פרוטוקול זה מציג מסגרת מתודולוגית מפורטת לטרנסגנזה מבוססת אלקטרופורציה של תאי לב בהתפתחות לבבות עכברים. נכסי הווידאו המסופקים כאן יקלו על למידה של טכניקה רב-תכליתית זו.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מציג מסגרת מתודולוגית מפורטת לטרנסגנזה מבוססת אלקטרופורציה של תאי לב בהתפתחות לבבות עכברים. נכסי הווידאו המסופקים כאן יקלו על למידה של טכניקה רב-תכליתית זו.
לב היונקים הוא איבר מורכב שנוצר במהלך ההתפתחות באמצעות אוכלוסיות מגוונות מאוד של תאי אב. מקורם, עיתוי גיוסם וגורלם של אבות אלה חיוניים להתפתחותו התקינה של איבר זה. המנגנונים המולקולריים השולטים במורפוגנזה של הלב חיוניים להבנת הפתוגנזה של מחלות לב מולדות והתחדשות לב עוברית. גישות קלאסיות לחקר מנגנונים אלה השתמשו ביצירת עכברים טרנסגניים כדי להעריך את תפקודם של גנים ספציפיים במהלך התפתחות הלב. עם זאת, טרנסגנזה של עכברים היא תהליך מורכב, גוזל זמן שלעתים קרובות לא ניתן לבצע כדי להעריך את תפקידם של גנים ספציפיים במהלך התפתחות הלב. כדי להתמודד עם זה, פיתחנו פרוטוקול לאלקטרופורציה יעילה ולתרבית של לבבות עובריים של עכברים, המאפשר טרנסגנזה חולפת להעריך במהירות את ההשפעה של רווח או אובדן תפקוד של גנים המעורבים בהתפתחות הלב. באמצעות מתודולוגיה זו, ביטאנו בהצלחה את Meis1 בלב העוברי, עם העדפה להתמרה של תאים אפיקרדיאליים, תוך הדגמת יכולות הטכניקה.
הלב הוא האיבר הראשון שנוצר במהלך ההתפתחות העוברית. תהליך זה כרוך בתיאום מרחבי-זמני של אוכלוסיות שונות של תאי אב מאזורים שונים של העובר. כל זה קורה בזמן שהלב המתפתח ממשיך לפעום ולתפקד, תוך הדגשת הקואורדינציה יוצאת הדופן הנדרשת להיווצרותו 1,2,3. בהתחשב בתפקיד המכריע של הלב, ויסות הדוק ברמה התאית והמולקולרית חיוני להיווצרותו התקינה 4,5. זיהוי המנגנונים השולטים בהתפתחות הלב מעורר עניין רב, שכן הם חיוניים לפענוח הפרעות לב מולדות, המשפיעות על מספר ניכר של חולים ברחבי העולם6. יתר על כן, הבנת התפתחות הלב היא חיונית בפענוח התחדשות הלב, שכן לבבות יונקים לאחר לידה שומרים על יכולת התחדשות שאובדת או מעוכבת בבגרות 7,8. כתוצאה מכך, ניתוח הרגולטורים המולקולריים של התפתחות הלב הוא הכרחי כדי לקדם את מאמצי המחקר על מחלות לב מולדות והתחדשות לב.
במרדף אחר מטרה זו, יש התמקדות הולכת וגוברת בחקירת תפקידו של האפיקרדיום בהתפתחות הלבוהתחדשות 9. האפיקרדיום הוא שכבה דקה של רקמה מזותלית שמהווה את השכבה החיצונית ביותר של לב היונקים (איור 1). מחקרים אחרונים הראו את חשיבותו של אפיקרדיום במהלך פגיעה לבבית, וחשפו כי רקמה זו מסוגלת לשלוח אותות התפשטות לקרדיומיוציטים באזור הפגוע כדי למתן את הנזק10,11. למרות חשיבותו של אפיקרדיום, ביצוע חקירות מולקולריות נוספות אותגר על ידי ההטרוגניות העצומה שלו. ניסויי RNAseq חד-תאיים חשפו את ההטרוגניות של האפיקרדיום, המאכלס תת-אוכלוסיות תאים מרובות עם חתימות שעתוק ברורות 12,13,14,15,16. לפיכך, אסטרטגיה לסינון רגולטורים פוטנציאליים של התפתחות הלב צריכה להתאים למגוון תאי האב האפיקרדיאליים.
