이 연구의 목표는 제브라피시에서 모자이크 형질전환 전략을 사용하여 종양 시작 및 생체 내 진행에서 여러 종양 유전자의 상대적 기여도를 빠르고 효율적으로 평가하는 방법을 보여주는 것입니다.
방법 논문
이 연구의 목표는 제브라피시에서 모자이크 형질전환 전략을 사용하여 종양 시작 및 생체 내 진행에서 여러 종양 유전자의 상대적 기여도를 빠르고 효율적으로 평가하는 방법을 보여주는 것입니다.
포괄적인 게놈 분석은 다양한 유형의 암에서 놀라울 정도로 많은 수의 유전적 변형을 밝혀냈습니다. 이러한 종양 중 발암성 "동인"을 강력하고 효율적으로 식별하고 종양 발병 중 동시 유전적 변형과의 복잡한 관계를 정의하는 것은 여전히 어려운 작업으로 남아 있습니다. 최근 제브라피쉬는 유지 관리의 용이성, 높은 번식력, 생체 내 이미징에 대한 명백한 이점, 종양 유전자 및 분자 경로의 높은 보존, 종양 형성에 대한 민감성, 그리고 가장 중요한 것은 물고기에 사용하기에 적합한 형질전환 기술의 가용성으로 인해 인간 질병을 연구하는 데 중요한 동물 모델로 부상했습니다. 암의 형질전환 제브라피시 모델은 다양한 종양 유형에서 발암 경로를 해부하는 데 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 안정적인 형질전환 어류 모델을 개발하는 것은 지루하고 시간이 많이 소요되며, 이 접근 방식을 사용하여 질병 발병기전에서 여러 유전자의 협력을 해부하는 것은 훨씬 더 어렵고 시간이 많이 소요되며, 이는 관심 있는 개별 유전자의 과발현을 가진 여러 형질전환 세포주의 생성과 이러한 안정적인 형질전환 세포주의 복잡한 육종을 필요로 합니다. 따라서 제브라피시에서 모자이크 일시적 형질전환 접근법을 사용하면 in vivo에서 기능적 유전체 분석을 위한 고유한 이점을 얻을 수 있습니다. 간단히 말해서, 후보 전이유전자는 단세포 단계 야생형 또는 형질전환 제브라피시 배아에 동시 주입될 수 있으며, 주로 주입된 동일한 동물에서 혼합된 유전자형을 유도하는 모자이크 패턴으로 각 체세포에 함께 통합될 수 있습니다. 이를 통해 후보 유전자가 종양 형성을 유도하기 위해 서로 협력할 수 있는지 여부와 방법을 더 빠르고 저렴한 방식으로 조사할 수 있습니다. MYCN을 과발현하는 형질전환 어류에서 활성화된 ALK의 일시적인 과발현을 통해, 우리는 대부분의 현대 치료법에 저항해 온 소아암, 신경모세포종의 발병기전에서 이 두 종양 유전자의 협력을 입증합니다.
암은 시간이 지남에 병리학 적 돌연변이, 삭제 및 염색체 이익의 축적에 의해 표시 진보적 인 질병이다. 이러한 유전 적 이상이 저산소증과 같은 스트레스 반응 세포 골격의 세포주기, 세포 사멸, 에너지 대사 및 조립에 이르기까지 다수의 세포 과정에 영향을 미칠 수있다. 따라서, 종양은 생물학적 과정의 스펙트럼에 걸쳐 여러 유전 수차의 집단 행동을 반영한다. 전체 게놈 시퀀싱, 진유 전체 시퀀싱, 타겟 시퀀싱, 깊은 시퀀싱 및 게놈 넓은 협회 연구 등을 포함하여 통합 게놈 연구 노력은, 종양 1-4 본질적으로 모든 종류의 새로운 유전 적 변화의 증가를 확인했다. 많은 경우에, 유전 적 병변은 질병의 발병 기전에서의 협력을 제안, 랜덤하지 않은 방식 5-8에서 함께 발생합니다. F를 결과 비정상적으로 발현 유전자의 큰 배열의 발암 역할을 해부이러한 게놈 병변 ROM 새로운 치료 전략을 고안하고 이러한 에이전트에 종양 세포의 반응을 이해할 필요가 있지만, 이것은 높은 처리량 기능적 게놈 분석의 수행에 대해 매우 강력한 동물 모델 시스템을 필요 곤란한 과제를 증명했다 생체.
