מוצג כאן פרוטוקול לביצוע מניפולציה גנטית במוח החמוס העוברי באמצעות באלקטרואידיות הרחם. שיטה זו מאפשרת מיקוד של תאי האבות העצביים בneocortex ב vivo.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצג כאן פרוטוקול לביצוע מניפולציה גנטית במוח החמוס העוברי באמצעות באלקטרואידיות הרחם. שיטה זו מאפשרת מיקוד של תאי האבות העצביים בneocortex ב vivo.
מניפולציה של ביטוי גנים ב vivo במהלך התפתחות עוברית היא שיטת הבחירה בעת ניתוח התפקיד של גנים בודדים במהלך התפתחות היונקים. באלקטרואידיות הרחם היא טכניקת מפתח למניפולציה של ביטוי גנים במוח היונק העוברי בvivio. פרוטוקול לאלקטרו-אידוי הרחם של הניאו-קורטקס העוברי של החמוסים, טורף קטן, מוצג כאן. החמוס משמש יותר ויותר כמודל להתפתחות neocortex, כי neocortex שלה מציג סדרה של תכונות אנטומיות, היסטולוגיות, תאיות, מולקולריות אשר נמצאים גם פרימטים אנושיים ולא אנושיים, אבל נעדר במודלים מכרסמים, כגון עכבר או חולדה. באלקטרו אידוי הרחם בוצע ביום העוברי (ה) 33, שלב midneurogenesis ב חמוס. באלקטרואידציה ברחם מטרות תאי האבות העצביים רירית החדרים הצדדיים של המוח. במהלך neurogenesis, תאים אלה של הצבי להוות את כל סוגי תאים עצביים אחרים. עבודה זו מציגה תוצאות וניתוחים מייצגים ב- E37, יום לאחר הלידה (P) 1 ו- P16, התואמים ל- 4, 9 ו- 24 ימים לאחר האלקטרואידציה של הרחם, בהתאמה. בשלבים מוקדמים יותר, הצטמיות של תאים ממוקדים מורכבת בעיקר של תת סוגים עצביים שונים, ואילו בשלבים מאוחרים יותר רוב התאים המסומנו הם נוירונים postmitotic. לכן, באלקטרואידיות הרחם מאפשרת לחקור את ההשפעה של מניפולציה גנטית על התכונות הסלולריות והמולקולריות של סוגים שונים של תאים עצביים. באמצעות השפעתו על אוכלוסיות תאים שונים, באלקטרופורציה ברחם יכול לשמש גם למניפולציה של תכונות היסטולוגיות ואנטומיות של neocortex החמוס. חשוב לציין, כל ההשפעות האלה הן אקוטיות ומבוצעות עם ספציפיות spatiotemporal שנקבע על ידי המשתמש.
neocortex הוא הסדין החלקי של המוח היונקים ואת המושב של תפקודים קוגניטיביים גבוהיםיותר 1,,2,,3,,4,,5. על מנת להשיג מניפולציה גנטית חריפה neocortex היונקים ב vivo במהלך ההתפתחות העוברית, נחקרו שתי שיטות שונות: זיהוםנגיפי 6 ובאלקטרופורציהברחם 7. שתי השיטות מאפשרות פילוח יעיל של תאים ניאו-קליפטיים, אך סובלות ממגבלות מסוימות. היתרון העיקרי של אלקטרופורציה ברחם בהשוואה לזיהום נגיפי הוא היכולת להשיג ספציפיות מרחבית בתוך neocortex, אשר מושגת על ידי ויסות הכיוון של השדה החשמלי.
