このプロトコルは、ベージュ脂肪生物学を調査するためのアデノ随伴ウイルス(AAV)の代替戦略として、脂肪細胞(AdipoSPH)におけるCRISPR SunTag-p65-HSF1(SPH)の使用を示しています。内因性Prdm16遺伝子を標的とするAAV担持sgRNAの インビボ 注射は、ベージュ脂肪の発生を誘導し、熱発生遺伝子プログラムを増強するのに十分である。
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方法論記事
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このプロトコルは、ベージュ脂肪生物学を調査するためのアデノ随伴ウイルス(AAV)の代替戦略として、脂肪細胞(AdipoSPH)におけるCRISPR SunTag-p65-HSF1(SPH)の使用を示しています。内因性Prdm16遺伝子を標的とするAAV担持sgRNAの インビボ 注射は、ベージュ脂肪の発生を誘導し、熱発生遺伝子プログラムを増強するのに十分である。
クラスター化された規則的に間隔を空けた短い回文反復(CRISPR)技術は生物学の革命を引き起こし、最近のツールは最初に記述された遺伝子編集をはるかに超えて適用されています。CRISPR活性化(CRISPRa)システムは、触媒的に不活性なCas9(dCas9)タンパク質と異なる転写モジュールを組み合わせて、内因性遺伝子発現を誘導します。SunTag-p65-HSF1(SPH)は、相乗的活性化メディエーター(SAM)の成分とSunTagアクチベーターを組み合わせた最近開発されたCRISPRa技術です。このシステムは、カスタマイズされたシングルガイドRNA(sgRNA)を設計することにより、単一または複数の遺伝子の過剰発現を可能にします。本研究では、以前に開発したSPHマウスを用いて、脂肪細胞(アディポネクチンCre系統)でSPHを発現するAdipoSPHという名前の条件付きマウスを作製しました。白からベージュの脂肪(褐変)表現型を誘導するために、内因性Prdm16遺伝子(褐色およびベージュ色の脂肪の発生に関連する確立された転写因子)を標的とするsgRNAを搭載したアデノ随伴ウイルス(AAV)を鼠径部白色脂肪組織(iWAT)に注入した。このマウスモデルは、内因性Prdm16の発現を誘導し、熱発生遺伝子プログラムを活性化しました。さらに、 インビトロ SPH誘導Prdm16過剰発現は、ベージュ脂肪細胞の酸素消費を増強し、以前のPrdm16トランスジェニックマウスモデルの結果を表現コピーした。したがって、このプロトコルは、脂肪組織生物学を調査するための、用途が広く、費用効果が高く、時間効率の高いマウスモデルを記述します。
ベージュ(またはブライト)脂肪細胞は、白色脂肪組織(WAT)デポー内に存在する脱共役タンパク質1(UCP1)発現およびミトコンドリアに富む脂肪細胞です。ベージュ色の脂肪は、低温曝露および他の刺激に応答して脂肪細胞前駆細胞または成熟白色脂肪細胞のサブセットから出現する1,2。ベージュ色の脂肪細胞は、UCP1依存的または独立した方法でエネルギーを熱に変換することができます3。ベージュ色の脂肪は、その熱発生機能に関係なく、アディポカインの分泌や抗炎症および抗線維化活性などの他の手段によって代謝の健康を改善することもできます。マウスとヒトでの研究では、ベージュ脂肪の誘導が全身のグルコースと脂質の恒常性を改善することが示されています3。しかし、ベージュ脂肪生物学に関する私たちの知識は近年急速に進化していますが、その代謝の利点と関連するメカニズムのほとんどはまだ完全には理解されていません。
