مناطق التحضير والجراحة بنسبة 70٪ من الإيثانول. ضع وسادة سفلية ماصة في منطقة التحضير. في منطقة الجراحة ، ضع وسادة تدفئة لأسفل ، ثم ضع وسادة سفلية ماصة فوقها. تعقيم جميع الأدوات قبل الجراحة. يجب أن يكون الوقت الذي يكون فيه السد تحت التخدير أقل من 1 ساعة.
4. رعاية ومراقبة ما بعد الجراحة
5. E14.5 جمع المشيمة
6. تحليل التعبير الجيني المشيمي
7. تحليل مستوى البروتين المشيمي
8. التحقق المكاني من CRIPSR باستخدام وسم التهجين الفلوري في الموقع
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
نتائج الإجراءات العامة (الشكل 6)
في الدراسة ، كانت هناك ثلاث مجموعات تم التلاعب بها. وشملت هذه المشيمة التي تم حقنها ببلازميد التحكم العام CRISPR Cas9 (Cas9 Control) ، أو بلازميد CRISPR للتحكم في التنشيط (التحكم في الفعل) ، أو بلازميد تنشيط IGF-1 SAM (Igf1-OE). يعتبر Cas9 Control أكثر ملاءمة للبلازميدات بالضربة القاضية ، والتحكم في التنشيط مناسب بشكل أفضل لبلازميدات التعبير الزائد / التنشيط. لتقييم التغيرات في الجدوى الناتجة عن التلاعب بالمشيمة <...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المشيمة هي المنظم الأساسي لنمو الجنين ، وكما لوحظ سابقا ، فإن التغيرات في التعبير الجيني للمشيمة أو وظيفتها قد تؤثر بشكل كبير على نمو الجنين6. يمكن استخدام البروتوكول الموضح هنا لإجراء معالجة مستهدفة في الجسم الحي بتقنية كريسبر لمشيمة الفأر باستخدام نهج جراحي متقدم نسبيا. تسمح هذه التقنية بإنتاجية كبيرة من الأجنة القابلة للحياة والمشيمة المقابلة لها والتي يمكن استخدامها لمزيد من الدراسة (الشكل 6 أ ، ب). سمحت لنا هذه التقنية بالإفراط في التعبي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
يقر المؤلفون بمصادر التمويل التالية: R01 MH122435 و NIH T32GM008629 و NIH T32GM145441. يشكر المؤلفون مختبرات الدكتور فال شيفيلد والدكتور كالفن كارتر في جامعة أيوا على استخدام غرفة الجراحة والمعدات الخاصة بهم ، وكذلك الدكتور إريك فان أوترلو والدكتور نانداكومار نارايانان والدكتور ماثيو ويبر لمساعدتهم في الفحص المجهري. كما يشكر المؤلفون الدكتورة سارة ماورير ومايا إيفانز وسريليخا كوندو على مساعدتهم في العمليات الجراحية التجريبية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1.5 مل أنابيب | الولايات المتحدة الأمريكية العلمية | 1615-5500 | |
| 4٪ بارافورميلدهايد (PFA) في PBS | Thermo Fisher Scientific | J61899. AP | |
| 96 لوحة البئر | Cornings | 3598 | لمجموعة BCA |
| الوسادات السفلية الماصة | فيشر Scientific | 14-206-62 | |
| التحكم في التنشيط البلازميد | سانتا كروز التكنولوجيا الحيوية | sc-437275 | المياه الخالية من الدناس متوفرة للتخفيف |
| AMV Reverse Transcriptase | New England Biolabs | M0277L | استخدام لتخدير تخليق (cDNA |
| مبخر الغاز | Vetamac | VAD-601TT | VAD المبخر المضغوط |
| جل المسيل للدموع | الاصطناعي Akorn | NDC 59399-162-35 | |
| مجموعة فحص البروتين BCA | Thermo Fisher Scientific | 23227 | القياس الكمي للبروتين |
| Biovortexer | Bellco Glass، Inc. | 198050000 | الخالط الأنسجة المحمول باليد |
| CellSens Software | Olympus | V4.1.1 | معالجة الصور لصور FISH. |
| جهاز طرد مركزي 5810 | Eppendorf | EP022628168 | لوحة الطرد المركزي |
| الكلوروفورم | الحرارية فيشر العلمي | J67241-AP | عزل الحمض النووي الريبي |