포유 동물, 특히 쥐가 암 생물학에서 선호하는 모델이지만, 제브라 피쉬는 상당한 관심을 끌기 시작했다. 경골 제브라 피쉬 (다리오 레 리오 (rerio))는 1960 년대 이후 개발 연구를위한 모델 생물로 사용되었으며, 1982 9-11 종양 발병 기전의 연구에 적용 하였다. 유지 보수, 작은 몸 크기, 높은 생산력의 용이성 제브라 피쉬의 이상과 병리학 적 표현형 (10)을 부여 돌연변이를 확인하는 대규모 앞으로 유전 화면을위한 강력한 모델합니다. 제브라 피쉬 배아의 광학 투명성,이 암 모델의 넓은 사용을 지원하는 또 다른 핵심 기능입니다그것은, 실시간 9 설치류 (12)에 상대적으로 어려운 응용 프로그램을 종양 발생을 찾기 위해 실시하는 생체 내 이미징에 있습니다. 제브라 피쉬 참조 게놈 (Zv9)의 최근 비교 게놈 분석은, 71 %는 82 %가 남자 (OMIM) 데이터베이스 (13)에 온라인 멘델의 상속 질병 관련 유전자와 상관 관계가있는 인간의 orthologues을 갖는, 26,206 단백질 코딩 유전자를 밝혀 (14). 따라서, 제브라 피쉬가 신경 모세포종 (8)을 포함하여 인간의 암의 다양한 유형을 모델링하는 데 사용되었습니다, T 세포 급성 림프 구성 백혈병 (T-ALL) 15, 16, 흑색 종 (17, 18), 유잉 육종 (19), 횡문근 육종 (20, 21), 췌장암 22, 간세포 암 (23)과 골수는 24, 25을 악성 종양, 이종 이식에 대한 암 모델 11,26 연구로 선정되었습니다.
안정적인 형질 전환제브라 피쉬의 접근 방식은 일반적으로 기능 획득 정상적인 발달 또는 질병의 발병 기전 (27, 28)에서 유전자의 효과를 연구하는 데 사용됩니다. 이러한 모델 (도 1a)을 개발하기 위해, 하나의 셀은 하나의 야생형으로 배아 조직 - 특이 적 프로모터에 의해 구동 관심 유전자를 포함하는 DNA 작 제물을 주사. 주입 된 배아는 성적 성숙에 도달하면 세 4 개월 주사 후, 그들은 설립자 물고기로 라이센스를 자신의 생식 세포에 건설 DNA의 통합을 보여주는 것들에 대한 선별 야생 형 물고기와 outcrossed된다. 그러한 카피 수와 트랜스 진의 통합 사이트 등 많은 요소, 안정한 유전자 변형 라인에서의 유전자 발현에 영향을 미친다. 그러므로, 트랜스 제닉 종양 모델을 개발하기 위해, 하나의 종양 유전자를 과발현하는 형질 전환 계통 안정 다중 먼저 생성되고 종양을 유도 이어질 수도 수준에서 트랜스 유전자를 발현하는 라인에 대해 스크리닝 할 수있다. 그러나, 후보 O 과발현ncogene가 생식 세포에 독성이며, 직접 트랜스 29 과발현 형질 전환하여 안정된 선을 생성하는 것이 곤란하다. 따라서, 이러한 접근법은 적절한 암 모델을 생성하기 위해 고장 위험이 높은, 시간 소모적 일 수있다.
여기서 우리는 생체 내에서 기능 게놈 연구에 대한 기존의 안정적인 transgenesis를 통해 독특한 장점을 제공 모자이크 과도 transgenesis (그림 1B)에 따라 다른 전략을 설명한다. 이 방법에서는, 하나 이상의 형질 전환 유전자 구조체는 형질 전환 또는 야생형의 하나의 배아 세포 단계로 주입된다. 유전자를 포함하는 주입 된 DNA 구조는 개별 물고기 (30)의 여러 세포 집단 내에서 혼합 된 유전자형의 결과로, 다음 mosaically 무작위로 차 주입 물고기에 통합되어 있습니다. 또한, 여러 DNA의 공사 출 하나의 세포 배아의 구축은 공동의 통합을 위해 임의의 사이트에서 동일한 셀에, TRA 하나를 허용 리드유전자의 발현과 세포를 CE 및 모자이크 동물 (31)의 질병 발병시 다른 유전자의 상호 작용을 탐구한다. 원리의 증거로서, 우리는 일시적으로 야생 형 물고기와 MYCN 과발현 형질 전환 어류의 도파민 베타 수산화 (D의 βh) 프로모터의 제어하에 주변 교감 신경계 (PSNS)에 mCherry 리포터 유전자와 mutationally 활성화 ALK를 (F1174L) 과발현. 수용체 티로신 키나제를 코딩 ALK는 고위험 신경 모세포종 5-7,32,33에서 가장 빈번하게 돌연변이 된 유전자이다. ALK 가장 빈번한 활성화 및 유력한 체세포 돌연변이 중 하나 (F1174L)은, 표현 위에-IS MYCN- 고위험 신경 모세포종 환자를 증폭하고 안정적인 형질 전환 마우스 및 형질 전환 제브라 피쉬 모델 8,34,35 모두에서 신경 모세포종의 종양 발생을 촉진 MYCN 과발현과 synergizes. 모자이크으로MYCN 유전자 변형 물고기 mCherry와 ALK (F1174L)의 과도 과발현, 우리는 모자이크 transgenesis 전략에 신속하고 효율적으로 사용될 수 있음을 시사 ALK (F1174L) 및 MYCN 모두를 과발현 안정적인 형질 전환 어류에서 관찰 된 종양 발병의 가속도를 효과적으로 요약 생체 내 종양 개시에 여러 개의 종양 유전자의 상대적 기여도를 평가합니다.
