本方案介绍了在脂肪细胞中使用CRISPR SunTag-p65-HSF1(AdipoSPH)作为研究米色脂肪生物学的一种替代腺相关病毒(AAV)的策略。 在体 注射携带靶向内源性 Prdm16 基因的 sgRNA 的 AAV 足以诱导米色脂肪发育并增强产热基因程序。
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本方案介绍了在脂肪细胞中使用CRISPR SunTag-p65-HSF1(AdipoSPH)作为研究米色脂肪生物学的一种替代腺相关病毒(AAV)的策略。 在体 注射携带靶向内源性 Prdm16 基因的 sgRNA 的 AAV 足以诱导米色脂肪发育并增强产热基因程序。
成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPR)技术推动了生物学领域的革命,近年来该技术的应用已远远超出最初描述的基因编辑范畴。CRISPR激活系统(CRISPRa)将无催化活性的Cas9(dCas9)蛋白与不同的转录调控模块结合,以诱导内源性基因表达。SunTag-p65-HSF1(SPH)是一种近期开发的CRISPRa技术,它将协同激活介质(SAMs)的组分与SunTag激活元件相结合。该系统可通过设计定制的单导向RNA(sgRNA)实现单个或多个基因的过表达。在本研究中,利用先前构建的SPH小鼠,生成了一种在脂肪细胞中条件性表达SPH(脂肪素Cre谱系)的小鼠模型,命名为AdipoSPH。为诱导白色脂肪向米色脂肪转化(即“褐变”表型),将携带靶向内源Prdm16基因(一个已被充分证实与棕色及米色脂肪发育相关的转录因子)的sgRNA的腺相关病毒(AAV)注射至腹股沟白色脂肪组织(iWAT)中。该小鼠模型成功诱导了内源Prdm16的表达,并激活了产热相关基因程序。此外, 体外 SPH诱导的Prdm16过表达增强了米色脂肪细胞的耗氧量,表型模拟了先前Prdm16转基因小鼠模型的结果。因此,本方案描述了一种多功能、低成本且省时的小鼠模型,可用于脂肪组织生物学的研究。
米色(或称“褐样”)脂肪细胞是一类表达解偶联蛋白1(UCP1)且富含线粒体的脂肪细胞,存在于白色脂肪组织(WAT)库中。米色脂肪可在寒冷暴露及其他刺激条件下,由一部分脂肪前体细胞或成熟的白色脂肪细胞转化而来1,2。米色脂肪细胞能够以依赖或不依赖UCP1的方式将能量转化为热量3。无论其产热功能如何,米色脂肪还可通过其他机制改善代谢健康,例如分泌脂肪因子以及发挥抗炎和抗纤维化作用。在小鼠和人类中的研究表明,诱导米色脂肪生成可改善全身的葡萄糖和脂质稳态3。然而,尽管近年来对米色脂肪生物学的认识迅速发展,其大多数代谢益处及相关机制仍尚未完全阐明。
成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPR)最初在真核细胞中被描述为一种可通过Cas9蛋白的核酸酶活性在基因组特定位点产生双链断裂(DSB)的工具4,5。Cas9由合成的单链引导RNA(sgRNA)引导,靶向特定的基因组区域,从而导致DNA双链断裂。除了利用Cas9核酸酶进行基因编辑外,CRISPR-Cas9技术还发展成为一种序列特异性的基因调控工具6。通过开发出催化失....
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动物实验按照坎皮纳斯大学《实验动物护理和使用指南》进行(实验动物使用协议编号 CEUA #5810-1/2021)。
1. 分子克隆
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AdipoSPH 小鼠系通过繁育 SPH 与 Adipoq-Cre 小鼠品系而获得。两个小鼠品系均具有 C57BL6J-DBA/2J 杂交背景(根据商业供应商信息;参见 材料列表SPH小鼠品系最初由Zhou等人描述。14.
体内 通过 AdipoSPH 介导的 Prdm16 过表达促进米色脂肪细胞发育
为评估本研究所描述模型形成米色脂肪细胞的能力 体内将携带靶向Prdm16基因sgRNA的腺相关病毒注射至AdipoSPH小鼠的腹股沟白色脂肪组织。Prdm16是决定米色脂肪细胞发育与功能的明确转录因子。20,21需要说明的是,此处我们选择了一种经过先前测试和验证的、靶向内源性 Prdm16 基因的 sgRNA。14携带空载 s.......
