ここでは、マウス胎盤の重要な発生経路を in vivoで効果的に操作するための時間特異的な方法について説明します。これは、CRISPRプラスミドを妊娠ダムの胎盤に注入し、エレクトロポレーションすることによって行われます 12.5.
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ここでは、マウス胎盤の重要な発生経路を in vivoで効果的に操作するための時間特異的な方法について説明します。これは、CRISPRプラスミドを妊娠ダムの胎盤に注入し、エレクトロポレーションすることによって行われます 12.5.
胎盤は、 子宮内の哺乳類の発達を調節および維持する重要な器官です。胎盤は、母親と胎児の間の栄養素と老廃物の移動、および成長因子とホルモンの産生と送達に関与しています。マウスの胎盤遺伝子操作は、胎盤の出生前発達における特定の役割を理解するために重要です。胎盤特異的Cre発現トランスジェニックマウスは様々な有効性を有し、胎盤遺伝子操作のための他の方法は有用な代替手段となり得る。本論文では、CRISPR遺伝子操作を用いて胎盤遺伝子発現を直接変化させる技術について述べ、標的遺伝子の発現を改変することができる。比較的高度な外科的アプローチを使用して、妊娠中のダムは胚の12.5日目(E12.5)に開腹術を受け、CRISPRプラスミドはガラスマイクロピペットによって個々の胎盤に送達されます。プラスミドは、各注入後直ちにエレクトロポレーションされます。ダムの回復後、胎盤と胚は後の時点で評価されるまで発生を続けることができます。この技術を使用した後の胎盤および子孫の評価は、発生における時間特異的胎盤機能の役割を決定することができる。このタイプの操作により、胎盤の遺伝学と機能が複数の疾患の状況における胎児の成長と発達にどのように影響するかをよりよく理解することができます。
胎盤は胎児の発育に関与する必須の器官です。胎盤の主な役割は、必須の要素を提供し、胎児との間の栄養素と老廃物の移動を調節することです。哺乳類の胎盤は、胎児と母体の界面を構成する胎児組織と母体組織の両方で構成されているため、母親と胎児の両方の遺伝学が機能に影響を与えます1。胎盤の遺伝的異常または機能障害は、胎児の発育を劇的に変化させる可能性があります。以前の研究では、胎盤の遺伝学と発達が胎児の特定の臓器系の発達の変化に関連していることが示されています。特に、胎盤の異常は、胎児の脳、心臓、血管系の変化と関連しています2,3,4,5。
胎盤から胎児へのホルモン、成長因子、およびその他の分子の輸送は、胎児の発育に大きな役割を果たします6。特定の分子の胎盤産生を変化させると、神経発達が変化する可能性があることが示されています。母親の炎症は、胎盤におけるトリプトファン(TRP)代謝遺伝子発現を変化させることによってセロトニンの産生を増加させることができ、その後、胎児の脳にセロトニンの蓄積を作り出す7。他の研究では、心臓の欠陥と一緒に胎盤の異常が見つかりました。胎盤の異常は、ヒトで最も一般的な先天性欠損症である先天性心疾患の一因となると考えられています8。最近の研究では、胎盤と心臓の両方で同様の細胞経路を持ついくつかの遺伝子が特定されました。破壊された場合、これらの経路は両方の臓器に欠陥を引き起こす可能性があります9。胎盤の欠陥は先天性心疾患を悪化させる可能性があります。胎盤遺伝学と特定の胎児臓器系の発達における機能の役割は、新たな研究分野です。
マウスは、血球胎盤などヒト胎盤の特徴を有しており、ヒトの疾患を研究するための非常に有用なモデルとなっています1。胎盤の重要性にもかかわらず、現在、標的を絞ったin vivo遺伝子操作が不足しています。さらに、現在、ノックアウトまたはノックダウンには、胎盤10の過剰発現または機能獲得操作よりも多くの選択肢があります。胎盤特異的操作のためのいくつかのトランスジェニックCre発現系統があり、それぞれが異なる時点で異なる栄養膜系統にあります。これらには、Cyp19-Cre、Ada/Tpbpa-Cre、PDGFRα-CreER、およびGcm1-Cre11,12,13,14が含まれる。これらのCre導入遺伝子は効率的ですが、特定の時点で一部の遺伝子を操作することができない場合があります。胎盤遺伝子発現をノックアウトまたは過剰発現させるために一般的に使用される別の方法は、レンチウイルスベクターを胚盤胞培養物に挿入することであり、これは絨毛膜特異的な遺伝子操作を引き起こす15,16。この技術は、発生の初期における胎盤遺伝子発現の堅牢な変化を可能にする。生体内でのRNA干渉の使用は、胎盤ではまばらに利用されています。shRNAプラスミドの挿入は、本論文に記載のCRIPSR法と同様に行うことができる。これはE13.5で行われ、胎盤でのPlGF発現を正常に減少させ、子孫の脳血管系に影響を与えました17。