מאז אלקטרופורציה הוצגה לראשונה כדי להקל על הכניסה של DNA לתוך התאיםבמבחנה 8, זה הוחל כדי לספק DNA לתוך בעלי חוליות שונים ב vivo. במדעי המוח ההתפתחותיים, באלקטרו אידוי הרחם של neocortex העכבר דווח לראשונה ב 20019,10. שיטה זו מורכבת הזרקה של תערובת ה-DNA בחדר החוץ של המוח העוברי ויישום הבא של השדה החשמלי באמצעות אלקטרודות פינצטה, המאפשר דיוקמרחבי 7,11. באלקטרופורציה ברחם הוחל מאז כדי לספק חומצות גרעין על מנת לתמרן את הביטוי של גנים אנדוגניים או חוץ רחמים הוסיף neocortex העכבר. התקדמות חשובה נעשתה לאחרונה על ידי יישום המתודולוגיה של CRISPR / Cas9 בתיווך עריכת הגנום באמצעות אלקטרופורציה ברחם neocortex העכבר לבצע (1) הפרעה גנטית בנוירונים postmitotic12,,13 ותאי אבקדום עצבי 14,ו (2)גנום 15 ו אפיגנום16 עריכה.
זמן קצר לאחר הדיווח הראשון בעכבר, באלקטרופורציה של הרחם הוחל על neocortex חולדהעוברית 17,18. לא מכרסמים נותרו אתגר עד הראשון באלקטרו אידוי הרחם של חמוסים, טורף קטן, דווח ב 201219,20. מאז, באלקטרו אידוי הרחם של חמוסים הוחל כדי ללמוד את המנגנונים של התפתחות neocortex על ידי תיוג של פרוטוורים עצבייםונוירונים 20,21,2222,23, מניפולציה הביטוי של גנים אנדוגניים, כולל השימוש בטכנולוגיית CRISPR/Cas924, ועל ידי אספקת גנים חוץ רחמיים21 , 22,2522,כוללגנים ספציפיים לאדם 26. יתר על כן, באלקטרואידציה של רחם של חמוסים שימש כדי לטפל בתכונות של התפתחות neocortex אנושי בתנאיםפתולוגיים 27,28.
בהקשר של התפתחות neocortex, היתרונות של שימוש חמוסים כמו אורגניזם מודל לעומת עכברים הם בשל העובדה כי חמוסים טוב יותר לסכם סדרה של תכונות דמויי אדם. ברמה האנטומית, חמוסים מציגים תבנית אופיינית של קיפול קליפתי, אשרקיים גםבפרימטים אנושיים ורוב האחרים, אבל נעדר לחלוטין בעכברים אוחולדות 4,29,30,31. ברמה ההיסטולוגית יש שני אזורי נבט תת-ורטרליים נפרדים, המכונים האזורים התת-ורטרליים הפנימיים והפנימיים (ISVZ ו-OSVZ, בהתאמה)32,33,המופרדים על ידי שכבת הסיביםהפנימית 23. תכונות אלה משותפות גם עם פרימטים, כולל בני אדם, אך לא עם עכברים34. ISVZ ו OSVZ ב חמוסים ובני אדם מאוכלסים בשפע תאים עצביים אב אדם, בעוד האזור subventricular (SVZ) של עכברים מכיל רק אבות עצבייםדליל 21,32,35,36. ברמה התאית, חמוסים להפגין שיעור גבוה של תת סוג של אבות עצביים המכונה גליה בסיס או רדיאלית החוצה (bRG או oRG, בהתאמה), אשר נחשבים אינסטרומנטליים עבור ההתרחבות האבולוציונית של neocortexיונקים 34,37,38. bRG הם מכאן מאוד בשפע neocortex חמוס העוברי העוברי, אבל הם נדירים מאוד neocortex העכברהעוברי 35,36. יתר על כן, חמוס bRG מראה הטרוגניות מורפולוגית דומה לזה של bRG אנושי, הרבה יותר טוב עכבר bRG21. לבסוף, ברמה המולקולרית, פיתוח neocortex חמוס מראה דפוסי ביטוי גנים דומים מאוד לאלה של neocortex אנושי עוברי, אשר נחשבים לשלוט בהתפתחות של קיפול קליפתי, בין היתר39.
