Das Protokoll präsentiert die In-vitro-Transkription (IVT) von chemisch modifizierter mRNA, die kationische Liposomenpräparation und die funktionelle Analyse von Liposomen-aktivierten mRNA-Transfektionen in Säugetierzellen.
Methodenartikel
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Das Protokoll präsentiert die In-vitro-Transkription (IVT) von chemisch modifizierter mRNA, die kationische Liposomenpräparation und die funktionelle Analyse von Liposomen-aktivierten mRNA-Transfektionen in Säugetierzellen.
In den letzten Jahren hat sich chemisch modifizierte Boten-RNA (mRNA) zu einem potenten Nukleinsäuremolekül für die Entwicklung einer Vielzahl von therapeutischen Anwendungen entwickelt, darunter eine neuartige Klasse von Impfstoffen, Proteinersatztherapien und Immuntherapien. Unter den Verabreichungsvektoren haben sich Lipid-Nanopartikel als sicherer und wirksamer bei der Abgabe von RNA-Molekülen erwiesen (z. B. siRNA, miRNA, mRNA), und einige Produkte sind bereits im klinischen Einsatz. Um die Lipid-Nanopartikel-vermittelte mRNA-Verabreichung zu demonstrieren, präsentieren wir ein optimiertes Protokoll für die Synthese von funktioneller me1Ψ-UTP-modifizierter eGFP-mRNA, die Präparation von kationischen Liposomen, die elektrostatische Komplexbildung von mRNA mit kationischen Liposomen und die Bewertung der Transfektionseffizienz in Säugetierzellen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Modifikationen die Stabilität von mRNA effizient verbesserten, wenn sie mit kationischen Liposomen verabreicht wurden, und die Effizienz und Stabilität der eGFP-mRNA-Translation in Säugetierzellen erhöhten. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die gewünschte mRNA zu synthetisieren und mit kationischen Liposomen für die Zielgenexpression in Säugetierzellen zu transfizieren.
Als therapeutisches Molekül bietet mRNA im Vergleich zu Plasmid-DNA (pDNA) mehrere Vorteile, da sie nicht-integrativ ist und nicht-mitotische Zellen transfizieren kann1. Obwohl die mRNA-Verabreichung bereits in den frühen 1990er Jahren nachgewiesen wurde, waren die therapeutischen Anwendungen aufgrund ihrer mangelnden Stabilität, ihrer mangelnden Immunaktivierung und ihrer geringen translationalen Effizienz begrenzt2. Kürzlich identifizierte chemische Modifikationen wie Pseudouridin-5'-triphosphat (Ψ-UTP) und Methyl-Pseudouridin-5'-triphosphat (me1Ψ-UTP) auf mRNA halfen, diese Einschränkungen zu überwinden, revolutionierten die mRNA-Forschung und machten mRNA wiederum zu einem vielversprechenden Werkzeug sowohl in der Grundlagen- als auch in der angewandten Forschung. Das Anwendungsspektrum reicht von der Erzeugung von iPSCs über die Impfung bis hin zur Gentherapie 3,4.
Parallel zu den Fortschritten in der mRNA-Technologie machten bedeutende Fortschritte bei nicht-viralen Verabreichungssystemen die Verabreichung von mRNA effektiv, so dass diese Technologie für mehrere therapeutische Anwendungen möglich ist5. Unter den nicht-viralen Vektoren haben sich Lipid-Nanopartikel als wirksam bei der Abgabe von Nukleinsäuren erwiesen 6,7. Vor kurzem hat Alnylam von der FDA die Zulassung für lipidbasierte siRNA-Medikamente zur Behandlung von Lebererkrankungen erhalten, darunter Patisiran zur Behandlung von hereditärer Transthyretin-vermittelter Amyloidose (hATTR-Amyloidose) und Givosiran zur Behandlung von akuter hepatischer Porphyrie (AHP)8. Während der COVID19 Pandemie haben lipidverkapselte mRNA-basierte Impfstoffe von Pfizer-BioNtech und Moderna ihre Wirksamkeit unter Beweis gestellt und die FDA-Zulassungen erhalten 9,10. Daher hat die lipidgestützte mRNA-Verabreichung ein großes therapeutisches Potenzial.