במובן זה, ההתאמה של מודל העכבר לשינוי גנטי הקלה על זיהוי גנים רבים החיוניים להתפתחות הלב, ואפשרה יצירת קווים מוטנטיים עם רווח של תפקוד (GOF) או אובדן תפקוד (LOF) של גנים ספציפיים. עם זאת, גישות אלה מרמזות על השקעה ניכרת של זמן ומשאבים ניסיוניים; לכן, הם אינם מעשיים בעת הערכת תפקידיהם של מספר רב של גנים מועמדים. מלבד זאת, גנים התפתחותיים לעיתים קרובות מפעילים פונקציות פליוטרופיות ברקמות שונות או נדרשים להתפתחות עוברית מוקדמת, מה שפוגע בפרשנות תרומתם להתפתחות בתהליך מסוים. בעוד שניתן לכוון את תפקוד הגנים במבנים ספציפיים או בנקודות זמן התפתחותיות, זה בדרך כלל דורש שימוש במבנים גנטיים מורכבים יותר, אשר יכולים להיות קשים ליצירה או שאינם זמינים בדרך כלל.
כדי להתגבר על המגבלות האלה, אנו מציגים מתודולוגיה לאלקטרופורציה של לבבות עובריים של עכברים עבור טרנסגנזה חולפת (איור 2). בשילוב עם תרבית ex vivo ומיון תאים המופעלים על ידי פלואורסצנטיות (FACS), אסטרטגיה זו מדגימה את יכולותיה באמצעות GOF חולף של Meis1, גן מאופיין היטב המעורב בהתפתחות לבוהתחדשות 17,18,19. במאמר זה נחקרים גם יישומים פוטנציאליים אחרים של מתודולוגיה זו, ונדונים יתרונותיה ומגבלותיה, וכן בהשוואה לפרוטוקולים קיימים לוויסות זמני של ביטוי גנים. אנו מאמינים שהמסגרת והדוגמאות החזותיות שהוצגו ישפרו את ההבנה של ביולוגיה של אפיקרדיום במהלך התפתחות ומחלות.

איור 1: שכבות לב עובריות של עכברים. תרשים סכמטי של תצוגה קורונלית של לב עוברי עכבר E13-14. שלוש השכבות התאיות העיקריות של הלב מיוצגות בצהוב (אנדוקרדיום), אדום (שריר הלב) וכחול (אפיקרדיום). קרום הלב מיוצג בקו חום. ארבעת חדרי הלב מקוצרים כ-LV, החדר השמאלי; RV, החדר הימני; לוס אנג'לס, אטריום שמאלי; RA, אטריום ימני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: סקירה סכמטית של פרוטוקול אלקטרופורציה של הלב. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הנהלים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של ניסויים בבעלי חיים של CNIC ותאמו את החקיקה הנוכחית, כולל הנחיית האיחוד האירופי 2010/63EU והמלצה 2007/526/EC, כפי שנאכפה על ידי החוק הספרדי תחת צו אמיתי 53/2013. עבור פרוטוקול זה, נקבות עכברי בר מסוג CD-1 בגילאי 15-21 שבועות הועסקו. פרטים על בעלי החיים, ריאגנטים וציוד בשימוש מפורטים בטבלת החומרים.
1. פלסמיד והכנת כלים
2. דיסקציה של עוברים ושאיבת לב
3. אלקטרופורציה בלב ותרבות ex vivo

איור 3: מערך אלקטרופורציה. (A) התקנה המשמשת להתחשמלות. חיצים אדומים מציינים את האלקטרופורטור, האלקטרודות וצלוחית הפטרי שבה הלבבות מתחשמלים. (א') פירוט קרוב של מחט האלקטרופורציה כפי שמודגש ב-(A) על ידי המלבן הלבן. (B) פירוט המרחק המותאם של האלקטרודות המשמשות בלבבות E12.5. (C) ייצוג סכמטי של האלקטרופורציה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
4. מיון תאים וניתוח אימונוהיסטוכימיה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי להדגים את יעילותה של טכניקה זו בביצוע ניסויי רווח של תפקוד (GOF) עבור רגולטורים התפתחותיים רלוונטיים של הלב, התחשמל מבנה המבטא יתר על המידה את גורם השעתוק Meis1. כדי להשיג זאת, RNA הופק מעוברים E9.5, ושעתוק לאחור בוצע כדי לקבל DNA משלים (cDNA). באמצעות שימוש ב-cDNA כתבנית, רצף הקידוד Meis1 שוכפל (טבלה משלימה 1) לפלסמיד ביטוי pCAG (להלן pCAG::Meis1), בעוד שפלסמיד מכונן המבטא GFP (pCAG::GFP) שימש כבקרה. לאחר מכן הלבבות התחשמלו באמצעות pCAG::GFP בלבד או בשילוב עם pCAG::Meis1.