ovoエレクトロポレーションを用いて、ニワトリ胚の聴覚内耳と蝸牛核を選択的にトランスフェクションし、回路アセンブリの離散期に脆弱X精神遅滞タンパク質の細胞群特異的ノックダウンを達成する方法を考案しました。
方法論記事
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ovoエレクトロポレーションを用いて、ニワトリ胚の聴覚内耳と蝸牛核を選択的にトランスフェクションし、回路アセンブリの離散期に脆弱X精神遅滞タンパク質の細胞群特異的ノックダウンを達成する方法を考案しました。
脆弱X精神遅滞タンパク質(FMRP)は、局所タンパク質翻訳を調節するmRNA結合タンパク質です。FMRPの喪失または機能障害は、知的障害、感覚異常、および社会的コミュニケーションの問題を特徴とする脆弱X症候群(FXS)において、異常なニューロンおよびシナプス活動につながります。FMRP機能とFXSの病因の研究は、主にトランスジェニック動物における Fmr1 (FMRPをコードする遺伝子)ノックアウトで行われています。ここでは、ニワトリ胚を用いた回路形成期およびシナプス形成期におけるFMRPの細胞自律機能を決定するための in vivo 法について報告する。この方法は、 Fmr1 低分子ヘアピンRNA(shRNA)とEGFPレポーターを含む薬物誘導性ベクターシステムのステージ、部位、および方向特異的エレクトロポレーションを使用します。この方法では、聴神経節(AG)とその脳幹標的の1つであるマグノセルラリス核(NM)で選択的なFMRPノックダウンを達成し、AG-NM回路内で成分特異的な操作を提供しました。さらに、トランスフェクションのモザイクパターンにより、動物内コントロールや隣接するニューロン/ファイバーの比較が可能になり、データ解析の信頼性と感度が向上します。誘導ベクターシステムは、遺伝子編集開始の時間的制御を提供し、蓄積された発生効果を最小限に抑えます。これらの戦略の組み合わせは、シナプスおよび回路発生におけるFMRPの細胞自律機能を解剖するための革新的なツールを提供します。
脆弱X症候群(FXS)は、知的障害、感覚異常、自閉症行動を特徴とする神経発達障害です。ほとんどの場合、FXSは、初期胚期1から始まる脆弱なX精神遅滞タンパク質(FMRP;Fmr1遺伝子によってコードされる)の全体的な喪失によって引き起こされます。FMRPはRNA結合タンパク質であり、通常、脳内のほとんどのニューロンおよびグリア細胞、ならびに感覚器官において発現される2,3,4。哺乳類の脳では、FMRPは、さまざまな神経活動に重要なタンパク質をコードする数百のmRNAに関連している可能性があります5。従来のFmr1ノックアウト動物の研究は、FMRP発現がシナプス神経伝達の集合および可塑性にとって特に重要であることを示した6。いくつかの条件付きおよびモザイクノックアウトモデルは、軸索投影、樹状突起パターニング、およびシナプス可塑性を含むいくつかの発生イベント中に、FMRPアクションおよびシグナルが脳領域、細胞型、およびシナプス部位間で異なることをさらに示しています7,8,9,10,11,12,13,14 .シナプス伝達の調節におけるFMRPの急性機能は、脳スライスまたは培養ニューロンにおける阻害性FMRP抗体またはFMRP自体の細胞内送達によって研究された15、16、17、18。ただし、これらの方法では、開発中にFMRPの誤発現が引き起こす結果を追跡する機能はありません。したがって、FMRPの細胞自律機能を調査するためのin vivoメソッドの開発は非常に必要であり、FXS患者で報告された異常が関連するニューロンおよび回路におけるFMRP喪失の直接的な結果であるか、または開発中のネットワーク全体の変化に由来する二次的な結果であるかを決定するのに役立つと期待されています19。
