卵管核酸送達 による 改良ゲノム編集 (I-GONAD) 法の効率は、ドナーの女性から接合子を採取し、偽妊娠中の女性に移植する必要がある従来のマイクロインジェクションに匹敵します。このプロトコルは、CRISPR/Cas9 誘発変異を染色体 6 上の ROSA26 遺伝子座に導入することにより、その有効性を実証します。
卵管核酸送達 による 改良ゲノム編集 (I-GONAD) 法の効率は、ドナーの女性から接合子を採取し、偽妊娠中の女性に移植する必要がある従来のマイクロインジェクションに匹敵します。このプロトコルは、CRISPR/Cas9 誘発変異を染色体 6 上の ROSA26 遺伝子座に導入することにより、その有効性を実証します。
ノックアウトマウスを作成する方法には、通常、(1)ドナーメスから胚を採取する、(2)遺伝子構築物を ex vivoで接合子にマイクロインジェクションする、(3)偽妊娠したメスの卵管に外科的に移植するという3つの主要なステップが含まれます。このプロセスには、ドナーの女性だけでなく、精管切除された男性や疑似妊娠中の女性も関与するため、かなりの数の動物が必要です。さらに、マウス受精卵の細胞質または前核へのマイクロインジェクションには、針の詰まり、高弾性による膜透過性の問題、胚死の可能性などの課題が生じます。Nepa21 などの高度なエレクトロポレーターの開発は、卵管核酸送達 による 改良ゲノム編集 (I-GONAD) として知られる方法を通じて、標的遺伝子ノックアウトを持つマウスを 1 つのステップで生成するユニークな機会を提供します。この技術では、受胎後 0.7 日に CRISPR-Cas 成分 (Cas9 タンパク質とガイド RNA) を妊娠中の女性の卵管にマイクロインジェクションし、その後 in vivo エレクトロポレーションしてこれらの成分を接合子に直接送達します。I-GONAD手順に続いて、妊娠中のマウスは標的遺伝子ノックアウトを持つ子犬を運び、出産します。この記事では、マウスに I-GONAD 法を実装するための詳細な段階的なプロトコルを提供し、従来のノックアウト マウス生成技術に代わる、より効率的でアクセスしやすい代替手段を提供します。
病気の遺伝的基盤を理解することは、その病因と病因の根底にある分子メカニズムを特定するために重要です。この研究の重要なステップは、ヒトの病気をシミュレートする標的遺伝子ノックアウトを備えた動物モデルの開発です。マウスは、ヒトと一般的なゲノムの類似性、小型、短寿命、および高い生殖能力により、これらの研究に特に価値があります。マウスモデルは、基礎研究と前臨床試験の両方にとって重要です1。
CRISPR-Cas9システムを使用してノックアウトマウスを作成するために、研究者は通常、ガイドRNAとCas9ヌクレアーゼの複合体を接合子に注入し、標的DNAに二本鎖切断を引き起こし、それによって細胞の修復システムを活性化して切断部位に突然変異を引き起こします1,2。接合子へのマイクロインジェクションは、この目的のためのゴールドスタンダードであり続けています。ただし、この方法には、ドナーの女性から胚を分離し、受精卵に遺伝子構築物をマイクロインジェクションし、偽妊娠した女性の卵管に外科的に移植するといういくつかの手順が必要です。そのため、ドナーメス、精管切除されたオス、疑似妊娠メスなど、多数の動物を維持する必要があります。さらに、接合子の分離には、ドナー女性の安楽死が必要です。したがって、3R(Replacement、Reduction、Refinement)3の原則に沿って、動物の使用を最小限に抑えるプロトコルが望ましいです。
Nepa21システムの使用などのエレクトロポレーション技術の進歩は、卵管核酸送達(I-GONAD)4を介した改良ゲノム編集として知られる技術を使用して、標的遺伝子ノックアウトマウスを1つのステップで生成するユニークな機会を提供します。スーパーエレクトロポレーター NEPA21 タイプ II は、4 段階のマルチパルス エレクトロポレーション システムを採用しており、高い胚生存率を維持しながら高いエレクトロポレーション効率を保証します。I-GONADでは、受胎後0.7日にCRISPR-Cas成分(Cas9タンパク質(500-600 ng/μl)およびガイドRNA(80-100 ng/μl))を妊娠マウスの卵管にマイクロインジェクションし、続いてin vivoエレクトロポレーションを行い、これらの成分を接合子に直接送達します5。I-GONAD手順の後、妊娠中のマウスは、標的遺伝子ノックアウト6,7,8を持つ子犬を出産します。この方法の有効性は、目的のターゲットによって異なりますが、標準的なマイクロインジェクションベースの技術(約50%)と同等です9,10。さらに、I-GONADは、他の種のゲノム編集に適応できる可能性があります。
