Het huidige protocol beschrijft een enkele M213L-mutatie in Gja1 die de connexin43-generatie over de volledige lengte behoudt, maar de vertaling van de kleinere GJA1-20k intern vertaalde isovorm voorkomt.
Methodenartikel
Het huidige protocol beschrijft een enkele M213L-mutatie in Gja1 die de connexin43-generatie over de volledige lengte behoudt, maar de vertaling van de kleinere GJA1-20k intern vertaalde isovorm voorkomt.
Het CRISPR-Cas9 genbewerkingssysteem, gebaseerd op genoomherstelmechanismen, maakt het mogelijk om sneller en gemakkelijker gen-gemodificeerde muismodellen te genereren in vergelijking met traditionele homologe recombinatie. Het CRISPR-Cas9-systeem is vooral aantrekkelijk wanneer een single-point mutatie gewenst is. Het gap junction-eiwit, Connexin 43 (Cx43), wordt gecodeerd door gen Gja1, dat een enkel coderend exon heeft en niet kan worden gesplitst. Gja1 produceert echter niet alleen Cx43-eiwit over de volledige lengte, maar tot zes N-terminus afgeknotte isovormen door een proces dat bekend staat als interne translatie, het resultaat van ribosomale translatie-initiatie op interne AUG (Methionine) startplaatsen. GJA1-20k is de meest gegenereerde afgeknotte isovorm van Cx43 geïnitieerd bij het AUG-codon op positie 213 van Gja1 mRNA. Omdat residu 213 optreedt aan het einde van het laatste transmembraandomein van Cx43, is GJA1-20k effectief de 20 kDa C-terminusstaart van Cx43 als onafhankelijk eiwit. Eerdere onderzoekers identificeerden in cellen dat een cruciale rol van GJA1-20k is om de handel in Cx43 gap junction hemichannels over de volledige lengte naar het plasmamembraan te vergemakkelijken. Om dit fenomeen in vivo te onderzoeken, werd een mutante muis met een Gja1-puntmutatie gegenereerd die de ATG (Methionine) bij residu 213 vervangt door TTA (Leucine, M213L-mutatie). Het resultaat van M213L is dat Gja1 mRNA en full-length Cx43 nog steeds worden gegenereerd, maar de translatie van Gja1-20k is aanzienlijk verminderd. Dit rapport richt zich op het kiezen van de restrictie-enzymplaats om een één aminozuur gemuteerd (Gja1M213L / M213L) muismodel te ontwikkelen. Dit protocol beschrijft genetisch gemodificeerde muizen door het CRISPR-Cas9-systeem en snelle genotypering door pcr- en restrictie-enzymbehandelingen te combineren.
De volledige lengte Connexin 43 (Cx43) en de N-terminus afgeknotte isovorm, GJA1-20k, gecodeerd door hetzelfde GJA1-mRNA, maar gebruiken verschillende startcodons1 om de translatie te initiëren. Cx43-translatie vindt plaats bij het eerste AUG-startcodon, terwijl GJA1-20k-translatie begint bij de AUG bij residu 213. Eerder werd vastgesteld dat GJA1-20k essentiële rollen heeft voor volledige Cx43-handel, actinestabilisatie en regulatie van mitochondriale morfologie in vitro 1,2,3.
Om de rol van GJA1-20k in vivo te begrijpen, werd een GJA1-20k "knock-out" muismodel gegenereerd dat de mogelijkheid behield om Cx43 van volledige lengte te maken. De aanpak was om het CRISPR-Cas9-systeem te gebruiken om het enkele residu bij 213 te vervangen van een methionine (M) naar een leucine (L) (Gja1M213L / M213L)4. Een interne M naar L mutatie vermindert de kans op interne translatie drastisch, maar behoudt de translatie en functie van eiwit4 over de volledige lengte. Omdat het wildtype (WT) en het gemuteerde allel identieke afmetingen en bijna identieke mRNA-producten hebben, is het bij de muizen erg moeilijk om het genotype te bevestigen. DNA-sequencing kan de mutatie identificeren, maar is te duur en tijdrovend voor routinematig gebruik. Over het algemeen zijn verschillende snellere genotyperingsmethoden vastgesteld, zoals Real-time Polymerase Chain Reaction (RT-PCR), minisequencing-ligatie, hoge-resolutie smeltanalyse en tetra-primer amplificatie refractair mutatiesysteem PCR (ARMS-PCR)5,6,7,8. Toch vereisen deze alternatieve methoden meerdere stappen, unieke bronnen en /of verschillende specifieke primersets die niet-specifieke PCR-producten kunnen induceren.