クラスター化された規則的に間隔を空けた短い回文反復(CRISPR)は、Cas9タンパク質4,5のヌクレアーゼ活性を介してゲノムの特定の部位に二本鎖切断(DSB)を生成できるツールとして真核細胞で最初に説明されました。Cas9は、合成シングルガイドRNA(sgRNA)によって誘導され、特定のゲノム領域を標的とし、DNA DSBにつながります。編集目的でヌクレアーゼCas9を使用することに加えて、CRISPR-Cas9技術は、配列特異的遺伝子調節ツール6として使用されるように進化した。触媒的に不活性なCas9タンパク質(dCas9)の開発と、遺伝子発現を増強することができる転写モジュールの会合により、CRISPR活性化(CRISPRa)ツールが生まれました。VP64 7,8、相乗的活性化メディエーター(SAM)9、SunTag10,11、VPR 12,13、SAMとSunTagアクチベーターのコンポーネントを組み合わせたSunTag-p65-HSF1(SPH)14など、いくつかのCRISPRaシステムが登場しました。最近、N2a神経芽細胞および初代星状細胞における神経原性遺伝子の誘導発現が、他のCRISPRaシステムと比較してSPHを使用して高いことが実証され14、SPHが有望なCRISPRaツールとして実証されています。
ここでは、先に開発したSPHマウス14 を利用して、アディポネクチンCre系統(AdipoSPH)を用いて脂肪細胞に特異的にSPHを発現する条件付きマウスモデルを作製した。内因性Prdm16遺伝子を標的とするgRNAを搭載したアデノ随伴ウイルス(AAV)を用いて、鼠径WAT(iWAT)の褐変(白からベージュへの変換)を誘導し、熱発生遺伝子プログラムの発現を増加させた。さらに、 インビトロ Prdm16過剰発現は酸素消費量を増加させた。したがって、このプロトコルは、脂肪組織内のベージュ脂肪発生のメカニズムを探索するための汎用性の高いSPHマウスモデルを提供します。
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動物実験は、実験動物の世話と使用のためのカンピーナス大学ガイド(プロトコルCEUA #5810-1 / 2021)に従って実施されました。
1. 分子クローニング
2. AAVの包装
注:AAVパッケージングは、以前の出版物15,16に従って、わずかな変更を加えて実行されました。
3. qPCRによるAAVの滴定
4.鼠径部白色脂肪組織(iWAT)へのAAVの インビボ 注射
5. 間質血管細胞(SVF)のベージュ脂肪細胞への in vitro 分化
6. SVFの 体外 AAV感染
注:AdipoSPHマウスiWAT由来のSVFは、Wangら18 によって前述されたように、いくつかの変更を加えてAAVを保有するsgRNA-Prdm16に感染しました。
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AdipoSPHマウスは、SPHおよびAdipoq-Creマウス系統を繁殖させることによって開発された。両方のマウス系統は、ハイブリッドC57BL6J-DBA/2Jバックグラウンドにあった(商業サプライヤーによる; 材料表を参照)。SPHマウス系統は、もともとZhouらによって記載された14。
AdipoSPHを介したPrdm16過剰発現によるインビボベージュ脂肪細胞発生
インビボでベージュ脂肪細胞を発達させるこの研究に記載されるモデルの能力を評価するために、Prdm16遺伝子を標的とするsgRNAを保有するAAVをAdipoSPHマウスのiWATに注射した。Prdm16は、ベージュ色の脂肪細胞の発生と機能を決定する確立された転写因子です20,21。ここでは、内因性のPrdm1...
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CRISPR技術の最も有用な非編集アプリケーションの1つは、CRISPRaシステムを使用した内因性遺伝子の活性化による遺伝子機能の調査です6。SPHは強力なCRISPRaであり、いくつかの神経原性遺伝子を標的とすることによって星状細胞の活性ニューロンへの変換を誘導することが最初に記載されていました14。この研究では、AdipoSPHは、脂肪細胞における内因性Prdm16の発現を活性化することにより、ベージュ脂肪生物学を調査するための適切なツールであることが実証されました。脂肪細胞におけるSPH誘導性Prdm16過剰発現は、熱発生遺伝子プログラムの活性化をもたらし、ブラウニング表現型を誘導し、以前のトランスジェニック(Tg)Prdm16マウスモデル23の表現をコピーする。Prdm16は、茶色とベージュの脂肪分化の調節におけるこの転写因子の中心的な役割、および分化した脂肪細胞における熱発生遺伝子プログラムの調節(例えば、Ucp1発現の増強)に基づいて、ベージュ脂肪細胞を誘導するための標的としてこの研...