この記事では、ノックアウトマウスを生成するためのI-GONAD法を実装するための段階的なプロトコルを紹介します。一例として、マウスの6番染色体上の ROSA26 ゲノム遺伝子座を標的とすることで、その有効性が実証されました。この遺伝子座は、その後の翻訳なしで構成的転写を受けるため、選択されました。したがって、この遺伝子座に突然変異を導入しても、結果として得られる子犬の健康に悪影響を与える可能性は低いです。
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すべての動物実験は、サンクトペテルブルク州立大学の動物研究倫理委員会によって承認されました (承認番号 131-03-5、2022 年 10 月 11 日)。すべての手順は、実験動物の世話と使用に関するガイドに概説されているガイドラインに厳密に準拠しています。一般的な実験室の近交系CD1マウスは、ロシア科学アカデミー生理活性化合物研究所(IPAC RAS)の集団使用センターから入手されました。生後2〜3ヶ月(平均体重27〜30 g)の雌CD1マウスを、生後2.5〜4ヶ月(平均体重35〜37 g)の雄CD1マウスとの交配に用いた。この研究で使用された試薬と機器は、 材料表に記載されています。
1. シングルガイドRNA(sgRNA)の設計とトランスフェクションのための調製
2. 卵管核酸送達 による ゲノム編集のための雌マウスの調製
3.外科的処置
4. エレクトロポレーションと縫合
5. ジェノタイピング
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エレクトロポレーションが成功した場合、実験マウスは、(1)一握りの子犬を産み、(2)一部の動物はゲノムに異なるインデルを持ちます。ジェノタイピングプライマーが適切に設計されており、PCRプログラムが最適である場合、PCR産物は所望のサイズの1つのクリアバンドとしてアガロースゲル上に存在します。ヌクレアーゼが標的DNAを切断することに成功した場合、得られた動物はモザイクであり、ゲノム内にさまざまなインデルを持つ可能性があります。EditCo ICE AnalysisやTIDEなどの計算ツールを使用して、ゲノム内の正確なインデルを見つけました。入力として、sgRNAスペーサー配列、野生型対照マウスPCR産物配列のクロマトグラムファイル、および得られた実験マウスPCR産物配列のクロマトグラムファイルを使用します。その結果、プログラムは、インデルバリアントの分布、対照プローブと実験プローブ間の不一致レベル、および(EditCo ICE分析を使用している場合)切断部位の近傍での配列アライメントを示す図を表示する必要があります(図2
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I-GONAD 法を使用したノックアウト マウスの生成効率は、従来のマイクロインジェクション技術に匹敵します。ただし、従来の方法では、ドナーの女性から接合子を分離し、マイクロ注射を行い、偽妊娠した女性の卵管に胚を移植します。対照的に、I-GONAD 法は、ゲノム編集成分を妊娠中の女性の卵管に直接送達することでこのプロセスを簡素化し、接合子の分離や移植の必要性を排除します。提示されたプロトコルは、CRISPR/Cas9 技術を使用してマウス染色体 6 上の ROSA26 遺伝子座での変異の導入に成功したことを実証することにより、I-GONAD 法の有効性を強調しています。この技術を改良することにより、I-GONAD 手順を成功させるための最も重要なステップは次のとおりです: エレクトロポレーション中に正しい抵抗と電圧の設定を達成し、遺伝子構築物の注入中に卵管に空気が入らないようにします。
細胞生存率と転移効率の最適なバランスを確保するために、抵抗値は約 350-400 Ω、対応する電圧は 100-2...