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באופן כללי, המתודולוגיה המתוארת כאן מציעה מסגרת איתנה לביטוי מבנים טרנסגניים באפיקרדיום המתפתח (איור 4B), כפי שמודגם על-ידי ביטוי יתר של Meis1 (איור 4C). עם המבנים המתאימים, פרוטוקול זה יכול לשמש כדי להעריך באופן זמני את ההשפעה של רווח של תפקוד (GOF) או אובדן תפקוד (LOF) של גן מסוים. LOF יכול להיות מיושם בטכניקה על ידי הדבקת פלסמיד המכוון לגן מועמד באמצעות הפרעות RNA26. ההערכה המהירה של הגן GOF או LOF מועילה במיוחד, במיוחד בהתחשב בהטרוגני...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
מחקר זה נתמך על ידי מענק RTI2018-097617-J-I00 מ- Ministerio de Ciencia e Innovación הספרדי ו- Acción 9 מאוניברסיטת חאאן ל- O.H.O. Grant PGC2018-096486-B-I00 מה- Ministerio de Ciencia e Innovación הספרדי ומענק H2020-MSCA-ITN-2016-722427 מתוכנית Horizon 2020 של האיחוד האירופי ל- M.T. JMG נתמך על ידי מלגת דוקטורט ממשרד המדע הספרדי וקרן Severo Ochoa (PRE2022-101884). הן CNIC והן CBMSO נתמכים על ידי משרד המדע הספרדי, וה- CNIC נתמך על ידי קרן ProCNIC.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| #55 מלקחיים | דומונט | 11295-51 | |
| 12 בארות צלחת תרבית תאים מרובת בארות BD | פלקון | 353043 | |
| 35 מ"מ שולחן מלחציים | גרנדדו | 8798771617573 | |
| 40 ומיקרו; m מסננת תאים | פישר סיינטיפיק | 08-771-1 | |
| צינורות 50 מ"ל | BD Falcon | 352070 | |
| 70 ומיקרו; m מסננת תאים | קורנינג | CLS431751 | |
| נוגדן פוליקלונלי אנטי-GFP | Invitrogen | A10262 | דילול 1:1000 בשימוש |
| אנטי-מיוזין 4 (MF20) נוגדן חד-שבטי | Invitrogen | 14-6503-82 | 1:500 דילול בשימוש |
| CD1 עכברים | המסופקים על ידי יחידה לבעלי חיים (CNIC) | ||
| Caspase-3 (Asp175) | איתות תאי נוגדנים טכנולוגיות | 9661 | דילול 1:400 בשימוש |
| DAPI | Cell Signalling Technologies | 4083 | דילול 1:1000 בשימוש |
| Dispase/collagenase | Roche | 10269638001 | |
| מים מזוקקים | |||
| DMEM - Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 10313021 | |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen | 10438-026 | |
| Heracell 150i CO2 אינקובטור | תרמו מדעי | 51032720 | |
| Leica מיקרוסקופ סטריאוסקופי S8AP0 | Leica | 11524102 | |
| Liberase | Roche | 5401119001 | |
| חולץ מיקרופיפטה דגם P-97 | מכשיר סאטר | SU-P-97 | |
| ביטוי pCAG פלסמיד | Addgene | #89689 | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | Invitrogen | 15070-063 | |
| צלחות פטרי 35 & פעמים; 10 מ"מ | BD פלקון | 351008 | |
| צלחות פטרי 60 & פעמים; 15 מ"מ | BD Falcon | 353002 | |
| פנול אדום | Merck | P3532 | |
| קצות | בשימוש חוזר מציוד | ||
| מעבדה ישןעובר תרבית סרום חולדות, חולדות זכר SPRAGUE DAWLEY RjHan SD | Janvier Labs | 9979 | |
| חלבון גידול רקומביננטי נגד וילמס 1 (WT1) נוגדן | Abcam | ab89901 | דילול 1:300 בשימוש |
| אלקטרופורטור גל מרובע CUY21SC | Nepa Gene | CUY664-10X15 | |
| PBS | מסופק ומאוחזר על ידי היחידה הטכנית | ||
| סוכרוז | Millipore | 84100 | |
| אלקטרודות פינצטה עם פער משתנה | Nepa Gene | CUY650P5 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.