主にノックアウトまたはノックダウンに使用される技術に加えて、過剰発現の誘導は、一般的にアデノウイルスまたは外因性タンパク質の挿入によって行われる。過剰発現に使用される技術は、成功率にばらつきがあり、主に妊娠後期に実施されています。胎盤機能におけるインスリン様成長因子1(IGF-1)の役割を調べるために、IGF-1遺伝子の過剰発現を誘導するために、アデノウイルス媒介胎盤遺伝子導入が行われた18,19。これは、E18.5のマウス妊娠後期に直接胎盤注射を介して実施されました。追加の選択肢を提供し、Cre−Lox併用の失敗、アデノウイルスの毒性の可能性、およびshRNAのオフターゲット効果などの確立された胎盤遺伝子操作の起こり得る失敗を回避するために、胎盤のin vivo直接CRISPR操作を使用することができる20、21、22。このモデルは、過剰発現モデルの欠如に対処し、柔軟性のあるモデルを作成するために開発されました。
この技術はLecuyerらの研究に基づいており、shRNAおよびCRISPRプラスミドをin vivoでマウス胎盤に直接標的化してPlGF発現を変化させました17。この手法は、複数の時点でCRISPR操作を使用して胎盤遺伝子発現を直接変更するために使用できます。この作業では、E12.5が選択されました。胎盤はこの時点で成熟しており、操作するのに十分な大きさであり、E12.5に特定のCRISPRプラスミドを挿入することができ、妊娠中期から後期の胎児の発育に大きな影響を与える可能性があります23,24。トランスジェニックアプローチとは異なり、ウイルス誘導やRNA干渉に似ていますが、この技術は、比較的高度な外科的アプローチを使用して特定の時点で過剰発現またはノックアウトを可能にするため、以前の変化による胎盤形成障害または胚致死の可能性を回避します。同腹仔内で実験プラスミドまたは対照プラスミドを受け取る胎盤はごくわずかであるため、このアプローチでは2種類の内部コントロールが可能になります。これらのコントロールは、適切なコントロールプラスミドを注入およびエレクトロポレーションしたものであり、直接操作を受けないものである。この技術は、相乗的活性化メディエーター(SAM)CRISPRプラスミドを介してマウス胎盤にIGF-1遺伝子の過剰発現を作り出すように最適化されました。IGF-1は胎児に送達される必須の成長ホルモンであり、主に出生前に胎盤で産生されるため、IGF-1遺伝子が選択されました25,26。この新しい胎盤を標的としたCRISPR技術により、胎盤機能と胎児の発育との関係を定義するのに役立つ直接操作が可能になります。
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すべての手順は、連邦規制およびアイオワ大学の方針に従って実行され、それに準拠して実行され、施設動物管理および使用委員会によって承認されました。
1.動物と飼育
2. マイクロピペットの校正
注:可能であれば、マイクロピペットのキャリブレーションを手術前に実行する必要があります。
3.手術(図1A)
注:準備するには、準備領域と手術領域の両方の表面を70%エタノールで洗浄します。準備エリアに吸収性アンダーパッドを置きます。手術エリアでは、加熱パッドを下に置いてから、その上に吸収性のアンダーパッドを置きます。手術前にすべての道具を滅菌してください。ダムが麻酔下にある時間は1時間未満でなければなりません。
4.術後のケアとモニタリング
5. E14.5胎盤コレクション
6. 胎盤遺伝子発現解析
7.胎盤タンパク質レベルの分析
8. 蛍光 in situ ハイブリダイゼーション標識を用いた空間的クリプサー検証
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一般的な手順の結果(図6)
この研究では、3つの操作されたグループがありました。これらには、一般的なCRISPR Cas9コントロールプラスミド(Cas9コントロール)、活性化コントロールCRISPRプラスミド(Actコントロール)、またはIGF-1 SAM活性化プラスミド(Igf1-OE)を注入した胎盤が含まれていました。Cas9コントロールはノックアウトプラスミドに適しており、活性化コントロールは過剰発現/活性化プラスミドに適しています。注射およびエレクトロポレーションによる胎盤の操作によって引き起こされる生存率の変化を評価するために、同腹仔内の胚生存をE14.5で分析しました(図6A)。エレクトロポレーションを用いたCRISPRプラスミドのインビボ挿入を行った他の研究が、発現変化が8〜22時間以内に達成できることを示したので、この時点を選択した30、3...
