子宮内エレクトロポレーションでは発達中の中枢神経系(CNS)における空間的および時間的に制御された方法で迅速な遺伝子デリバリーを可能にする。ここでは、終脳、間脳や網膜など、複数の胚中枢神経系領域、中に発現構築物を提供するために使用することができる子宮内エレクトロポレーションプロトコルにおける適応性の高いを説明します。
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子宮内エレクトロポレーションでは発達中の中枢神経系(CNS)における空間的および時間的に制御された方法で迅速な遺伝子デリバリーを可能にする。ここでは、終脳、間脳や網膜など、複数の胚中枢神経系領域、中に発現構築物を提供するために使用することができる子宮内エレクトロポレーションプロトコルにおける適応性の高いを説明します。
遺伝子発現を操作する機能は、複数の発達経路の解明につながる、現代の実験発生学の基礎となるものです。いくつかの強力で定評のトランスジェニック技術の喪失と機能獲得型モデルの両方の生成を可能にする、マウスの遺伝子発現レベルを操作するために用意されています。しかし、マウス遺伝子組換えの世代は、コストと時間がかかるものです。遺伝子操作の代替の方法では、広く求められている。 子宮内エレクトロポレーションで、我々は正常に3,4を適応しているライブのマウス胚の1,2への遺伝子送達の方法です。それは、主に一般的にニワトリ5で使用されているOVOエレクトロポレーション技術での成功に基づいています。簡単に言えば、DNAは細胞へのDNAの取り込みを可能にする、脳の発達と電流の原因は細胞膜に一時的な細孔の形成のアプリケーションのオープン脳室に注入されます。若い胚のターゲティングは、超音波ガイド下マイクロインジェクションのプロトコル、前述の6に説明を必要としながら私たちの手では、胚を効率的に、胎生(E)11.5早くも電気穿孔することができます。逆に、E15.5は、脳へのマイクロインジェクションを妨げる頭頂と前頭骨分化の開始、のために我々が簡単にエレクトロできる最新の舞台です。対照的に、網膜は胚発生の終わりを介してアクセス可能です。胚は、胚や初期の産後の全期間を通して、いつの時点で収集することができます。レポーターコンストラクトの注入は、トランスフェクトされた細胞の同定を容易にする。
日付に、子宮内エレクトロポレーションで最も広く新皮質の発達1,2,3,4の分析に使用されています。最近の研究では、胚性網膜7,8,9と視床10,11,12を標的にしている。ここで、我々は簡単胚中枢神経系の別のドメインをターゲットに適応させることができる子宮内エレクトロポレーションプロトコルに変更を提示。我々は、このテクニックを使用することによって、我々は胚の終脳、間脳や網膜をターゲットにできるという証拠を提供する。代表的な結果は、私たちは胚の終脳の前駆細胞の成熟、分化と移行を監視することが、最初の側脳室へのDNAの発現コンストラクトを導入するためにこのテクニックの使用を示す、表示されます。我々はまた、この技術は間脳核に神経細胞を分化回遊経路をモニタすることで、第3脳室周囲の間脳の領域にDNAをターゲットとするために使用することができることを示している。最後に、我々は、マイクロマニピュレータの使用は私たちが網膜の開発に遺伝子発現を操作するの効果を分析できるように、網膜下腔を含め、私たちは正確に小さなターゲットの領域にDNA構築物を導入することができることを示している。
1。セットアップ
2。麻酔
3。手術のための動物の準備
4。子宮角の切開と暴露
5。心室へのDNAの注入
6。エレクトロポレーション
7。縫合およびステープル
8。手術後のケア
9。代表的な結果
新皮質
新皮質は、視覚と感覚運動処理と高次認知機能を担当するCNSの領域です。それは、それぞれ、背側と腹側終脳に由来するグルタミン酸作動性投射ニューロンとGABA作動性介在ニューロンで構成されています。新皮質の発達における異なる遺伝子の役割に対処するために、我々はどちらmisexpressに子宮内エレクトロポレーションに使用したり、背側または腹側終脳1,3,4の異なる遺伝子の発現を(つまり、shRNAコンストラクトの使用による)がブロック。胚終脳での遺伝子をmisexpressに、我々は、CMV -βactinプロモーターエンハンサーと内部リボソーム侵入部位(IRES)、増強緑色蛍光タンパク質を含む、バイシストロンの発現ベクター(pCIG2)を使用して(EGFPを、pCIG2で)カセットを、トランスフェクションが可能落射蛍光(図2A - C)によって検出されるセル。