| القطن يميل قضيبات | ProAdvantage | 77100 | تعقيم قبل الاستخدام |
| CRISPR / Cas9 التحكم في البلازميد | سانتا كروز التكنولوجيا الحيوية | sc-418922 | المياه الخالية من الدنازيل متوفرة للتخفيف |
| CryoStat | Leica | CM1950 | |
| مجهر تشريح | Leica | M125 C | يستخدم لتصوير ما بعد التنظير |
| خيوط قابلة للذوبان | Med Vet International | J385H | |
| الماء المقطر | جيبكو | 15230162 | |
| ملحي مخزن فوسفات Dulbecco (DPBS) | ثيرمو فيشر العلمي | 14190144 | (-) الكالسيوم. (-) المغنيسيوم |
| ECM 830 Electroporator (آلة التثقيب الكهربائي) | BTX Harvard Apparatus | 45-0662 | مولد حلاقة كهربائية |
| فقط Wahl | CL9990 | Kent Scientific | |
| Electroporation المجاذيف / Tweezertrodes | BTX Harvard Apparatus | 45-0487 | مجاذيف قطرها 3 مم ؛ وشملت الأسلاك |
| كاسيت: 250 PK | Grainger | 21RK94 | كاسيت تضمين المشيمة |
| الإيثانول | الحراري فيشر العلمي | 268280010 | |
| علب F-Air | Penn Veterinary Supply Inc | BIC80120 مرشح | الأيزوفلوران الزائد |
| صبغة خضراء سريعة FCF | Sigma | F7252-5G | تذوب إلى 1 & مو ؛ جم / مل وفلتر ؛ الحماية من الضوء |
| مقياس ضوئي دقيق قائم على المرشح (قارئ لوحة) | 14377576 | فيشر العلمي | في BCA و |
| ELISA Fallps | VWR | 82027-386 | أطراف دقيقة ، محلول فورمالين مستقيم ، مسنن |
| ، مخزن محايد ، 10٪ | زجاجية من Sigma Aldrich | HT501128 | |
| - زجاج البورسليكات (ماصة دقيقة) | Sutter | B150-86-10 | OD: 1.5 مم ، رقم الهوية: 0.86 مم ، طول 10 سم |
| كوكتيل مثبط البروتياز والفوسفوتاز (100x) | Thermo Scientific | 1861281 | Protein homogenization |
| buffer وسادة تسخين | Thermotech | S766D | وسادة تسخين رقمية |
| Hemostats | VWR | 10806-188 | فك مسطح بالكامل ؛ حمام |
| الماء الساخن | فيشر Scientific | 20253 | Isotemp 205 |
| Igf-1 SAM Plasmid (m1) Santa | Cruz Biotechnology | sc-421056-ACT | المياه الخالية من Dnase المتوفرة للتخفيف |
| غرفة الحث | Vetamac | 941443 | لا يوجد حجم لتر محدد |
| مطلوب Isoflurane | Piramal Pharma Limited | NDC 66794-013-25 | |
| الحمض | المتساوي / 2-Propoonal | Fisher Scientific | A451-4 |
| الكيتامين حمض الهيدروكلوريك 100 مجم / مل | Akorn | NDC 59399-114-10 | |
| MgCl2 / كلوريد المغنيسوم | سيجما ألدريتش | 63069-100ML | 1M. عازلة تجانس البروتين |
| MicroAmp&trade ؛ لوحة تفاعل بصرية 384 بئر مع الباركود | فيشر Scientific | 4309849 | لوحات مشفرة غير مطلوبة |
| طرف الشعيرات الدموية | الدقيقة Eppendorf | 5196082001 | متصل ب BTX Microinjector |
| Microinjector | BTX Harvard Apparatus | 45-0766 | حامل ماصات من الفولاذ المقاوم للصدأ ، بطول 130 مم ، من 1 إلى 1.5 مم ماصات |
| Microject 1000A (آلة الحقن) | BTX Harvard Device | 45-0751 | MicroJect 1000A Plus System |
| Micropipette Puller Model P-97 | Sutter Instrument | P-97 | Flaming / Brown نوع مجتذب ماصة |
| دقيقة خلاط Microplate (شاكر اللوحة) | scilogex | 822000049999 | |
| الماوس / الفئران IGF-I / IGF-1 Quantikine ELISA Kit | R & D Systems | MG100 | |
| Needles | BD - Becton و Dickson and Company | 305106 30 Gx 1/2 (0.3 مم × 13 مم) | |
| خزان النيتروجين | Linde | 7727-37-9 | أي غاز خامل |