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胎盤は胎児の成長の主要な調節因子であり、前述のように、胎盤の遺伝子発現または機能の変化は胎児の発育に大きな影響を与える可能性があります6。ここで概説したプロトコルは、比較的高度な外科的アプローチを使用して、マウス胎盤の標的in vivo CRISPR操作を実行するために使用できます。この技術により、生存可能な胚とそれに対応する胎盤のかなりの収量が可能になり、さらなる研究に使用できます(図6A、B)。この手法により、E14.5上の胎盤IGF-1を過剰発現させることに成功しました(図7A、B)。使用したプラスミドは、挿入されたプラスミドが操作された胎盤に残り、隣接する未処理の胎盤には存在しなかったため、特異性を示しました(図7C、D)。IGF-1活性化プラスミドの...
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著者は開示するものは何もありません。
著者らは、R01 MH122435、NIH T32GM008629、およびNIH T32GM145441の資金源を認めている。著者らは、アイオワ大学のヴァル・シェフィールド博士とカルビン・カーター博士の研究室が手術室と機器を使用してくれたこと、そして顕微鏡検査の支援をしてくれたエリック・ヴァン・オッタールー博士、ナンダクマール・ナラヤナン博士、マシュー・ウェーバー博士に感謝の意を表した。著者はまた、パイロット手術を支援してくれたサラ・マウラー博士、マヤ・エバンス博士、スリーレカ・クンドゥ博士にも感謝しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 ml チューブ | USA Scientific Inc | 1615-5500 | |
| 4% パラホルメルジド (PFA) PBS | サーモフィッシャーサイエンティフィック | J61899.AP | |
| 96ウェルプレート | コーニング | ス3598BCA | キット |
| 用吸収性アンダーパッド | フィッシャーサイエンティフィック | 14-206-62 | |
| 活性化制御プラスミド | サンタクルーズバイオテクノロジーsc-437275 | AMV | |
| 逆転写酵素 | ニューイングランドバイオラボ | M0277LcDNA | 合成麻酔薬に使用 |
| ガス気化器 | Vetamac | VAD-601TT | VADコンパクト気化器 |
| 人工涙液 | Akorn | NDC 59399-162-35 | |
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23227 | Protein Quantification |
| Biovortexer | Bellco Glass, Inc. | 198050000ハンドヘルド | 組織ホモジナイ |
| ザーCellSensソフトウェア | オリンパス | V4.1.1FISH | 画像への画像処理。 |
| 遠心分離機 5810 | エッペンドルフ | EP022628168 | プレート遠心分離機 |
| クロロホルム | サーモフィッシャーサイエンティフィック | J67241-AP | RNA分離 |
| コットンチップアプリケーター | ProAdvantage | 77100 | 使用前に滅菌 |
| CRISPR/Cas9 コントロールプラスミド | サンタクルーズバイオテクノロジー | sc-418922 | 希釈のために提供されるドナーゼフリーの水 |
| CryoStat | ライカ | CM1950 | |
| 解剖顕微鏡 | ライカ | M125 C | 壊死後のイメージングに使用 |
| 溶解性縫合糸 | Med Vet International | J385H | |
| 蒸留水 | Gibco | 15230162 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Thermo fisher Scientific | 14190144 | (-) Calcium;(-)マグネシウム |
| ECM 830 エレクトロポレーター (エレクトロポレーションマシン) | BTX ハーバード装置 | 45-0662 | 発電機のみ |
| 電気カミソリ | ウォール | CL9990 | ケントサイエンティフィック |
| エレクトロポレーションパドル/ピンセット | BTX ハーバード装置 | 45-0487 | 直径 3 mm パドル; ワイヤー付属 |
| 埋め込みカセット: 250 PK | グレインジャー | 21RK94 | カセットを埋め込むプラセンタ |