我々は、E11.5からE15.5(。。図2に示すデータはE12.5にある)に終脳に発現コンストラクトを導入するこの技術を使用していました。胚は数日後にエレクトロポレーションを開発することによって、我々は、GFP -標識前駆細胞の分化と移行を追跡することができます。分化が進むにつれて、3日後にエレクトロポレーションGFP +細胞が分化し、脳室帯(VZ)から移行し、脳室下帯(SVZ)との中間ゾーン(IZ)と皮質板(CP;図2C)に。 、基底前駆細胞(すなわち、Tbr2、E12.5に電気穿孔の脳は24時間後に分析されている場合、我々は、尖前駆細胞のマーカー(図2Aすなわち、Pax6)との共同ラベリングによる前駆細胞の成熟およびニューロン移動の前のイベントを監視することができます。図2B)と分裂新皮質の神経細胞(すなわち、Tbr1、図2C)。
間脳
視床下部は、内分泌と自律神経系の間のゲートウェイとしての中枢神経系との機能の腹側麓に位置しています。開発中に、成熟した視床下部を構成する複数の核は、共通の前駆細胞のゾーンから差別その行胚の間脳の腹側のほとんどの地域。現在のところ、前駆細胞の増殖、ニューロンの分化視床核の形成を調節する分子経路はよくわかっていない。我々はE12 embryos.Weの第3脳室にDNAを注入することにより、胚間脳にレポーター遺伝子の発現を標的とする子宮内エレクトロポレーションで使用されては、E14での神経細胞を分化におけるGFPの分布を追った。この方法論では、我々は成功視床、事前に視床と視床下部(図3A)にGFPの発現を標的にしている。冠状切片の分析は、我々が正常前駆細胞へのGFPの発現を標的としていることを明らかにその核を形成するために、マントルゾーンに出移行する第3脳室とニューロンのライン脳室帯(図3B)
網膜
網膜は、脳に伝送される電気インパルスに光子を変換する役割を担って目の神経層、である。それは胚の間脳のoutpocketingとして開発し、それゆえ、神経管から導出されます。神経網膜が網膜下腔、頭部間充織から目を分離空洞に隣接してある根尖前駆細胞のコンパートメントから開発しています。網膜前駆細胞へのDNA構築物を標的とするため、注射は、小さなターゲットエリアに作られている必要があります。マニピュレーターを使用して、我々は成功したE13.5からE15.5(。。図4に示すmCherryレポーターとPCICのE15.5エレクトロです)に胚のこの小さな地域を対象に管理している。 、、エレクトロ網膜は24時間後、トランスフェクションを検討している場合は、我々はそのほとんどmCherry +細胞が分割前駆細胞が配置されている外側の神経芽細胞層(onbl)、ではなく、網膜神経節細胞層に配置されている(挿入画像GCL)を観察分裂細胞がどこにローカライズ。

図1。 子宮内エレクトロポレーションのセットアップと方法論の入門。(A)外科的なセットアップの主要なコンポーネントは、エッペンドルフFemtojetインジェクター(1)、ニードルホルダー(2)、ライカのsteromicroscope(3)、光ファイバー照明とナリシゲのマイクロマニピュレーターを含めるシステム(4)、電極(5)と加熱パッド(6)ECM 830方形波のエレクトロポレーションシステム。 (')動物はイソフルラン麻酔用気化器を用いて麻酔です。 (B、B')簡単に言えば、麻酔の後、子宮角を露出していると速いグリーンと混合したDNAは、胚の脳胞に注入される。成功注入は速いグリーン色素(B')を追跡することによって可視化される。 DNAが正常に注入された後に(C、C')、パドルの電極は子宮の両側に配置され、positiDNAは選択の脳領域への正極に向かって引っ張られるように胚をoning。 (D、D')すべての必要な胚が注入されると、子宮は腹部(D)にプッシュバックされ、腹膜を縫合され、皮膚は(Dステープルされる')。妊娠中の女性は、その後回復するために許可され、エレクトロポ仔は、所望の時点で収集されます。

図2。背側終脳のエレクトロポレーションの代表的な例。(AC)pCIG2で12.5日でエレクトロE13.5背側終脳を介して冠状断面の顕微鏡写真。電気穿孔GFP +細胞が頂端前駆細胞(Pax6 +、赤、)、基底前駆細胞(Tbr2 +、赤、B)と分裂終了ニューロン(Tbr1 +、赤、C)のマーカーの発現について分析する。 cpは、皮質板、SVZ、脳室下帯、VZ、脳室帯。

