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Adipositas nimmt weltweit deutlich zu und führt zu einem breiten Spektrum von Stoffwechselerkrankungen 1,2,3. Das Fettgewebe ist der Schlüssel zu diesen Pathologien. Die beiden funktionell unterschiedlichen Arten von Fettgewebe, die es gibt, sind weißes Fettgewebe (WAT), das überschüssige Kalorien speichert, und braunes Fettgewebe (BAT) und das damit verbundene beige/britische Fett, das Energie für die Thermogenese abführt. Während BAT für seine energieableitende Funktion anerkannt ist, hat es auch endokrine Funktionen durch die Produktion bioaktiver Moleküle, die den Stoffwechsel in distalen Organen regulieren 4,5. Zahlreiche Studien an Nagetieren haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Menge oder Aktivität von braunem oder beigem Fett zu einem erhöhten Energieverbrauch und einer verbesserten Insulinsensitivität führt. Beim Menschen haben Menschen mit nachweisbarer BAT eine signifikant geringere Prävalenz von kardiometabolischen Erkrankungen6. Somit birgt BAT ein ausgezeichnetes therapeutisches Potenzial für Adipositas-bedingte metabolische Folgeerkrankungen 7,8,9.
Um die Physiologie und Pathophysiologie der BAT-Entwicklung und -Funktion zu untersuchen und die molekularen Mechanismen aufzuklären, die an diesen Prozessen beteiligt sind, ist das BVT-spezifische transgene Mausmodell eine Methode der Wahl10. Das Cre-LoxP-Rekombinationssystem ist die am häufigsten verwendete Methode, um bedingte Knockout-Mäuse durch Editierung des Mausgenoms zu erzeugen. Dieses System hat die Modifikation (Überexpression oder Knockout) von Genen von Interesse auf gewebe-/zellspezifische Weise ermöglicht11. Es kann auch verwendet werden, um einen bestimmten Zelltyp zu markieren, indem ein selektives fluoreszierendes Reportergen exprimiert wird.
In jüngster Zeit wurde der Cre-LoxP-Systemansatz durch die Kombination der CRISPR-Cas9-Technologie und des Adeno-assoziierten Virus (AAV) Single-Guide RNA (sgRNA)-Systems weiterentwickelt12. Das CRISPR-Cas9-System ist ein spezifisches und effizientes Werkzeug zur Genom-Editierung, um bestimmte Regionen des Genoms zu modifizieren, zu regulieren oder gezielt anzusprechen13. Die CRISPR-Cas9-basierte Genom-Editierung ermöglicht eine schnelle genetische Manipulation genomischer Loci, da sie keine homologe Rekombination mit einem Gen-Targeting-Vektor erfordert. Kombinierte Cre-LoxP-, CRISPR-Cas9- und AAV-sgRNA-Techniken ermöglichen es Forschern, Genfunktionen genauer zu verstehen, indem sie die Untersuchung der Rolle von Genen von Interesse zu gewünschten Zeitpunkten in Geweben/Zellen ermöglichen. Darüber hinaus reduzieren diese kombinierten Techniken den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Erzeugung transgener Mäuse und ermöglichen die zeitliche Kontrolle der CRISPR-Cas9-Aktivität für die induzierbare Genom-Editierung in Mäusen, wenn eine induzierbare Cre-Linie verwendet wird14.
AAV-Vektoren sind sichere und effektive In-vivo-Gentransfersysteme. AAVs, die auf Fettgewebe abzielen, hinken jedoch der Anwendung in anderen Geweben wie Gehirn, Herz, Leber und Muskel hinterher15. Aufgrund der relativ geringen Transduktionseffizienz und des Tropismus mit natürlich vorkommenden Serotyp-Vektoren ist der AAV-gesteuerte Gentransport in das Fettgewebe nach wie vor eine Herausforderung15. In den letzten 5 Jahren haben wir und andere erfolgreich effektive und minimalinvasive Wege etabliert, um AAV-gesteuerte Gene in das Fettgewebe einzuschleusen, und Mausmodelle erstellt, die es uns ermöglichen, ein Verständnis der Gene zu erlangen, die an der Regulation der BAT-Funktion beteiligt sind16,17,18,19. Zum Beispiel haben wir durch die Verwendung von AAV8 zur Einschleusung von sgRNA, die auf Alox12 abzielt, die für 12-Lipoxygenase (12-LOX) kodiert, in die BAT der Ucp1-Cre/Cas9-Mäuse entdeckt, dass aktivierte BAT 12-LOX-Metaboliten produziert, nämlich 12-Hydroxy-Eicosapentaensäure (12-HEPE) und 13R, 14S-Dihydroxydocosahexaensäure (Maresin 2), um den Glukosestoffwechsel zu regulieren bzw. Adipositas-assoziierte Entzündungen zu beheben16. 17. Der Teufel Hier stellen wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zu den technischen Verfahren zur Verfügung, insbesondere zur Operation zur direkten Mikroinjektion von AAV-sgRNA in die BAT-Lappen, um BAT-spezifische Knockout-Mäuse mit dem kombinierten Cre-LoxP-, CRISPR-Cas9- und AAV-sgRNA-System zu erzeugen.