通过在卵内电穿孔技术,我们建立了一种方法,可在鸡胚发育过程中特定电路组装阶段,选择性地转染听觉内耳及耳蜗核,实现细胞群特异性的脆性X智力低下蛋白敲低。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
* These authors contributed equally
通过在卵内电穿孔技术,我们建立了一种方法,可在鸡胚发育过程中特定电路组装阶段,选择性地转染听觉内耳及耳蜗核,实现细胞群特异性的脆性X智力低下蛋白敲低。
脆性X智力低下蛋白(FMRP)是一种mRNA结合蛋白,可调控局部蛋白质翻译。FMRP的缺失或功能障碍会导致脆性X综合征(FXS)中出现异常的神经元和突触活动,该综合征以智力障碍、感觉异常以及社交沟通问题为特征。目前对FMRP功能及FXS发病机制的研究主要依赖于在转基因动物中敲除Fmr1基因(即编码FMRP的基因)。本文报道了一种利用鸡胚进行的体内方法,用于研究FMRP在神经环路组装和突触形成期间的细胞自主功能。该方法采用阶段特异性、位点特异性和方向特异性的电穿孔技术,导入包含Fmr1小发夹RNA(shRNA)和EGFP报告基因的药物可诱导载体系统。通过该方法,我们实现了在听觉神经节(AG)及其脑干靶区之一——巨细胞核(NM)中选择性敲低FMRP,从而实现了对AG-NM环路中特定组分的操控。此外,转染所呈现的嵌合模式可在同一动物内设置对照,并允许对邻近神经元或纤维进行比较,从而提高数据分析的可靠性和敏感性。该可诱导载体系统可对基因编辑的起始时间进行精确控制,以最小化发育过程中的累积效应。上述策略的结合为解析FMRP在突触和神经环路发育中的细胞自主功能提供了一种创新工具。
脆性X综合征(FXS)是一种以智力障碍、感觉异常和自闭症样行为为特征的神经发育障碍。在大多数情况下,FXS由脆性X智力低下蛋白(FMRP;由FMR1基因编码)的全面缺失所致。 Fmr1 基因)从早期胚胎阶段开始1FMRP 是一种 RNA 结合蛋白,通常在脑内的大多数神经元和胶质细胞中表达,也在感觉器官中表达。2,3,4在哺乳动物大脑中,FMRP 可能与数百种编码对多种神经活动至关重要的蛋白质的 mRNA 相关联5常规研究 Fmr1 基因敲除动物实验表明,FMRP的表达对于突触神经传递的组装和可塑性尤为重要6多个条件性和嵌合型基因敲除模型进一步证明,FMRP的功能和信号在不同脑区、细胞类型及突触位点之间存在差异。 在包括轴突投射、树突发育和突触可塑性在内的多种发育过程中7,8,9,10,11,12,13,14通过向脑切片或培养的神经元中细胞内递送抑制性FMRP抗体或FMRP蛋白本身,研究FMRP在调控突触传递中的急性功能15,16,17,18然而,这些方法无法在发育过程中追踪由FMRP异常表达所引发的后果。因此,有必要开发 体内 研究FMRP细胞自主功能的方法亟待建立,有望帮助确定脆性X综合征患者中报道的异常表现是FMRP在相关神经元和神经环路中缺失的直接后果,还是发育过程中由全网络变化引发的间接后果19.