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著者は利益相反を宣言しません。
著者は、サンクトペテルブルク大学リサーチパーク、分子細胞技術センターに感謝しています。シーケンシングは、サンクトペテルブルク州立大学サイエンティフィックパークの分子細胞技術リソースセンターで、ABI 3500 xL遺伝子分析装置(Thermo Fisher Scientific、米国)を使用して実行されました。著者らは、文書の編集と提出に協力してくれたマリア・ルーベルに感謝しています。この研究は、サンクトペテルブルク州立大学(研究プロジェクトID:129658320)から資金提供を受け、ルイボフ・シュコデンコはロシア科学財団(プロジェクト25-26-00247)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5–5 uLピペット | サーモ・サイエンティフィック | 4642020 | |
| 1.5 mLチューブ | アプタカ | 1003/G | |
| 100〜1000 uLピペット | サーモ・サイエンティフィック | 4642090 | |
| 200 uL 真空管 | アクシゲン | PCR-02-C | |
| 20-200 uLピペット | サーモ・サイエンティフィック | 4642080 | |
| 2-20 uLピペット | サーモ・サイエンティフィック | 4642060 | |
| 4倍ゲルローディングダイ | バイオラボミックス | D-3002 | |
| アガロース | AppliChem | A8963,0500 | |
| DNase I、RNaseフリー(1 U/μL) | サーモ・フィッシャー | EN0521 | |
| dNTPセット、100 mM解 | サーモ・サイエンティフィック | R0181 | |
| DreamTaq グリーンDNAポリメラーゼ(5 U/μL) | サーモ・サイエンティフィック | EP0713 | |
| ダルベッコS修正リン酸塩緩衝生理食塩水 | シグマ・オルドリッチ | D8537 | |
| EditCo ICE分析 | https://ice.editco.bio/#/ | 2025年6月4日アクセス | |
| EDTA 0.5M溶液、pH=8 | AppliChem | A4892,0500 | |
| アンサンブル | https://www.ensembl.org/index.html | 2025年6月9日アクセス | |
| 臭化エチジウム | バイオラボミックス | EtBr-10 | |
| アイジェル点眼薬「Oftagel」 | ウルサファーム | 204604 | |
| ゲルドキュメンティングシステム ChemiDoc XRS+ | バイオ・ラッド | 1708265 | |
| In-Silico PCR V39x1 | https://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgPcr | 2025年6月9日アクセス | |
| インテグレーテッドDNAテクノロジー | https://eu.idtdna.com | 2025年6月9日アクセス | |
| 顕微外科用ハサミ | メディン・ウラル | M124 | |
| NEPA21エレクトロポレーター | ネパ遺伝子 | NEPA21 | CUY652P2.5X4電極付き |
| NTPセット、100 mM解 | サーモ・サイエンティフィック | R0481 | |
| オリゴヌクレオチド | エヴロゲン | 直接注文、標準的な脱塩精製 | |
| Opti-MEM I 還元血清培地 | サーモ・フィッシャー | 31985070 | |
| PerlPrimer(パールプライマー) | https://perlprimer.sourceforge.net | バージョン1.1.21。 | |
| フュージョン高忠実度DNAポリメラーゼ(2 U/μL) | サーモ・サイエンティフィック | F530L | |
| ピペット 10 uL チップ | ウルプラスト | HT-10-960 | |
| ピペット1000 uLのチップ | ウルプラスト | HT-1000-576 | |
| ピペット200 uLのチップ | ウルプラスト | HT-200-960 | |
| 電源供給」エルフ4」 | DNA技術 | PS-400 NEW | |
| RNAse/DNAseフリーウォーター | インビトロジェン | 10977049 | |
| 生理食塩水溶液 | パネコ | P011n | |
| SE-1 雄鳥電気泳動系 | ヘリコン | SE-1 | |
| 水酸化ナトリウム | シグマ・オルドリッチ | S5881-500G | |
| Step100 DNAラダー | バイオラボミックス | S-8100 | |
| 立体顕微鏡SMZ1000 | ニコン | 5-363376 | |
| ストリッパーマイクロピペッター | クーパー・サージカル | MXL3-STR | |
| ストリッパーチップ | オリジオ | MXL3-125 | |
| 外科用針など; | KMIZ | 4A1- 0,6×20 | |
| 鉗子の縫合 | メディン・ウラル | M302.2 | |
| 鉗子の縫合 | メディン・ウラル | M303 | |
縫合糸 POLYCON N SYNTHEGOノックアウトガイドデザイン | https://design.synthego.com/#/ | 2025年6月9日アクセス | |
| T100アンプ | バイオラッド | 10014822 | |
| T7 RNAポリメラーゼ | サーモ・サイエンティフィック | エピソード0111 | |
| TBEの10倍バッファ | バイオラボミックス | TBE-500 | |
| 潮とnbsp; | https://tide.nki.nl/ | 2025年6月4日アクセス | |
| 塩酸三塩 | 蘇州ヤクー科学 | SYS-S0005-0.5 | |
| トリズマ塩酸塩溶液 | シグマ・オルドリッチ | T2663 | |
| トリゾル試薬 | インビトロジェン | 15596026 | |
| TrueCut Cas9プロテイン | インビトロジェン | A36499 | |
| ユニバーサルハサミ | メディン・ウラル | M147 | |
| キシラジン | Interchemie Werken de Adelaar | IX2 | |
| ゾレティル | バーバック研究所 | 2000443714739.00 |
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