המאפיינים הביולוגיים והמולקולריים של החמוס bRG הופכים אותם לתווססים מאוד, בדומה ל-bRG האנושי. התוצאה היא ייצור מוגבר של נוירונים ופיתוח של neocortex מורחב ומורכב מאוד34. מאפיינים אלה הופכים חמוסים אורגניזמים מודל מעולה לחקר תכונות דמויי אדם של התפתחות neocortex כי לא ניתן לדגמןבעכברים 26,40. כדי לנצל את מלוא היתרונות של החמוס כאורגניזם מודל השיטה שהוצגה פותחה. הוא מורכב באלקטרו-אידוי רחם של עוברי חמוס E33 עם פלסמיד המביע GFP (pGFP) תחת שליטה של מקדם בכל מקום, CAG. לאחר מכן ניתן לנתח את העוברים המאלקטרו-אידויים באופן עוברי או לאחר הלידה. על מנת להפחית את מספר בעלי החיים שהוקרבו, חמוסים נקבה (ג'יל) מחטאים על ידי כריתת רחם ותרמו לאימוץ כחיות מחמד. אם העוברים המיויעדים נקטפים בשלבים עובריים, מתבצע ניתוח שני ועוברים מוסרים על ידי ניתוח קיסרי, בעוד שהנוברים עוברים כריתת רחם. אם העוברים המיויעדים מנותחים בשלבים שלאחר הלידה, ג'יל עובר כריתת רחם לאחר שהגורים נ גנחו או הוקרבו. לפיכך, מוצג גם פרוטוקול כריתת הרחם של ג'יל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים הניסיוניים התנהלו בהסכמה עם החקיקה הגרמנית לרווחת בעלי חיים לאחר אישור ה-Landesdirektion Sachsen (רישיונות TVV 2/2015 ו-TVV 21/2017).
1. הכנה לאלקטרואידציה ברחם
2. הכנת חמוסים לניתוח
3. באלקטרו אידוי הרחם של חמוסים
4. טיפול לאחר הניתוח ודיור של בעלי חיים ממוקדים
5. כריתת רחם של חמוסים
הערה: כריתת רחם מתבצעת כדי להפחית את מספר בעלי החיים שהוקרבו כך בעלי החיים שעברו עיקור ניתן יהיה תרם לאימוץ כחיות מחמד. ההליך הקדם-כירורגי של כריתת רחם זהה לתהליך 2.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באלקטרואידציה של רחם של חמוסים ב E33 הביא מיקוד של תאי אב עצבי רירית פני השטח בחדר של neocortex עוברי(איור 1). תאים אלה נקראים progenitors אפי והם מאוד משגשגים, מה שנוצר את כל סוגי התאים האחרים במהלך הפיתוח. על חלוקה אסימטרית, הצמרים apical יצרו עוד צווי אפי ותא מובדל יותר, בדרך כלל ציד בסיס (BP), אשר delaminated מפני השטח בחדר. BPs היגר לאזור הנביט המשני, SVZ. כאשר האלקטרואדידציה בוצעה ב- E33, BPs רבים שזה עתה נולדו היגרו לחלק הבאזל-רוב של SVZ, שם הם יצרו את OSVZ22.<...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באלקטרו אידוי הרחם חמוס היא טכניקה חשובה, עם יתרונות וחסרונות ביחס לשיטות אחרות. ישנם שלבים ומגבלות קריטיים לשיטה זו, כמו גם שינויים פוטנציאליים ויישומים עתידיים שיש לזכור.
מאז עבודתו החלוצית של ויקטור בורל ועמיתיו על מניפולציה גנטית של neocortex חמוס שלאחר הלידהבאמצעות אלקטרופורציה או הזרקהויראלית 35,42,43, החמוס הפך אורגניזם מודל נגיש גנטית. הקמת מניפולציה גנטית במהלך התפתחות עוברית באמצעות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לסופרים אין מה לחשוף.