| エタノール | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 268280010 | |
| F-エアキャニスター | ペン獣医供給株式会社 | BIC80120 | 過剰イソフルランフィルター |
| ファストグリーンダイ FCF | シグマ | F7252-5G | 1 μg / mlおよびフィルター;光から保護する |
| フィルターベースのマイクロプレート光度計(プレートリーダー) | フィッシャーサイエンティフィック | 14377576 | BCAおよびELISA |
| 鉗子 | に使用できます VWR | 82027-386 | ファインチップ、ストレート、鋸歯状 |
| ホルマリン溶液、中性緩衝、10% | シグマアルドリッチ | HT501128 | |
| ガラスキャピラリー-ホウケイ酸ガラス(マイクロピペット) | サッター機器 | B150-86-10 | O.D.: 1.5 mm, I.D.: 0.86 mm, 10 cm length |
| Halt Protease and Phosphotase inhibitor cocktail (100x) | Thermo Scientific | 1861281 | Protein homogenization buffer |
| Heating Pad Heating Pad | Thermotech | S766D | Digitial Moist Heating |
| Pad Hemostats | VWR | 10806-188 | Fully surrated jaw; curved |
| Hot Water Bath | Fisher Scientific | 20253 | Isotemp 205 |
| Igf-1 SAM Plasmid (m1) | Santa Cruz Biotechnology | sc-421056-ACT | Dnase-free water provided for dilution |
| Induction Chamber | Vetamac | 941443 | 特定のリットルサイズは必要ありません |
| Isoflurane | Piramal Pharma Limited | NDC 66794-013-25 | |
| Isoproponal/2-Proponal | Fisher Scientific | A451-4 | RNA単離 |
| ケタミンHCl 100mg / ml | Akorn | NDC 59399-114-10 | |
| MgCl2 /塩化マグナイス | Sigma Aldrich | 63069-100ML | 1M. タンパク質均質化 |
| バッファーMicroAmp™バーコード付き光学式384ウェル反応プレート | フィッシャーサイエンティフィック | 4309849 バーコードプレート不要 | |
| マイクロキャピラリーチップ | エッペンドル | 5196082001 BTX | マイクロインジェクター |
| マイクロインジェクター | BTXハーバード装置 | 45-0766 | ステンレス製ピペットホルダー、長さ130 mm、1〜1.5 mmピペット用 |
| Microject 1000A (射出成形機) | BTX ハーバード装置 | 45-0751 | MicroJect 1000A Plus システム |
| マイクロピペットプーラー モデル P-97 | サッター装置 | P-97 | フレーミング/ブラウンタイプ マイクロピペットプーラー |
| マイクロプレートミキサー(プレートシェーカー) | scilogex | 822000049999 | |
| マウス/ラット IGF-I/IGF-1 Quantikine ELISAキット | R &Dシステム | MG100 | |
| ニードル | BD-ベクトン、ディクソン、および会社 | 305106 | 30 Gx 1/2 (0.3 mm x 13 mm) |
| 窒素タンク | Linde | 7727-37-9 | 任意の内部ガス |
| 非ステロイド性抗炎症薬(NSAID) | Norbrook Laboratories Limited | NDC 55529-040-10 | Meloxicam |
| Nose Cone | Vetamac | 921609 | 9-14 mm |
| オパール620検出染料 | Akoya Biosciences | SKU FP1495001KT | |
| FISHの最適な切断温度(OCT)のために使用される 化合物 | さくら | 4583 | |
| 酸素タンク | Linde | 7782 - 44 - 7 | 医療グレードの酸素 |
| 乳棒 | USA Scientific Inc | 14155390 | |