ニワトリ胚の聴覚脳幹は、回路およびシナプスの発生におけるFMRP調節の詳細な機能解析のための独自の有利なモデルを提供します。ニワトリの胚の脳に簡単にアクセスできることと、遺伝子操作のための確立された卵エレクトロポレーション技術は、初期の胚期における脳の発達の理解に大きく貢献しています。最近発表された研究では、この技術は、FMRPの誤発現の時間的制御を可能にする高度な分子ツールと組み合わされました20,21。ここでは、シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロンの選択的操作を別々に誘導する方法論が進められています。この方法は、聴覚脳幹回路で開発されました。音響信号は、聴覚内耳の有毛細胞によって検出され、聴覚神経節(AG、哺乳類ではらせん神経節とも呼ばれます)に伝達されます。AGの双極性ニューロンは、末梢突起で有毛細胞を神経支配し、次に中枢投影(聴神経)を脳幹に送り、そこで2つの一次蝸牛核、マグノセルラリス核(NM)と角核(NA)で終わります。NMのニューロンは、構造的および機能的に、哺乳類の前腹側蝸牛核の球状のふさふさした細胞に匹敵します。NM内では、聴神経線維(ANF)は、Held端子22の大きな終末球を介してNMニューロンの体細胞上にシナプスする。発生中、NMニューロンは後脳23の菱形5および6(r5/6)から生じ、AGニューロンは耳嚢胞24に存在する神経芽細胞に由来する。ここでは、シナプス前AGニューロンとシナプス後NMニューロンにおけるFMRP発現を選択的にノックダウンする手順を別々に記載する。
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卵と鶏の胚は、済南大学動物管理使用委員会によって承認された動物プロトコルに従って、注意と敬意を持って取り扱われました。
1.卵とプラスミドの調製
2. ovo エレクトロポレーション
3.プラスミド転写を開始および維持するためのDoxの投与
4.組織解剖と切片作成
5. 免疫染色と顕微鏡イメージング
注:切片をスライドにマウントするか、PBSでフリーフローティングするかに応じて、2種類の免疫染色が行われます。
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異なる部位および異なる発生段階で ovo エレクトロポレーションを行うことにより、聴覚末梢または聴覚脳幹のいずれかで選択的FMRPノックダウンを達成しました。
NM での FMRP ノックダウン
ニワトリFmr1に対する低分子ヘアピンRNA(shRNA)を設計し、前述のようにTet-Onベクター系にクローニングした20。 inovoエレクトロポレーションのセットアップを図1Aに示します。高速緑色に着色されたプラスミドDNAを、HH12のr5/r6レベルで神経管に注入しました(図1B-C)。白金バイポーラ電極を神経管の両側にr5/6レベルで配置しました(図1D)。12 Vで2つのパルスを送達して、プラ...
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FMRPの細胞自律機能を決定するためには、個々の細胞群または細胞型におけるFMRPの発現を操作する必要があります。FMRPの主要な機能の1つはシナプス形成と可塑性を制御することであるため、特定の回路の各シナプスコンポーネントを選択的に操作することは、シナプス通信におけるFMRPメカニズムを完全に理解するための前提条件です。ニワトリ胚のovoエレクトロポレーションを用いて、シナプス前AGニューロンまたはシナプス後NMニューロンのいずれかのAG-NM回路におけるFMRP発現を標的とする方法を実証しました。これを達成するためには、エレクトロポレーションに適した発生段階を選択し、エレクトロポレーション電極を胚に正確に配置することが重要なステップです。NMニューロンは、HH1223でr5 / 6レベルで神経管内の神経前駆細胞から生じる。同じ段階で、脳神経堤細胞は、神経管の背側先端から蝸牛前庭神経節に移動し、将来のAGニューロン33を包み込む。したがって、AG内のNMニュ...