鸡胚听觉脑干为深入分析脆性X智力低下蛋白(FMRP)在神经环路与突触发育中的调控功能提供了一个独特且极具优势的模型。鸡胚脑组织易于获取,且该模型已建立完善 在卵内 电穿孔技术在早期胚胎阶段脑发育的遗传学研究中发挥了重要作用。在最近发表的一项研究中,该技术与先进的分子工具相结合,实现了对FMRP异常表达的时间特异性调控。20,21在此,该方法被进一步改进,以分别对突触前神经元和突触后神经元进行选择性操控。该方法在听觉脑干环路中建立。声学信号由内耳听觉毛细胞接收,随后传递至听觉神经节(AG;在哺乳动物中亦称螺旋神经节)。AG中的双极神经元以其周围突支配毛细胞,并发出中枢投射(即听觉神经)至脑干,在此终止于两个主要的耳蜗核:核巨细胞(NM)和角状核(NA)。NM中的神经元在结构和功能上可类比于哺乳动物前腹侧耳蜗核中的球形丛状细胞。在NM内,听觉神经纤维(ANFs)与NM神经元的胞体形成突触连接。 通过 Held 大型终末膨大22在发育过程中,NM神经元起源于后脑的菱脑节5和6(r5/6)23,而AG神经元则源自位于耳囊中的神经母细胞24在此,我们描述了分别在突触前AG神经元和突触后NM神经元中选择性敲低FMRP表达的操作步骤。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
鸡蛋和鸡胚胎的处理均遵循暨南大学动物护理与使用委员会批准的动物实验方案,以谨慎和尊重的态度进行。
1. 卵母细胞与质粒的制备
2. 在卵内 电穿孔
3. 加入多西环素以启动并维持质粒转录
4. 组织解剖与切片
5. 免疫染色与显微镜成像
注意:根据切片是贴附在载玻片上还是游离悬浮于磷酸盐缓冲液(PBS)中,需采用两种不同的免疫染色方法。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
通过执行 在卵内 在不同部位和不同发育阶段进行电穿孔,我们实现了在听觉外周或听觉脑干中选择性地敲低FMRP。
在NM中敲低FMRP
针对鸡Fmr1基因的小发夹RNA(shRNA)被设计并克隆至Tet-On载体系统中,具体方法如前所述20。在体电转染的实验装置如图1A所示。将用快绿染色的质粒DNA在HH12期注射至r5/r6水平的神经管内(图1B-C)。在r5/6水平的神经管两侧分别放置铂金双极电极(图1D)。施加两次12 V的脉冲,以将质粒驱动至电极正极侧的组织中。将多西环素(Dox)施加于尿囊绒毛膜上,以诱导Fmr1 shRNA和EGFP的表达。Dox处理24小时后,在荧光体视...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
为了确定FMRP的细胞自主功能,有必要在特定细胞群或细胞类型中调控其表达。由于FMRP的主要功能之一是调控突触的形成与可塑性,因此,要全面理解FMRP在突触通讯中的作用机制,必须能够选择性地操控特定神经环路中各个突触组分。通过鸡胚的in ovo电穿孔技术,我们展示了一种方法,可选择性地在AG-NM环路中的突触前AG神经元或突触后NM神经元中调控FMRP的表达。实现这一目标的关键步骤包括选择合适的胚胎发育阶段进行电穿孔,并准确地将电极定位至胚胎的相应位置。NM神经元起源于HH12阶段神经管菱脑节r5/6水平的神经前体细胞23。在同一阶段,颅神经嵴细胞从神经管背侧顶端迁移至前庭耳蜗神经节,包裹未来的AG神经元33。因此,NM神经元和AG中的胶质细胞均起源于神经管。相比之下,毛细胞和AG神经元则起源于外胚层24。在HH10阶段,位于r5/6水平附近的外胚层增厚,至HH13阶段内陷形成听泡(otic cup)。随后听泡闭...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由以下项目资助:国家自然科学基金(编号 32000697);广州市科技计划项目(202102080139);广东省自然科学基金(2019A1515110625,2021A1515010619);中央高校基本科研业务费专项资金(11620324);暨南大学再生医学教育部重点实验室研究基金(编号 ZSYXM202107);中国中央高校基本科研业务费专项资金(21621054);广东省医学科研基金(20191118142729581)。感谢暨南大学医学实验中心的支持。感谢 Terra Bradley 博士对稿件的细致编辑。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 卵的孵化 | |||
| 16 °C 冰箱 | MAGAT | 用于受精卵的储存。 | |