Hier beschreiben wir ein detailliertes Protokoll für die Herstellung von chemisch modifizierter, in vitro transkribierter eGFP-mRNA, kationische Liposomenpräparation, mRNA-Lipid-Komplex-Optimierung und Transfektionen in Säugetierzellen (Abbildung 1).
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1. Herstellung von me1 Ψ-UTP-modifizierter mRNA
2. Herstellung von kationischen Liposomen und Bewertung der in vitro mRNA-Transfektionseigenschaften
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Wir optimierten das Protokoll für die me1Ψ-UTP-modifizierte mRNA-Produktion, die Liposomenpräparation und mRNA-Transfektionsexperimente mit kationischen Liposomen in mehreren Säugetierzellen (Abbildung 1). Zur Synthese von mRNA wurde das Säugetiercodon-optimierte eGFP IVT-Template aus dem mEGFP-N1-Säugetierexpressionsvektor amplifiziert und durch organische Extraktion/Ethanolfällungsmethode gereinigt (Abbildung 2). Später wurden me1Ψ-UTP-modifizierte RNA und mRN...
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Therapeutische Anwendungen von unmodifizierten mRNAs waren aufgrund ihrer kürzeren Halbwertszeit und ihrer Fähigkeit, intrazelluläre angeborene Immunantworten zu aktivieren, begrenzt, was wiederum zu einer schlechten Proteinexpression in transfizierten Zellen führte11. Katalin et al. zeigten, dass RNA, die modifizierte Nukleoside wie m5C, m6A, ΨU und me1Ψ-UTP enthält, die TLR-Aktivierung vermeiden kann12. Noch wichtiger ist, dass der Einbau...
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Keine Offenlegungen
MS dankt dem Department of Biotechnology, Indien, für die finanzielle Unterstützung (BT/PR25841/GET/119/162/2017), Dr. Alok Srivastava, Leiter, CSCR, Vellore, für seine Unterstützung und Dr. Sandhya, CSCR Core Facilities for Imaging and FACS Experiments. Wir danken R. Harikrishna Reddy und Rajkumar Banerjee, Applied Biology Division, CSIR-Indian Institute of Chemical Technology Uppal Road, Tarnaka, Hyderabad, 500 007, TS, Indien, für ihre Hilfe bei der Analyse der physikalisch-chemischen Daten der Liposomen. Vigneshwaran V und Joshua A, CSCR für ihre Hilfe bei der Videoerstellung.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Agarose | Lonza | 50004 | |
| Bad-Ultraschallgerät | DNMANM Industries | USC-100 | |
| Kationisches Lipid | Labor | ||
| Chlorofrom | MP biomedicals | 67-66-3 | "Vorsicht" |
| Cholesterin | Himedia | GRM335 | |
| DEPC Wasser | SRL BioLit | 66886 | |
| DMEM | Lonza | 12-604F | |
| DNA Leiter | GeneDireX | DM010-R50C | |
| DOPE | TCI | D4251 | |
| EDTA Natriumsalz | MP biomedizinisch | 194822 | |
| Ethanol | Hayman | F204325 | "Vorsicht" |
| Fötales Rinderserum | Gibco | 10270 | |
| Durchflusszytometrie | BD | FACS Celesta | |
| Fluroszenmikroskop | Leica | MI6000B | |
| Gel Dokumentationssystem | Cell Biosciences | Flurochem E | |
| Eisessig | Fisher Scientific | 85801 | "Vorsicht" |
| mEGFP-N1, Säugetier-Expressionsvektor | Addgene | 54767 | |
| N1-Methylpseudo-UTP | Jena Bioscience | NU-890 | |
| Phenol:Chloroform:isoamylalchol (25:24:1), pH 8,0 | SRL BioLit | 136112-00-0 | "Vorsicht" |
| Phosphatpuffer Kochsalzlösung (PBS), pH 7,4 | CellClone | CC3041 | |
| Sonden-Ultraschallgerät | Sonics Vibra Cells | VCX130 | |
| RNA-Leiter | NEB | N0362S | |
| RNase-Inhibitor | Thermo Scientific | N8080119 SafeView-Farbstoff | |
| abm | G108 | ||
| Natriumacetat | Sigma | S7545 | |
| Thermocycler | Angewandte Biosysteme | 4375786 | |
| Thermomixer | Eppendrof | 22331 | |
| Tris-Puffer | SRL BioLit | 71033 | |
| Trypsin | Gibco | 25200056 |
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