図3。間脳エレクトロの代表的な例。()pCIG2とE12でエレクトロれているE14脳の腹側ビュー。 GFP落射蛍光は、第3脳室全体にマイクロインジェクションpCIG2の広がりはプラスミド実証、視床、事前に視床と視床下部に表示されます。エレクトロ脳の冠状断面の(B)顕微鏡写真、脳室帯からGFP +細胞の移動を示すし、視床下部核が形成されるマントルゾーン、に。 3V、第三脳室、T、視床、ハイ、視床下部、MZ、マントルゾーン、電話番号、終脳、プレタ、prethalamus、VZ、脳室帯。

図4。網膜エレクトロの代表例。神経節細胞層の外側の神経芽細胞層ではなく、Brn3b +網膜神経節細胞におけるmCherry +細胞の蓄積を示すE15.5でPCICでエレクトロE16.5目で冠状セクション。挿入図は、箱入りの領域の高倍率の画像です。 GCL、網膜神経節細胞層、ル、レンズ、onbl、外側の神経芽細胞層、再度、網膜。
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子宮内エレクトロポレーションは、発生過程の様々な分析に使用することができます。例えば、このようなGFP、mCherryまたはアルカリホスファターゼなどのレポーター遺伝子のトランスフェクションは、系統のトレースとニューロン移動の実験を行うために使用することができます。また、Creリコンビナーゼは、一時的に選択的に空間的および/または時間的に制御された方法でfloxed対立遺伝子を排除するために表現することができます。さらに、shRNAまたはドミナントネガティブ構築物は、ノックダウンの標的遺伝子の機能に電気穿孔することができます。最後に、野生型および/または遺伝的変異マウスラインの両方で重要な遺伝子の標的過剰発現またはmisexpressionは、細胞の運命決定を研究するために使用することができます。それは非常に短い時間の要因の多くの組み合わせのテストを可能にするため、このアッセイのハイスループットは非常に重要です。注意いずれかのノートでは、この手順では、細胞内の遺伝子発現に変化をもたらすを行うことであり、その針の侵入部位(すなわち、傷口にアップレギュレート傷害応答遺伝子;として私達と他の13で観測...
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著者らは、CS研究室で子宮内エレクトロポレーション技術の確立に彼らの初期の仕事のためにエヴァHadzimova、ピエールMattarとクリストファーコバックに感謝します。この作品は、カナダ保健研究所(CIHR)助成金(MOP 44094)とDMKにCSとアルバータ州の小児病院研究財団助成するチームグラント(00933から000を)新興CIHR /財団ファイティング失明(FFB)によって賄われていた。 RDがCIHRカナダホープ奨学金によってサポートされていた、RCは、FFBの学生の身分によってサポートされており、LMLは、遺伝学のCIHRトレーニンググラントと子どもの発達によってサポートされていました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | カテゴリ |
| ファインはさみ | ファインサイエンスツール株式会社 | 14078〜10 | 外科ツール |
| 湾曲したアイリスはさみ、 | ファインサイエンスツール株式会社 | 14061〜10 | 外科ツール |
| オルセン-ヘーガル元繊細なニードルホルダー | ファインサイエンスツール株式会社 | 12002〜12 | 外科ツール |
| リング鉗子、9mmの | ファインサイエンスツール株式会社 | 11103〜09 | 外科ツール |
| アイドレッシングForcep | ファインサイエンスツール株式会社 | 11051〜10 | 外科ツール |
| デュモン#7 DMX Forcep | ファインサイエンスツール株式会社 | 11271〜30 | 外科ツール |
| デュモン#5 DMX Forcep | ファインサイエンスツール株式会社 | 11251〜30 | 外科ツール |
| 組織forcep -アドソン | ファインサイエンスツール株式会社 | 11027〜12 | 外科ツール |