| 卵孵化仪 | SHANGHAI BOXUN | GZX-9240MBE | |
| 受精卵 | 华南农业大学农场 | 为获得最佳活性,卵必须在一周内使用。 | |
| 质粒制备 | |||
| 离心机 | Sigma | 10016 | |
| 快绿染料(Fast green) | Solarbio | G1661 | 用蒸馏水配制0.1%工作液,并进行高压灭菌。 |
| 质粒大提试剂盒(Plasmid Maxi-prep kit) | QIAGEN | 12162 | 将质粒DNA溶解于Tris-EDTA(TE)缓冲液中;使用无内毒素制备试剂盒 |
| 乙酸钠(Sodium Acetate) | Sigma-Aldrich | S2889 | 用无核酸酶水配制7.5 M工作液。 |
| 电穿孔与多西环素给药 | |||
| 电穿孔仪 | BTX | ECM399 | |
| 1 mL / 5 mL 注射器 | 广州康福莱 | ||
| 体视显微镜 | CNOPTEC | SZM-42 | |
| 多西环素(Doxcycline) | Sigma-Aldrich | D9891 | 每次给药使用新鲜分装样品,并于-20 °C保存。 |
| 玻璃毛细管 | 贝博博美 | RD0910 | 0.9–1.1 mm × 100 mm |
| 实验室封口膜(Parafilm) | PARAFILM | PM996 | 透明薄膜 |
| 拉针仪 | 成都仪器厂 | WD-2 | 拉制条件:500 °C 持续15秒 |
| 铂电极 | 自制 | 直径0.5 mm,间距1.5 mm。 | |
| 橡胶管 | Sigma-Aldrich | A5177 | |
| 组织解剖与固定 | |||
| 镊子 | RWD | F11020-11 | 尖端尺寸:0.05 × 0.01 mm |
| 其他手术器械 | RWD | ||
| 多聚甲醛(Paraformaldehyde) | Sigma-Aldrich | 158127 | 新配制的4% PFA磷酸盐缓冲液可在4 °C保存最多一周。 |
| SYLGARD 184 硅胶弹性体试剂盒 | DOW | 01673921 | 用于黑色背景培养皿时,需添加食品级炭粉。 |
| 切片 | |||
| 冷冻切片机 | LEICA | CM1850 | |
| 明胶(Gelatin) | Sigma-Aldrich | G9391 | 来源于牛皮。 |
| 滑动式切片机 | LEICA | SM2010 | |
| 免疫染色 | |||
| Alexa Fluor 488 山羊抗小鼠二抗 | Abcam | ab150113 | 1:500 稀释,RRID: AB_2576208 |
| Alexa Fluor 555 山羊抗兔二抗 | Abcam | ab150078 | 1:500 稀释,RRID: AB_2722519 |
| DAPI | Abcam | ab285390 | 1:1000 稀释 |
| Fluoromount-G 封片剂 | Southern Biotech | Sb-0100-01 | |
| FMRP 抗体 | Y. Wang, 佛罗里达州立大学 | #8263 | 1:1000 稀释,RRID: AB_2861242 |
| Islet-1 抗体 | DSHB | 39.3F7 | 1:100 稀释,RRID: AB_1157901 |
| Netwell 培养板 | Corning | 3478 | |
| 神经丝蛋白抗体(Neurofilament antibody) | Sigma-Aldrich | N4142 | 1:1000 稀释,RRID: AB_477272 |
| 小清蛋白抗体(Parvalbumin antibody) | Sigma-Aldrich | P3088 | 1:10000 稀释,RRID: AB_477329 |
| SNAP25 抗体 | Abcam | ab66066 | 1:1000 稀释,RRID: AB_2192052 |
| 成像 | |||
| Adobe Photoshop | ADOBE | 图像编辑软件 | |
| 共聚焦显微镜 | LEICA | SP8 | |
| 荧光体视显微镜 | OLYMPUS | MVX10 | |
| Olympus Image-Pro Plus 7.0 | OLYMPUS | 商用图像处理软件包 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。