אנו אסירי תודה לשירותים ומתקנים של מכון מקס פלאנק לביולוגיה וגנטיקה של תאים מולקולריים על התמיכה יוצאת הדופן הניתנת, במיוחד כל הצוות של השירותים הביו-רפואיים (BMS) על גידול מצוין של חמוסים וג'יי פיכל וצוותו של מתקן המיקרוסקופיה הקלה. אנו אסירי תודה במיוחד קטין Reppe ואנה Pfeffer מ BMS לתמיכה וטרינרית יוצאת דופן ליי Xing מהקבוצה Huttner לסיוע עם ניתוחים חמוס.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מזרק | BD | 309628 | אלקטרופורציה |
| 4-0 תפר ויקריל | Ethicon | V392ZG | ניתוח |
| תרסיס אלומיניום | cp-pharma | 98017 | ניתוח |
| אמוקסיצילין + חומצה קלבולנית (Synulox RTU) | WDT | 6301 | |
| מחזיק כובע | WPI | MPH6S12 | אלקטרופורציה |
| תמיסת משחת Dexpanthenol | באייר | 6029009.00.00 | |
| יריעת וילון לניתוח 45x75 ס"מ | אלקטרודה לניתוח | 2513052 הרטמן | |
| , ציפוי פלטינה 5 מ"מ | BTX | 45-0489 | אלקטרופורציה אלקטרופורציה |
| BTX | ECM830 | אלקטרופורציה | |
| ירוקה מהירה | סיגמא | F7258-25G | אלקטרופורציה |
| חמוס מוסטל פוטוריוס פורו | מרשל | NA | אורגניזם ניסיוני |
| מקור אור סיבים אופטיים | אולימפוס | KL1500LCD | מלקחיים אלקטרופורציה |
| Allgaier instrumente | 08-033-130 | מלקחיים לניתוח | |
| 3C-SA | רוביס טק | 3C-SA | מלקחיים לניתוח |
| 55 | דומוסטאר | 11295-51 | ניתוח |
| מלקחיים 5-SA | Rubis Tech | 5-SA | ניתוח |
| ספוגיות גזה גדולות | הרטמן | 401723 | ניתוח |
| ספוגיות גזה קטנות | ניתוח | 401721 הרטמן | |
| נוגדן GFAP | Dako | Z0334 | נוגדן |
| GFP | מעבדות Aves GFP1020 | נוגדן | |
| זכוכית (זכוכית בורוסיליקט עם נימה, OD: 1.2 מ"מ, תעודת זהות: 0.69 מ"מ, אורך 10 ס"מ) | מכשיר סאטר | BF120-69-10 | אלקטרופורציה |
| גלוקוז | בלה-פארם | K4011-02 | ניתוח |
| כרית חום | Hans Dinslage | Sanitas SHK18 | ניתוח |
| יוד (תמיסת בטדין 100 מ"ג/מ"ל) | Meda | 997437 | |
| Surgery Isofluran | CP | 21311 | |
| טיפים לטעינת ניתוח 20µ l | Eppendorf | # 5242 956.003 | Electroporation |
| Metamizol | WDT | 99012 | ניתוח |
| מספריים לניתוח מצנבאום | Aesculap | BC600R | ניתוח |
| חולץ מיקרופיפטה | מכשיר סאטר | דגם P-97 | אלקטרופורציה |
| pCAGGS-GFP | NA | NA מ- Kalebic et al., eLife, 2018 | |
| נוגדן PCNA | Millipore | CBL407 | נוגדן |
| pH3 נוגדן | Abcam | ab10543 | נוגדן |
| אזמל | Aesculap | ניתוח 294200104 | |
| מכונת גילוח | בראון | EP100 | ניתוח |
| Sox2 נוגדן | R+D מערכות | AF2018 | נוגדנים |
| מהדק כירורגי 13 ס"מ | WDT | 27080 | ניתוח |
| כף כפולה כירורגית (ויליגר) | WDT | 27232 | ניתוח |
| וילון כירורגי | WDT | 28800 | ניתוח |
| מספריים כירורגיים קטנים | FST | 14090-09 | ניתוח |
| מחזיק מחט תפירה | Aesculap | BM149R | |
| ניתוח נוגדן Tbr2 | Abcam | ab23345 | פיפטה להעברת נוגדנים |
| 3 מ"ל | פישר ניתוח 13439108 מדעי | ||
| אמבט מים | ניתוח Julabo | TW2 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.