Dit protocol introduceert een gedetailleerde gen targeting en editing aanpak door CRISPR-Cas9 om een enkele aminozuurmutatie te creëren, en snelle genotypering wordt gepresenteerd om de mutatie te bevestigen. Genotype-identificatie omvat het creatieve gebruik van restrictie-enzymen die slechts een enkele set primers gebruiken om het doelgen te identificeren. Lezers worden verwezen naar Referentie4 om het diepgaande elektrofysiologische effect van plotselinge hartdood te observeren, veroorzaakt door een één residu Gja1M213L / M213L substitutiemutatie die nog steeds eiwit over de volledige lengte genereert, maar er niet in slaagt een kleinere intern vertaalde truncation isoform te genereren. Dit protocol zal andere muizenmodellen helpen een puntmutatie te gebruiken om de interne translatie van een isovorm van belang te verminderen met behoud van de expressie van het endogene eiwit over de volledige lengte.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
'Alle dierverzorgings- en studieprotocollen zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committees van Cedars-Sinai Medical Center en de University of Utah. C57BL/6J vrouwelijke muizen verkregen uit commerciële bronnen op de leeftijd van 8-9 weken (zie Tabel met materialen) werden gebruikt voor de experimenten.
1. Voorbereiding op gentargeting
2. Inductie van superovulatie, oogsteieren, pronucleaire micro-injectie van CRISPR-mix en blastocystscreening
OPMERKING: Deze procedure volgt een eerder gepubliceerd algemeen protocol14.
3. DNA-extractie
OPMERKING: Muizen op postnatale dag 10 werden gebruikt voor dit experiment als gevolg van plotselinge dood van GJA1-20k knock-out muis ongeveer 2-4 weken na de geboorte4. Een meer algemeen protocol kan ook worden toegepast naar aanleiding van eerder gepubliceerd rapport18.
4. DNA-amplificatie door PCR
5. Incubatie met restrictie-enzym
6. DNA-band detectie
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het CRISPR/Cas9-genbewerkingssysteem produceert een ATG naar TTA-mutatie en een stille TCC naar TCG-mutatie bij 56.264.279 tot 56.264.281 en bij 56.264.291 tot 56.264.293 op muischromosoom 10, of bij respectievelijk 869 tot 871 en 881 tot 883 op Gja1 mRNA. Die mutatie resulteert in een methionine 213 tot Leucine (M213L) mutatie op GJA1 eiwit en de TTC naar TTG mutatie verstoort een nabijgelegen PAM-sequentie om ongewenste geneditie te voorkomen (figuur 1). De details van de mutatie zijn besc...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een gen-gemodificeerd muismodel is een veel voorkomende benadering voor het begrijpen van de genfunctie. Omdat de intern vertaalde isovorm van GJA1-20k echter wordt vertaald uit hetzelfde Gja1-mRNA als Cx43 van volledige lengte, werd een creatieve strategie bedacht om de Cx43-expressie over de volledige lengte te behouden en toch de GJA1-20k-expressie te onderdrukken. De aanpak is gebaseerd op een mutatie van het interne startcodon van GJA1-20k. Met een single point mutatie werd M213 overgeschakeld naar L op
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Het project werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health (R01HL152691, R01HL138577 en R01HL159983) aan RMS.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.2 mL 8-Strip PCR tube | Thomas Scientific | 1148A28 | |
| 0.5 M EDTA pH 8.0 | Invitrogen | 15575-038 | Voor pronucleaire micro-injectie buffer |
| 10x CutSmart buffer | New England Biolabs | B7204S | Digestiebuffer voor NlaIII |
| 1 M Tris-HCl pH 7.5 | Invitrogen | 15567-027 | Voor pronucleaire micro-injectie buffer |
| 50x TAE Buffer | Invitrogen | 24710-030 | |
| 96-well Thermal cycler | Applied Biosystems | Model # 9902 | |
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 664 | muisstam |
| Chemidoc MP beeldvormingssysteem | Bio-rad | Om gelbeeld te maken met 302 nm UV-licht | |
| eSpCas9-eiwit | MilliporeSigma | ESPCAS9PRO-50UG | |
| Gel Lading Dye Purple (6x) | New England Biolabs | B7024S | Laadbuffer voor elektroforese |
| Handschoenen | |||
| hCG (humaan choriongonadotropine) | MilliporeSigma | 23-073-425G | |
| Hyaluronidase | MilliporeSigma | H3884-100MG | |
| Image Lab-software | Bio-rad | Om gelbeeld te analyseren | |
| Omgekeerde stereomicroscoop met plasDIC | Zeiss | Axiovert A1 | |
| KAPA Mouse Genotyping Kits | Roche Diagnostics | KK7352 | Voor weefsel- of cellyse, DNA-extractie en PCR-mastermix |
| KSOM | LifeGlobal | ZEKS-050 | embryocultuurmedium |
| Lab coat | |||
| M2 medium | MilliporeSigma | MR015D | |
| NlaIII | New England Biolabs | R0125S | Om PCR-product te verteren |
| Nuclease-vrij water | Ambion | AM9937 | Om reagentia te verdunnen |
| Paraffineolie | Nacalai USA | 2613785 | |
| Plugged 20 μL fijne pipettip | FisherScientific | 02-707-171 | Om blastocyten op te halen |
| PMSG (zwangerschapsserum van merrie) | ProSpec-Tany | HOR-272 | |
| Natriumchloride | Invitrogen | AM9760G | Voor pronucleaire micro-injectie buffer |
| SYBR safe DNA Gel Stain | Invitrogen | S33102 | Om banden in gel te detecteren |
| tracrRNA | Dharmacon | U-002000-120 | Gids-RNA |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen