Hier beschrijven we een werkwijze voor het remmen van genfunctie in ziektedragers muggen door het gebruik van chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes die worden opgenomen door larven.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier beschrijven we een werkwijze voor het remmen van genfunctie in ziektedragers muggen door het gebruik van chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes die worden opgenomen door larven.
Vector muggen toebrengen meer menselijk lijden dan enig ander organisme - en doodt elk jaar meer dan een miljoen mensen. De mug genoom projecten gefaciliteerd onderzoek naar nieuwe facetten van mosquito biologie, met inbegrip van functionele genetische studies in de primaire Afrikaanse malaria vector Anopheles gambiae en de dengue en gele koorts vector Aedes aegypti. RNA-interferentie (RNAi-) gemedieerde gene silencing is gebruikt om genen van belang te richten in deze beide ziekteoverbrenger muggensoorten. Hier beschrijven we een werkwijze voor het bereiden van chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes die gecombineerd met voedsel en ingenomen door larven. Deze technisch eenvoudige, high-throughput en relatief goedkope methode, die verenigbaar met lange dubbelstrengs RNA (dsRNA) of kleine interfererende RNA (siRNA) moleculen, is gebruikt voor de succesvolle knock-down van verschillende genen in A. gambiae en A. aegyptilarven. Na larvale voedingen, knock-down, dat wordt gecontroleerd door middel van qRT-PCR of in situ hybridisatie, kunnen aanhouden op zijn minst door de late popstadium. Deze methodologie kan voor allerlei muggen en andere insecten, waaronder landbouwongedierte, evenals andere niet-model organismen. Naast zijn bruikbaarheid bij het onderzoekslaboratorium, in de toekomst, chitosan, een goedkope, niet-toxisch en biologisch afbreekbaar polymeer, zou kunnen worden gebruikt in het veld.
Bloed voeden vector muggen van de Anophelinen en Aedine geslachten overbrengen ziekteverwekkers verantwoordelijk voor enkele van de ergste bedreigingen van de mensheid. Naar schatting 3,4 miljard mensen het risico voor het oplopen van malaria, die verantwoordelijk is voor meer dan een half miljoen doden per jaar wereldwijd. Malaria resultaat van infectie door Plasmodium sp. Parasieten, die door beten van geïnfecteerde muggen van het geslacht Anopheles, inclusief de belangrijkste Afrikaanse vector Anopheles gambiae (mensen worden doorgegeven http://www.who.int/topics/malaria/en/ , 2014) 1. Aedes aegypti mug de primaire vector voor dengue virus dat dengue koorts, een niet-specifieke koorts die de meest voorkomende en belangrijke arboviral ziekte in de wereld veroorzaakt. Dengue-virus is op dit moment een bedreiging voor> 2,5 miljard mensen in de tropen, met een jaarlijkse incidence van ongeveer 50 miljoen gevallen resulterend in ~ 24.000 sterfgevallen per jaar ( http://www.cdc.gov/dengue/ , 2014) 2. Ondanks de verwoestende wereldwijde impact van door muggen overgebrachte ziekten op de menselijke gezondheid, doeltreffende middelen ter voorkoming en behandeling van deze ziekten ontbreken. Mosquito controle is op dit moment de beste methode van ziektepreventie.
Het potentieel voor het regelen van geleedpotigen overgedragen ziekten door de genetische manipulatie van de vectoren is erkend voor meer dan vier decennia 3. Transgene stammen van A. aegypti ontworpen om een onderdrukbaar vrouwelijke-specifieke vliegende fenotype hebben onlangs het potentieel voor het gebruik van transgene vector controle strategieën een realiteit 4-6. Deze ontwikkelingen hebben de onderzoekers uitgedaagd om nieuwe genetische targets te identificeren voor vector controle en extra middel om het manipuleren van gen-functie in vector muggen. Wijziging van genexpressie dijdens de ontwikkeling, zoals het geval was bij vrouwelijke-vliegende muggen 4 was, kan de opheldering van nieuwe vector controle strategieën te bevorderen. Echter grotendeels door technische problemen, de functies van zeer weinig genen gekarakteriseerd tijdens de ontwikkeling van A. gambiae, A. aegypti, of andere muggensoorten.
Sinds zijn ontdekking in C. elegans 7, RNA interferentie (RNAi), die wordt bewaard in dieren, planten en micro-organismen, is uitgebreid gebruikt voor functionele genetische studies in diverse organismen, waaronder insecten 8,9. De RNAi route wordt geïnitieerd door Dicer, die splitst lange dsRNA in korte 20-25 nucleotide-lange siRNA's die functioneren als sequentie-specifieke interfererende RNA. siRNA stilte genen die complementair zijn in de juiste volgorde zijn door het bevorderen van transcript omzet, splitsing, en verstoring van de vertaling 9. Lange dsRNA moleculen (meestal 300-600 bp) of aangepaste siRNA gericht op een particular sequentie kan worden gebruikt in het onderzoekslaboratorium voor silencing elk gen van interesse. Door het beheer wanneer interfererende RNA is uitgebracht, kunnen onderzoekers de tijd te controleren op welk gen silencing ingewijden. Dit voordeel is nuttig als het kan worden gebruikt om problemen zoals ontwikkelingsstoornissen letaliteit of steriliteit, die de productie en het onderhoud van stammen dragende erfelijke mutaties, een duur en arbeidsintensief proces dat nog niet in alle insectensoorten kunnen belemmeren overwinnen. Hoewel de mate van gen silencing door RNAi varieert van gen tot gen, weefsel weefsel en dier tot dier, wordt RNAi veel gebruikt voor functionele analyse van genen in muggen en andere insecten 8,9.
Drie interfererende RNA levering strategieën zijn gebruikt muggen: micro-injectie, inweken / topische toediening, en inslikken. Voor een gedetailleerde geschiedenis en vergelijking van het gebruik van deze drie technieken bij insecten, verwijzen wij u naar Yu et al 8. We hebben met succes gebruik microinjectie 10 als een middel om siRNAs ontwikkelingsstoornissen genen in A. targeten aegypti embryo's, larven en poppen 11-14. Echter, dit arbeidsintensieve levering strategie vereist zowel een micro-injectie setup en een bedreven hand. Bovendien microinjectie is belastend het organisme, een verstorende factor, vooral wanneer gedrags fenotypen worden beoordeeld. Tenslotte kan microinjectie levering niet worden uitgebreid tot het veld vectorcontrole. Als alternatief, onderdompelen het organisme interfererende RNA oplossing ook een populaire manier induceren gene silencing, aangezien het gemakkelijk en vergt weinig of arbeid. Doorwekende heeft hoofdzakelijk insectencellijn toegepast bestudeert 8, maar in een recente studie werd knockdown in A. bereikt aegypti larven ondergedompeld in een oplossing van dsRNA 15, die de dieren leek te inname. Voor studies met analyse van veelvoudige experimental groepen of fenotypes, inweken is nogal kostbaar. Lopez-Martinez et al. 16 beschreven rehydratie gedreven RNAi, een nieuwe benadering voor interfererende RNA aflevering dat uitdroging in zoutoplossing en rehydratie gaat met een enkele druppel water met interfererende RNA. Deze benadering knipt de kosten geheel dier onderdompeling, maar is duurder dan micro-injectie en kan de toepassing ervan soorten die hoge osmotische druk kan verdragen beperkt. Bovendien is het moeilijk voor te stellen hoe onderdompeling of dehydratatie / rehydratatie onderdompeling methode kan worden aangepast voor vectorcontrole in het veld. Daarom, voor post-embryonale studies, levering van interfererende RNA met voedsel ingenomen een levensvatbare alternatieve strategie.
Alhoewel-inname gebaseerde strategieën werken niet in alle insectensoorten, misschien wel het meest bijzonder Drosophila melanogaster, is orale toediening van interfererende RNA gemengd met voedsel gen si bevorderdlencing in verschillende insecten 8,17, waaronder A. aegypti volwassenen 18. We beschreven chitosan-nanodeeltjes gemedieerde RNAi in A. gambiae larven 19 en hebben met succes toegepast deze aanpak voor de vermindering van de genexpressie in A. aegypti larven 20,21. Hier, methodologie voor deze RNAi procedure, wat inhoudt dat het insluiten van interfererende RNA door het polymeer chitosan, is gedetailleerd. Chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes worden gevormd door zelf-assemblage van polykationen met interfererende RNA via elektrostatische krachten tussen de positieve ladingen van de aminogroepen van chitosan en negatieve ladingen op de hoofdketen van interfererende RNA 19 van het fosfaat groepen. De beschreven werkwijze is geschikt voor zowel lange dsRNA moleculen (hierna dsRNA) of dubbelstrengs siRNA (hierna siRNA). Na synthese, chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes gemengd met larven eten en afgeleverdlarven bij inslikken. Deze methode is relatief goedkoop, vereist weinig apparatuur en arbeid 19, en faciliteert high-throughput analyse van meerdere fenotypes, met inbegrip van de analyse van het gedrag 20,21. Deze methode, die kan worden aangepast voor gen-silencing studies in andere insecten, waaronder andere vectoren ziekte en insecten landbouwongedierte, zou kunnen worden gebruikt voor gen-silencing in een verscheidenheid van andere diersoorten. Bovendien, chitosan, een goedkope, niet-toxisch en biologisch afbreekbaar polymeer 22, zou kunnen worden gebruikt in het veld soortspecifieke muggen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. muggensoorten en Grootbrengende
2. dsRNA en siRNA Ontwerp en Productie
3. Voorbereiden Chitosan / interfererende RNA Nanodeeltjes
4. Voorbereiden Mosquito Eten met chitosan / interfererende RNA Nanodeeltjes
5. Het voeden muggenlarven met levensmiddelen die Chitosan / interfererende RNA Nanodeeltjes
6. Bevestiging van Gene Knockdown
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
A. gambiae:
Chitosan / dsRNA nanodeeltjes worden gevormd als gevolg van de elektrostatische interactie tussen aminogroepen van chitosan en de fosfaatgroepen van dsRNA. De efficiëntie van dsRNA opname in nanodeeltjes is gewoonlijk meer dan 90% zoals gemeten door uitputting van dsRNA uit de oplossing. Atomic force microscopie beelden tonen dat chitosan-dsRNA gemiddelde deeltjesgrootte 140 nm in diameter, variërend 100-200 nm (Figuur 1).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De chitosan / interfererende RNA nanodeeltjes hierin beschreven methode werd gebruikt om effectief genen richten tijdens de larvale ontwikkeling A. gambiae (figuren 2, 3) en A. aegypti (figuren 4, 5, 6, Tabellen 1, 2). Chitosan nanodeeltjes kunnen worden bereid met ofwel lange dsRNA of siRNA, die beide met succes gebruikt in muggen zoals blijkt uit de representatieve resultaten hierin beschreven. Synthese van dsRNA goedkoper dan de aankoop siRNA, maar is arbeidsintensi...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Financiering van de Kansas Agricultural Experiment Station en K-State Arthropod Genomics Center naar KYZ ondersteunde de oorspronkelijke ontwikkeling van chitosan/dsRNA-gemedieerde gen-silencing in A. gambiae19. Het A. gambiae werk dat hier wordt beschreven, werd gedeeltelijk ondersteund door R01-AI095842 van NIH/NIAID naar KM. Ontwikkeling van chitosan/siRNA-gemedieerde gen-silencing in A. aegypti20,21 werd ondersteund door NIH/NIAID Award R01-AI081795 naar MDS. De inhoud van deze studie is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijk de officiële standpunten van de NIH.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.02 ml pipetteman | Rainin | PR20 | voor het opschorten van interfererende RNA |
| 0.2 ml pipetteman | Rainin | PR200 | voor het opschorten van interfererende RNA en de bereiding van interfererende RNA/nanoparticles |
| 0.5 ml gemaakt buis | Fischer Scientific | 05-408-120 | voor het opdelen van gesuspendeerd interfererend RNA |
| 1 ml pipetteman | Rainin | PR1000 | voor het opschorten van interfererende RNA en de bereiding van interfererende RNA/nanoparticles |
| 1.5 ml gemaakt buis | Fischer Scientific | 05-408-046 | voor de bereiding van interfererende RNA/nanoparticles |
| 1M Sodium Acetaat, pH 4.5 | TEKnova | S0299 | om natriumacetaatbuffer te bereiden |
| Azijnzuur, AIRSTAR. ACS, USP, FCC Grade | BDH | VWR BDH3092-500MLP | om natriumacetaatbuffer te bereiden |
| Agarose Genetic Technology Grade | MP Biomedicals LLC. | 800668 | om bereid interfererend RNA/nanoparticles te coaten |
| Centrifuge | Eppendorf AG | 5415D | om interfererend RNA/nanoparticles te pellen |
| Chitosan, uit garnalenschelpen | Sigma-Aldrich | C3646-25G | om te combineren met interfererend RNA voor de bereiding van interfererend RNA/nanoparticles |
| Droge Gist | Universal Food Corp | NA | om voedsel voor muggenlarven met interfererend RNA/nanoparticles te bereiden |
| E-RNAi tool | German Cancer Research Center | NA | voor het ontwerp van dsRNA; http://www.dkfz.de/signaling/e-rnai3// |
| goudvissenvoer | Wardley | Goldfish FLAKE FOOD | om voedsel voor muggenlarven met interfererend RNA/nanoparticles te bereiden |
| Verwarmd waterbad | Thermo Scientific | 51221048 | om het interfererend RNA/nanoparticles op 55oC te verwarmen |
| IJs | niet van toepassing | niet van toepassing | voor het ontdooien van interfererend RNA en de bereiding van interfererend RNA/nanoparticles |
| [header] | |||
| IJsemmer | Fisher Scientific | 02-591-44 | voor het bewaren van ijs dat tijdens de procedure wordt gebruikt |
| leverpoeder | MP Biomedicals LLC. | 900396 | om muggenlarven te voeren na de behandeling met interfererend RNA/nanoparticles |
| Magnetron | Een verscheidenheid aan leveranciers | niet van toepassing | om 2% agarose-oplossing te bereiden |
| Petrischaal (100 x 15 mm) | Fischer Scientific | 875713 | voedingskamer voor interfererend RNA/nanoparticles voor larven |
| pH-meter | Mettler Toledo | S220 | voor het bereiden van buffers |
| Schermesje | Fischer Scientific | 12-640 | om het interfererend RNA/nanoparticle-pellet voor voedingen te verdelen |
| siRNA | Thermo Scientific/Dharmacon | aangepast | voor de bereiding van siRNA/nanoparticles |
| Natriumsulfaat, watervrij (Na2SO4) | BDH/verspreid door VWR | VWR BDH0302-500G | om 50 mM natriumsulfaatoplossing te bereiden waarin het interfererende RNA zal worden gesuspendeerd |
| Thermometer | VWR | 61066-046 | om de temperatuur van het waterbad te meten |
| Tandstokbjes | VWR | 470146-908 | voor het roeren tijdens de bereiding van interfererend RNA/nanoparticle-voedsel en het snijden van gel-pellets |
| Ultralage vriezer | Een verscheidenheid aan leveranciers | niet van toepassing | voor het bewaren van interfererend RNA-aliquots en interfererend RNA/nanoparticles bij -80oC |
| Vortexmixer | Fischer Scientific | 02-216-108 | voor de bereiding van chitosan/interfererend RNA |
| Weegpapier | Fischer Scientific | NC9798735 | om het interfererend RNA/nanoparticle-pellet voor voedingen te verdelen |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.