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著者は開示するものは何もありません。
この研究は、中国国家自然科学基金会の助成金(No.32000697)によってサポートされました。広州の科学技術プログラム(202102080139);広東自然科学財団(2019A1515110625、2021A1515010619);中央大学の基礎研究費(11620324)済南大学教育部再生医療重点研究所研究助成(No.ZSYXM202107);中国中央大学の基礎研究基金(21621054);中国広東省医学科学研究財団(20191118142729581)。済南大学の医学実験センターに感謝します。原稿を注意深く編集してくれたテラ・ブラッドリー博士に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 卵の孵化 | |||
| 16 °C冷蔵庫 | MAGAT | 精卵の保管に使用されます。 | |
| 卵インキュベーター | SHANGHAI BOXUN | GZX-9240MBE | |
| 受精卵 | 中国南部農業大学の | 農場 卵は、最適な生存率のために1週間で使用する必要があります。 | |
| プラスミド調製 | |||
| 遠心分離 | 機 Sigma | 10016 | |
| Fast green | Solarbio | G1661 | 蒸留水とオートクレーブで0.1%の作業溶液を作ります。 |
| プラスミドマキシプレップキット | QIAGEN | 12162 | プラスミドDNAをTris-EDTA(TE)バッファーに溶解します; エンドトキシンフリー調製キット |
| 酢酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | S2889 | ヌクラーゼフリー水で7.5Mのワーキングソリューションを作ります。 |
| エレクトロポレーションおよびドキシサイクリン投与 | |||
| エレクトロポ | レーターBTX | ECM399 | |
| 1 mL / 5 mLシリンジ | 州KANGFULAI | ||
| 解剖顕微鏡 | CNOPTEC | SZM-42 | |
| Doxcycline | Sigma-Aldrich | D9891 | 各用量に新鮮なアリコートを使用し、-20 &度;C. |
| ガラス毛細管 | BEIBOBOMEI | RD0910 | 0.9-1.1 mm * 100 mm |
| 実験室パラフィルム | PARAFILM | PM996 | 透明フィルム |
| ピペットプーラー | 成都楽器工場 | WD-2 | っ張り条件:500°;15 s |
| プラチナ エルクトロード | ホーム製 | 直径 0.5 mm、間隔 1.5 mm | |
| ゴムチューブ | Sigma-Aldrich | A5177 | |
| Tissue Dissection and Fixation | |||
| Forceps | RWD | F11020-11 | チップサイズ:0.05*0.01 mm |
| その他の手術ツール | RWD | ||
| パラホルムアルデヒド | Sigma-Aldrich | 158127 | リン酸緩衝生理食塩水に新たに調製した4%PFA溶液は、4°Cで保存できます。Cは最大1週間。 |
| SYLGARD 184 シリコーン エラストマー キット | ダウ | 01673921 | 黒の背景プレートには、食品グレードのカーボン パウダーが塗布されています。 |
| セクショニング | |||
| クライオスタット | LEICA | CM1850 | |
| ゼラチン | Sigma-Aldrich | G9391 | ウシの皮膚から。 |
| スライド式ミクロトーム | LEICA | SM2010 | |
| Immunostaining | |||
| Alexa Fluor 488 ヤギ抗マウス | Abcam | ab150113 | 1:500 希釈、RRID: |
| AB_2576208 Alexa Fluor 555 ヤギ抗ウサギ | Abcam | ab150078 | 1:500 希釈、RRID: AB_2722519 |
| DAPI | Abcam | ab285390 | 1: 1000希釈 |
| フルオロマウント-G 封入用メディウム | サザン Biotech | Sb-0100-01 | |
| FMRP抗体 | Y. Wang, Florida State University | #8263 | 1:1000 希釈, RRID: AB_2861242 |
| Islet-1 antibody | DSHB | 39.3F7 | 1:100 希釈, RRID: AB_1157901 |
| Netwell plate | Corning | 3478 | |
| Neurofilament antibody | Sigma-Aldrich | N4142 | 1:1000 希釈, RRID: AB_477272 |
| パルブアルブミン抗体 | Sigma-Aldrich | P3088 | 1:10000希釈、RRID:AB_477329 |
| SNAP25抗体 | Abcam | ab66066 | 1:1000希釈、RRID: |
| AB_2192052Imaging | |||
| Adobe photoshop | ADOBE | 画像編集ソフト | |
| 共焦点顕微鏡 | LEICA | SP8 | |
| 蛍光実体顕微鏡 | OLYMPUS | MVX10 | |
| Olympus Image-Pro Plus 7.0 | OlYMPUS | 商用画像処理ソフトウェアパッケージ |
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