| Povidone-Yodine溶液、5% | Avrio Health L.P. | NDC 67618-155-16 | |
| パワーSYBR™グリーンPCRマスターミックス | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 4367659 | qPCR |
| ランダムヘキサマー(ランダムプライマー) | ニューイングランドバイオラボ | S1330ScDNA | 合成に使用 |
| カミソリブレード | グレインジャー26X080 | ||
| RNAクリーンアップキット &コンセントレーター | Zymo Research | R1013 | |
| RNALater | サーモフィッシャーサイエンティフィック | AM7021 | |
| RNAscope kit v.2.5 | Advanced Cells Diagnostics | 323100 | 蛍光in situハイブリダイゼーションに必要なすべての試薬が含まれています。プローブは別売りです。 |
| RNAスコープ&トレード;プローブ-MM-PRL8A8-C2 | アドバンストセルズ診断 | 528641-C2 | |
| RNAスコープ&貿易;プローブ-ベクター-dCas9-3xNLS-VP64 | 高度な細胞診断 | 527421 | |
| Roto-Therm Mini | Benchmark | R2020 | in situハイブリダイゼーション用ドライオーブン |
| さみ | VWR | 82027-578 | 解剖はさみ、鋭い先端、4¹/? |
| 塩化ナトリウム(生理食塩水) | Hospra | NDC 0409-4888-03 | 滅菌、 0.9% |
| クエン酸ナトリウム、三ナトリウム塩、二水和物、[クエン酸、二ナトリウム] | 研究製品インターナショナル | 03-04-6132 | |
| 水酸化ナトリウム1N濃縮物、フィッシャーケミカル | フィッシャーサイエンティフィック | SS277 | タンパク質均質化緩衝液 |
| スチーマー | ベラ | B00DPX8UBA | |
| 滅菌外科用ドレープ | Busse | 696 | 使用前に滅菌してください |
| Superfrost Plus 顕微鏡スライド | フィッシャーサイエンティフィック | 12-550-15 | |
| サージパスカバーガラス 24x60 | ライカ | 3800160 | |
| シリンジ | BD - ベクトン、ディクソン、カンパニー | 309659 | BD ルアースリップチップ シリンジ 滅菌済み、単回使用、1 mL |
| サーモサイエンティフィック&トレード;Invitrogen™ナノドロップ&トレード;WiFiおよびQubit&tradeを備えた1つの分光光度計。4 | Fluorometer Fisher Scientific | 13-400-525 | この構成には、Qubit 4 Fluorometerが付属しています。 量子ビットの定量化は必要ありません。 |
| ティッシュ接着剤 | 3M | 1469SB | VetBond |
| Tris HCl | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15568025 | 1M. タンパク質均質化緩衝液 |
| TRIzol™試薬 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15596018 | RNA単離 |
| TSAバッファーパック | アドバンストセルズ診断 | 322810 | オパール620検出色素の希釈に使用 |
| ユニバーサルF回路 | ベタマック | 40200 | 気化器および気化器アクセサリーに取り付けられ |
| 直立型化合物蛍光顕微鏡 | オリンパス | BX61VS | FISHイメージング |
| に使用Vectorshield with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | Coverslip mounting media |
| ViiA™ 7 Real-Time PCR System with 384-well Block | Thermo Fisher Scientific | 4453536 | SYBR 384-well block detection. TaqManおよび/または小さなブロックが利用可能 |
| ウェットアンドワイルドネイルポリッシュ ワイルドシャイン、クリアネイルプロテクター、ネイルカラー | アマゾン | C450B | |
| キシラジン 20mg/ml | アナセド | 343730_RX |
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