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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、AdipoSPHマウスの作製、免疫代謝および細胞シグナル伝達研究所、および細胞生物学に適用されるフォトニクスに関する国立科学技術研究所(INFABIC)のすべての実験的支援に対して、Centro Multidisciplinar para Investigação Biológica na Área da Ciência em Animais de Laboratório(Cemib)、Unicampから受けた支援に感謝する。サンパウロ研究財団(FAPESP)からの財政的支援に感謝します:2019 / 15025-5;2020/09308-1;2020/14725-0;2021/11841-2.
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3,3',5-トリヨード-L-チロニン | Sigma-Aldrich | T2877 | |
| 3-イソブチル-1-メチルキサンチン | Sigma-Aldrich | I5879 | |
| AAVpro 293T 細胞株 | 宝632273 | ||
| アミコン超遠心フィルター | メルクミリポア | UFC510008 | 100 KDa |
| デキサメタゾン | Sigma-Aldrich | D1756 | |
| ダルベッコのイーグルスミディアム(DMEM)の修正 | ニング | 10-017-CV | |
| ダルベッコの修正イーグルミディアム(DMEM)F-12、GlutaMAX™サプリメント | Gibco | 10565-018 | コース、アミノ酸、ビタミンの高濃度 |
| ベッコのリン酸緩衝生理食塩水(DPBS) | シグマアルドリッチ | D8662 | |
| エクセルタ自己開放マイクロはさみ | フィッシャーサイエンティフィ | 17-467-496 | |
| ウシ胎児血清 | Sigma-Aldrich | F2442 | |
| フィッシャーブランド セルスクレーパー (100 個入り) | フィッシャーサイエンティフィ | 08-100-241 | |
| フィッシャーブランド 高精度ストレートテーパー超微細ポイントピンセット/鉗子 | フィッシャーサイエンティフィ | 12-000-122 | |
| フィッシャーブランドシャープポインテッド解剖はさみ | ッシャーサイエンティフィック | 08-940 | |
| グリセロール | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
| 臭化ヘキサジメトリン (ポリブレン) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
| インドメタシン | Sigma-Aldrich | I7378 | |
| インスリン | Sigma-Aldrich | I9278 | |
| LigaFast RapidDNAライゲーションシステム | Promega | M8225 | |
| Maxiprep精製キット | Qiagen | 12162 | |
| マイクロリットルシリンジ | ハミルトン | 80308 | モデル701 |
| NEB 10-ベータ/安定版 | ニューイングランドバイオラボ | C3019H | 大腸菌コンピテントセル |
| pAAV2 / 8 | addgene | ||
| pAAV-U6-gRNA-CBh-mCherry | Addgene | 91947 | |
| pAdDeltaF6 | addgene | ||
| PEG 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Gibco | 15140-122 | |
| ポリエチレン | Sigma-Aldrich | 23966 | Linear, MW 25000 |
| Povidone-iodine | Rioquíマイカ | 510101303 | 防腐剤 |
| ロシグリタゾン | Sigma-Aldrich | R2408 | |
| SacI酵素 | ニューイングランドバイオラボ | R0156 | |
| サージカルデザイン プレミア アドソン鉗子 | フィッシャーサイエンティフィック | 22-079-741 | |
| シリンジ | ハミルトン | 475-40417 | |
| T4 DNAリガーゼ | プロメガ | M180B | |
| T4 DNAリガーゼバッファー | ニューイングランドバイオラボ | B0202S | |
| T4 PNK酵素キット | ニューイングランドバイオラボ | M0201S | |
| トラマドール塩酸塩 | SEM | 43930 | |
| ビジシックゲル | ボシュ+ロンブ | 99620 |
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