2022年5月18日
我们开发了一种新的功能缺失研究方法,该方法通过利用人工微小RNA序列的导入及其在鸡胚基因组中的整合来实现 在卵内 电穿孔与Tol2转座子系统。该技术为研究发育过程中基因功能提供了高效且稳定的基因敲低方法。
该方法为鸡胚视网膜发育研究提供了一种功能缺失的研究手段。该技术可在视网膜的特定区域实现对靶基因的快速且持续的抑制。此方法也可应用于鸡胚的其他部位,包括神经组织和非神经组织。
进行体内电穿孔时,通过将25毫克快绿FCF溶解于10毫升PBS中配制0.25%快绿溶液,然后使用0.2微米注射器滤器过滤该溶液。接下来,通过将microRNA翡翠绿色荧光蛋白质粒与Tol2转座酶表达质粒按2:1的比例混合,制备DNA混合注射液。然后按1:10的比例将制备好的快绿溶液加入DNA混合液中,以便可视化注射区域。
接下来,设置显微注射装置。该装置由一个汉密尔顿注射器、一根18号两英寸针头、一段两厘米长的聚氯乙烯管以及一根微毛细管针头组成。用重矿物油填充汉密尔顿注射器,然后将18号针头连接到注射器上,并通过推动注射器活塞使矿物油充满针头内部空间。
接下来,将聚氯乙烯管连接到针头末端,并用油充满管道。将拉制的微移液针连接到管道上。然后在解剖显微镜下,使用精细镊子将针尖折断,使其顶端直径为10至20微米,形成一个小开口。
用油充满整个针头。接下来,将五微升带颜色的DNA混合液滴加到培养皿上。在解剖显微镜下,将微量移液器针头的尖端插入培养皿中的DNA溶液,然后缓慢将溶液吸入针头中。
当针头内外压力达到平衡后,将针尖从DNA溶液中取出,并保持浸没在小烧杯中的无菌PBS中,直至进行注射。然后设置电穿孔装置,使用电极夹将一对铂电极牢固地固定在显微操作器上。调节电极尖端之间的距离至2毫米,并通过导线将电极连接至方波脉冲发生器。
接下来进行DNA显微注射时,从孵育器中取出一枚受精的白来航鸡鸡蛋,用浸有70%乙醇的纸巾擦拭蛋壳表面。然后将一根18号针头连接至10毫升注射器上,从鸡蛋的钝端斜向下插入针头,以避免损伤蛋黄。从鸡蛋中抽出2至3毫升蛋清后,用一小片透明胶带封住穿刺孔,并用透射光照射鸡蛋(照蛋),确认胚胎和卵黄膜已与蛋壳分离。
接着,使用镊子从鸡蛋顶部移除一块蛋壳,暴露胚胎。在电穿孔过程中,任何时候均不得超过五个鸡蛋进行开窗操作,以防止胚胎干燥。将针头尖端以45度角从视泡的近端侧插入,缓慢按压注射器推杆,注入DNA混合液,直至蓝色溶液充满腔室。
拔出针头,并将其尖端重新放入 PBS 中。进行电穿孔时,将脉冲电压设为 15 伏,脉冲时长设为 15 毫秒,脉冲间隔设为 915 毫秒,脉冲次数设为五次。在胚胎卵黄膜上滴加数滴 HBSS 后,使用显微操作仪将电极垂直于胚胎的头尾轴方向缓缓浸入 HBSS 中。
将电极置于视泡两侧,确保电极不接触胚胎或血管,然后施加脉冲电场。电穿孔完成后,移除电极,并用浸水的无菌棉签轻轻清洁电极,以避免白蛋白积聚。用透明胶带密封窗口,将胚胎重新放入培养箱中继续孵育,直至达到所需发育阶段。
将单个pre-microRNA序列转染至表达Nel AP的HEK293T细胞中,发现针对第482至502、910至930以及2461至2481位核苷酸的构建体可显著抑制Nel的表达。将两个microRNA序列串联后,基因敲低效率显著提高。与未串联的单个pre-microRNA序列相比,所有三种组合均表现出更强的抑制活性。
转染后至少13天仍可观察到显著的抑制效果。当将靶向第482至502位和第2461至2481位核苷酸的Nel前体miRNA构建体与转座酶表达载体共转染至鸡视网膜时,在胚胎发育第4.5天,视网膜色素上皮细胞中表达翠绿色GFP的细胞内Nel表达显著降低。在8天龄的胚胎中,视网膜神经节细胞内的Nel表达也有所下降。
相比之下,对照 microRNA 的导入并未影响视网膜中 Nel 的表达。通过该操作,可采用多种方法检测靶基因抑制的效果,例如细胞增殖与分化、细胞死亡以及细胞和轴突示踪分析。
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本文介绍了一种利用Tol2转座子系统递送人工microRNA(miRNA)并通过转基因表达实现鸡胚视网膜发育过程中基因沉默的稳健方法。该方案可实现对目标基因稳定、高效且持久的抑制,有助于开展视网膜发育相关的功能缺失研究,并可能适用于鸡胚其他组织的研究。
稳健的基因功能缺失策略对于早期发现阶段的靶点验证和机制去风险至关重要。Tol2转座子介导的人工微小RNA系统可在鸡视网膜中实现持续且区域特异性的基因沉默,填补了发育神经生物学领域功能基因组学的一项长期空白。该技术能力有助于在发现与临床前研究流程中实现可预测的信心评估和基于风险的决策制定。
这种基因沉默方法可融入从早期假设验证到临床前模型确证的整个发现过程,尤其适用于发育生物学和神经生物学研究。