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CRISPR 技术最有用的非编辑应用之一是通过 CRISPRa 系统激活内源性基因,从而研究基因功能6。SPH 是一种高效的 CRISPRa 系统,最初被报道可通过靶向多个神经发生相关基因,诱导星形胶质细胞转化为活性神经元14。在本研究中,AdipoSPH 被证明是研究米色脂肪生物学的合适工具,其通过激活脂肪细胞中内源性 Prdm16 的表达发挥作用。SPH 诱导的脂肪细胞中 Prdm16 过表达可激活产热基因程序,并诱导出现米色化表型,该表型模拟了此前报道的 Prdm16 转基因(Tg)小鼠模型23。本研究选择 Prdm16 作为诱导米色脂肪细胞的靶基因,是基于该转录因子在调控棕色和米色脂肪分化过程中的核心作用,以及其在成熟脂肪细胞中对产热基因程序(例如,增强 Ucp1 表达)的调控功能。然而,当前模型允许研究人员根据研究目的,选择性地过表达任意内源性基因。
研究脂肪组织生物学的传统转基因模型依赖于基因改造的啮齿类动物,这些动物在脂肪细胞.......
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢来自巴西坎皮纳斯州立大学(Unicamp)实验动物科学生物学多学科研究中心(Cemib)的支持,该中心协助生成了AdipoSPH小鼠;同时感谢免疫代谢与细胞信号传导实验室以及国家科学技术研究所——光子学在细胞生物学中的应用(INFABIC)提供的全部实验支持。本研究获得圣保罗研究基金会(FAPESP)的经费支持:2019/15025-5;2020/09308-1;2020/14725-0;2021/11841-2。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3,3',5-三碘-L-甲状腺原氨酸 | Sigma-Aldrich | T2877 | |
| 3-异丁基-1-甲基黄嘌呤 | Sigma-Aldrich | I5879 | |
| AAVpro 293T 细胞系 | Takarabio | 632273 | |
| Amicon Ultra 离心滤膜 | Merckmillipore | UFC510008 | 100 KDa |
| 地塞米松 | Sigma-Aldrich | D1756 | |
| 杜氏改良伊格尔培养基(DMEM) | Corning | 10-017-CV | |
| 杜氏改良伊格尔培养基(DMEM)F-12,含 GlutaMAX™ 添加剂 | Gibco | 10565-018 | 高浓度葡萄糖、氨基酸和维生素 |
| 杜氏磷酸盐缓冲液(DPBS) | Sigma-Aldrich | D8662 | |
| Excelta 自开式显微剪刀 | Fisher Scientific | 17-467-496 | |
| 胎牛血清 | Sigma-Aldrich | F2442 | |
| Fisherbrand 细胞刮刀(100 个装) | Fisher Scientific | 08-100-241 | |
| Fisherbrand 高精度直头锥形超细尖镊子/持针钳 | Fisher Scientific | 12-000-122 | |
| Fisherbrand 尖头解剖剪刀 | Fisher Scientific | 08-940 | |
| 甘油 | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
| 六亚甲基溴化铵(Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
| 吲哚美辛 | Sigma-Aldrich | I7378 | |
| 胰岛素 | Sigma-Aldrich | I9278 | |
| LigaFast 快速 DNA 连接系统 | Promega | M8225 | |
| 质粒大提纯化试剂盒 | Qiagen | 12162 | |
| 微升注射器 | Hamilton | 80308 | 型号 701 |
| NEB 10-beta/Stable | New England Biolabs | C3019H | E. coli 感受态细胞 |
| pAAV2/8 | Addgene | 112864 | |
| pAAV-U6-gRNA-CBh-mCherry | Addgene | 91947 | |
| pAdDeltaF6 | Addgene | 112867 | |
| PEG 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | |
| 青霉素/链霉素 | Gibco | 15140-122 | |
| 聚乙烯亚胺 | Sigma-Aldrich | 23966 | 线性,分子量 25000 |
| 聚维酮碘 | Rioquímica | 510101303 | 消毒剂 |
| 罗格列酮 | Sigma-Aldrich | R2408 | |
| SacI 酶 | New England Biolabs | R0156 | |
| Surgical Design Premier Adson 镊子 | Fisher Scientific | 22-079-741 | |
| 注射器 | Hamilton | 475-40417 | |
| T4 DNA 连接酶 | Promega | M180B | |
| T4 DNA 连接酶缓冲液 | New England Biolabs | B0202S | |
| T4 PNK 酶试剂盒 | New England Biolabs | M0201S | |
| 盐酸曲马多 | SEM | 43930 | |
| Vidisic 凝胶 | Bausch + Lomb | 99620 |
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