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참고 : 모든 제브라 피쉬의 연구와 동물의 유지 보수는 메이요 클리닉 연구소 IACUC 승인 프로토콜 # A41213에 맞게 시행 하였다.
Transgenesis 1. DNA를 구축
2. 미세 주입
안정 또는 모자이크 형질 전환 어류 3. 화면
모자이크 형질 전환 어류 4. 종양 시계
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mutationally 활성화 ALK의 F1174L 또는 야생형 ALK의 과발현은 신경 모세포종 유도에서 MYCN과 협력 할 수 있는지 여부를 조사하기 위해, 우리는 MYCN를 과발현하는 형질 전환 어류의 PSNS의 개발 βh 프로모터의 제어하에 활성화 인간의 ALK 또는 야생 형 인간 ALK를 과발현. ALKF1174L 또는 dβh - - 다음과 같은 구조, dβh 중 하나 ALKWT는 dβh와 coinjected 한 - mCherry를 하나의 셀 야생 형 또는 MYCN 유전자 변형 배아 (그림 2A) 8로. mCherry의 발현은 모자이크 차 주입 동물의 조직에서 ALK의 동시 발현 마커 역임했다. 예상 유전자형의 모든 주입 된 물고기로...
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이 대표 연구에서는이 유전자가 현저히 화합물 안정적인 형질 전환 어류 coexpressing에서 우리의 이전 연구 결과와 일치하는 신경 모세포종의 발병을 가속화하기 위해 협력 것을 보여주기 위해 유전자 변형 물고기를 발현 MYCN의 mCherry 리포터 유전자로 과도 공사 출 활성화 ALK의 동시 발현을 사용 모두 ALK와 MYCN 8 활성화. 이 형질 전환 방법은 모자이크 종래 방법에 비해 여러 고유 이점을 갖는다. 가장 중요한, 이러한 통상적 ALK 안정 발현의 사육 및 식별에 관련된 과도한 시간과 노동력을 제거 안정한 형질 전환 동물에 대한 요구없이 주로 주입 동물에서 후보 종양 유전자 (F0 세대) coexpressing의 효과의 신속한 검사를 가능하게 형질 전환 어류. 또한 이상과 MYCN없이 야생형 ALK의 과발현의 효과를 조사종양 개시에 표현. 우리의 결과는 물고기 모델 야생형
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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
Tg(dbh:EGFP-MYCN) 형질전환 물고기를 연구에서 공유해 주신 이정수 박사님께 감사드립니다. 이 연구는 미국 국립암연구소(National Cancer Institute)의 보조금 1K99CA178189-01, 파블로브 재단(Pablove Foundation) 및 생명을 위한 친구들(Friends for Life)의 펠로우십, 알렉스 레모네이드 스탠드 재단(Alex's Lemonade Stand Foundation) 및 큐어서치 포 소아암 재단(CureSearch for Children's Cancer Foundation)의 젊은 연구자상으로 지원되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Long Template PCR 시스템 확장 | Roche Applied Science, IN | 11681834001 | |
| pCR-TOPO 벡터 | Invitrogen, CA | 451641 | |
| T4 DNA 리가제 | New England Biolabs, MA | M0202M | |
| Gateway LR Clonase II 효소 혼합 | Invitrogen, CA | 11791-100 | |
| Gateway® BP 클로나제® II 효소 믹스 | Invitrogen, CA | 11789-020 | |
| GC-RICH PCR 시스템 | Roche Applied Science, IN | 12 140 306 001 | |
| 메가뉴클레아제 SceI | New England Biolabs, MA | R0694S | |
| Nikon SMZ-1500 스테레오스코픽 형광 현미경 | 니콘, 뉴욕 | ||
| 니콘 디지털 사이트 DS-U1 카메라 | 니콘, 뉴욕 |
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