| 反射のクリップア | 世界の精密機器 | 500343 | 外科ツール |
| 穴あきスプーン、直径15mm | ファインサイエンスツール株式会社 | 10370〜18 | 外科ツール |
| Autoclipリムーバー | ミクロン | 427637 | 外科ツール |
| シルクブラック編組縫合糸 | エチコン社 | K871 | 外科ツール |
| 反射スキンクロージャーステンレス鋼創傷クリップ | 世界の精密機器 | 500346 | 外科ツール |
| ECM 830方形波のエレクトロポレーションシステム | VWR - CanLab | 58018-004 | 楽器 |
| ピンセットのw /可変ギャップ2ラウンド、5mm、プラチナプレート電極 | プロテックインターナショナル(株) | CUY650P5 | 楽器 |
| ピンセットのw /可変ギャップ2ラウンド7ミリメートルプラチナプレート電極 | プロテックインターナショナル(株) | CUY650P7 | 楽器 |
| エッペンドルフFemtojetマイクロインジェクター | VWR CanLab | CA62111 - 488 | 楽器 |
| エッペンドルフFemtojetマイクロインジェクター用フットコントロール | VWR CanLab | CAACCESS(MISC.) | 楽器 |
| Bransonic超音波洗浄機モデル1510R - DTH | VWR CanLab | CA33995 - 534 CPN - 952〜118 | 楽器 |
| サターP97マイクロピペットプラー | サターインストゥルメント、Carsenグループ本社 | P - 97 | 楽器 |
| マイクロピペット - フィラメント径を持つホウケイさ:1mm、ID:0.78ミリメートル、10 cmの長さ | サターのインストゥルメント | BF100 - 78から10 | 楽器 |
| 3軸粗動マニピュレーター | カールツァイスカナダ株式会社 | M - 152 | 楽器 |
| マイクロマニピュレータのための磁気保持装置 | 世界の精密機器 | M1 | 楽器 |
| マイクロマニピュレータ用スチールベースプレート | 世界の精密機器 | 5052 | 楽器 |
| マイクロピペットホルダー | 世界Prのecisionインスツルメンツ | MPH3 | 楽器 |
| マイクロピペットハンドル | 世界の精密機器 | 5444 | 楽器 |
| 実体顕微鏡 | ライカ | MZ6 | 楽器 |
| イソフルラン麻酔用気化器 | ポーターインストルメンツカンパニー | MODEL 100 - F | 楽器 |
| 手術器具を超音波処理するためのMetriclean2低起泡性ソリューション | Metrexリサーチ株式会社 | 10から8100 | 外科的試薬 |
| 縫合後、0.2グラムのメチレンブルー抗生物質噴霧のゲンタマイシン40mg/ml | シグマアルドリッチ | G1264 | 外科的試薬 |
| 手術器具を滅菌するためのGermex | Vétoquinol | DIN#00141569 | 外科的試薬 |
| BNPの眼軟膏 | Vétoquinol | DIN#00516414 | 外科的試薬 |
| ナイル® | 教会&ドワイト株式会社によって配布 | 市販 | 外科的試薬 |
| Stanhexidine 4パーセントw / vの皮膚洗浄剤 | オメガラボラトリーズ株式会社 | 01938983 | 外科的試薬 |
| ブプレノルフィン(Temgesic)鎮痛剤 | シェリングプラウ | 531から535 | 外科的試薬 |
| Sulpha"25"sulphamethazine経口抗生物質 | 専門の獣医研究所 | DIN#00308218 | 外科的試薬 |
| 乳酸リンゲル液 | バクスター株式会社 | DIN#0061085 | 外科的試薬 |
| 生理食塩水 - 0.9%の塩化ナトリウム | B -ブラウンメディカル株式会社 | DIN#01924303 | 外科的試薬 |
| 吸入麻酔 - イソフルランUSP | カナダ社の製薬パートナー | DIN#02237518 | 外科的試薬 |
| ファストグリーンFCF | シグマアルドリッチ | F7252 | 外科的試薬 |
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