| غير ستيرويدي مضاد للالتهابات (NSAID) | مختبرات نوربروك المحدودة | NDC 55529-040-10 | Analesgic مثل Meloxicam |
| Nose Cone | Vetamac | 921609 | 9-14 مم |
| أوبال 620 صبغة الكشف | Akoya Biosciences | SKU FP1495001KT | المستخدمة في |
| مركب درجة حرارة القطع المثلى للأسماك (O.C.T) مركب | Sakura | 4583 | |
| Oxygen Tank | Linde | 7782 - 44 - 7 | بثورات الأكسجين الطبية |
| الأمريكية Scientific Inc | 14155390 | ||
| محلول Povidone-Iodine ، 5٪ | Avrio Health LP. | NDC 67618-155-16 | |
| الطاقة SYBR & التجارة ؛ استخدام Green PCR Master Mix | Thermo Fisher Scientific | 4367659 | |
| hexamers العشوائية qPCR (الاشعال العشوائية) | استخدام New England Biolabs | S1330S | لتخليق (كدنا |
| Razor Blade | Grainger | 26X080 | |
| RNA Cleanup Kit & المكثف | Zymo Research | R1013 | |
| RNALater | Thermo Fisher Scientific | AM7021 | |
| RNAscope kit v.2.5 | Advanced Cells Diagnostics | 323100 | يحتوي على جميع الكواشف المطلوبة للتهجين الفلوري في الموقع. تباع المجسات بشكل منفصل. |
| RNAscope ™ مسبار- mm-prl8a8-C2 | الخلايا المتقدمة | 528641-C2 | |
| RNAscope ™ مسبار- Vector-dCas9-3xNLS-VP64 | الخلايا المتقدمة | 527421 | |
| Roto-Therm | Mini Benchmark | R2020 | فرن جاف لمقص التهجين في الموقع |
| VWR | 82027-578 | مقص تشريح ، طرف حاد ، 4 & sup1 ؛ /؟ | |
| كلوريد الصوديوم (محلول ملحي) | Hospra | NDC 0409-4888-03 | معقم ، ؛ 0.9٪ |
| سترات الصوديوم ، ملح ثلاثي الصوديوم ، ثنائي هيدرات ، [حامض الستريك ، ثنائي هيدرات ثلاثي الصوديوم] | منتج بحثي دولي | 03-04-6132 | |
| مركز هيدروكسيد الصوديوم 1N ، فيشر كيماويكال | فيشر Scientific | SS277 | بخاري لتجانس البروتين |
| بيلا | B00DPX8UBA | ||
| الستارة الجراحية | المعقمة | Busse 696 | تعقيم قبل الاستخدام |
| Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| غطاء الجراحي زجاج 24x60 | محاقن Leica | 3800160 | |
| BD - Becton و Dickson و Company | 309659 | BD Luer Slip Tip حقنة معقمة ، للاستخدام مرة واحدة ، 1 مل | |
| الحرارة العلمية والتجارة; Invitrogen & Trade ؛ Nanodrop & التجارة ؛ مقياس الطيف الضوئي واحد مع WiFi و Qubit & trade ؛ 4 مقياس الفلور | فيشر العلمي | 13-400-525 | يأتي هذا التكوين مع مقياس الفلور Qubit 4. القياس الكمي الكمومي غير مطلوب. |
| لاصق الأنسجة | 3M | 1469SB | VetBond |
| Tris HCl | Thermo Fisher Scientific | 15568025 | 1M. عازلة تجانس البروتين |
| TRIzol & trade ؛ كاشف | Thermo Fisher Scientific | 15596018 | عزل الحمض النووي الريبي |
| TSA حزمة العازلة | تشخيص الخلايا المتقدمة | 322810 | تستخدم لتخفيف صبغة الكشف عن Opal 620 |
| F-Circuit | Vetamac | 40200 | المرفقة بملحقات المرذاذ والمبخر |
| مجهر مضان مركب مستقيم | أوليمبوس | BX61VS | يستخدم لتصوير الأسماك |
| Vectorshield مع DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | Coverslip تصاعد وسائل |
| الإعلام ViiA & trade 7 نظام PCR في الوقت الحقيقي مع 384 بئر | Thermo Fisher Scientific | 4453536 | هذا للكشف عن كتلة SYBR 384-well. TaqMan و / أو كتل أصغر متوفرة |
| طلاء الأظافر الرطب والبري ، تألق بري ، واقي أظافر شفاف ، لون الأظافر | Amazon | C450B | |
| Xylazine 20mg / ml | Anased | 343730_RX |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.