1. Transgeneza: przygotowanie DNA
- Dominantny marker współwstrzykiwania: pRL3 [Ppa-prl-1(tu92)]
Plazmid pRL3 jest dominantnym markerem współwstrzykiwania służącym do wizualnej identyfikacji pomyślnych zdarzeń transformacji. Plazmid ten koduje dominantny allel mutantowy (tu92) genu Ppa-prl-1, ściśle spokrewnionego z genem kolagenu sqt-1 u C. elegans, i zmienia dziki typ sinusoidowego poruszania się w ruchy skręcania zgodnie z ruchem wskazówek zegara wzdłuż osi ciała nicienia1,5. Transformowane zwierzę jest bardzo podobne do popularnego dominantnego markera selekcyjnego rol-6 (su1006) stosowanego u C. elegans przez ostatnie 20 lat.
- Docelowy transgen reporterowy: Ppa-egl-4p::gfp
Geny zainteresowania mogą być powiązane transkrypcyjnie lub translacyjnie z sekwencją kodującą GFP9. W niniejszym badaniu zastosowano Ppa-egl-4promoter::gfp (egl-4, kinaza białkowa zależna od cGMP), aby ustalić, czy fragment o długości 2 kb znajdujący się powyżej miejsca rozpoczęcia translacji może warunkować ekspresję GFP u P. pacificus PS312. Ten wektor GFP zawiera region kodujący GFP z zmodyfikowanymi
intronami oraz wielofunkcyjny terminator Ppa-rpl-23 3' UTR5, udostępniony przez Xiaoyue Wang i Ralf J. Sommer (Instytut Maxa Plancka, Tuebingen, Niemcy, UE).
- DNA genomowe: PS312
Dodatek DNA genomowego dzikiego typu P. pacificus PS312 jest niezbędny do uzyskania stabilnego dziedziczenia transgenu, w szczególności z transgenicznych zwierząt F1 na ich potomstwo F25. Nie jest jeszcze pewne, czy DNA genomowe tworzy złożone macierze pozachromosomalne z dwoma transgenami (markerem współwstrzykiwania pRL-3 i reporterem Ppa-egl-4p::gfp) podobnie jak obserwowane w stabilnych transgenicznych liniach F2 u C. elegans3. Jednak wymóg, aby DNA genomowe i transgeny posiadały identyczne lepkie końce, silnie sugeruje tworzenie złożonych macierzy pozachromosomalnych, które komórki gospodarza mogą rozpoznać w celu prawidłowej transmisji DNA (gDNA przygotowane przy użyciu zestawu Sigma G1N10).
- Trawienie DNA
Enzymy restrykcyjne są używane do linearyzacji DNA wektora Ppa-egl-4p::gfp oraz do wytworzenia lepkich końców kompatybilnych z markerem współwstrzykiwania pRL3 i gDNA PS312. Mieszać poprzez delikatne opukiwanie, nie używać wirówki typu vortex. Inkubować przez jedną godzinę w 37°C.
| pRL3 | 4 μg |
| bufor 10x | 10 μl |
| PstI (10 U/μl) | 4 μl |
| dH2O | ~ |
| Suma: | 100 μL |
| Ppa-egl-4p::gfp | 4 μg |
| bufor 10x | 10 μl |
| SalI (10 U/μl) | 4 μl |
| dH2O | ~ |
| Suma: | 100 μl |
| gDNA PS312 | 10 μg |
| bufor 10x | 10 μl |
| Pst I i Sal I (10 U/μl) | 8 μl |
| dH2O | ~ |
| Suma: | 100 μl |
Tabela 1. Mieszanina do trawienia enzymami restrykcyjnymi.
- Wytrącanie i przygotowanie DNA
- Do produktu po trawieniu dodać octan sodu w stosunku 1:10 (3 M NaCOOCH3 pH 5.2) oraz 2,5-krotność objętości 100% etanolu; dodać 20 ng/μl glikogenu, aby ułatwić widoczność osadu.
- Wirować przy 14 000 rpm przez 15 minut w temperaturze 4°C.
- Odlać nadsącz, powoli odwracając probówkę wirówkową do góry dnem, a następnie delikatnie stukając nią o ręcznik papierowy, upewniając się, że osad jest stabilny w dolnym rogu probówki i wolny od etanolu.
- Dodać 1 ml 75% etanolu.
- Natychmiast wirować przy 14 000 rpm przez 5 minut w temperaturze 4°C.
- Odlać nadsącz, powoli odwracając probówkę wirówkową do góry dnem, a następnie delikatnie stukając nią o ręcznik papierowy, upewniając się, że osad jest stabilny w dolnym rogu probówki i wolny od etanolu.
- Osad suszyć w wirówce próżniowej przy 14 000 rpm przez 5 minut w temperaturze 25-30°C, aż do całkowitego wyschnięcia i usunięcia etanolu.
- Dodać 30 μl buforu TE lub sterylnej dH2O i pozostawić na noc w temperaturze 4°C, a następnie krótko wymieszać za pomocą wortexa.
- Tabela 2 opisuje sposób przygotowania mieszaniny do wstrzykiwania z każdego oczyszczonego DNA.
- Przechowywać w temperaturze -20°C. Po rozmrożeniu mieszaniny do wstrzykiwania, wirować probówkę przy 14 000 rpm przez 5 minut, aby usunąć cząstki zanieczyszczeń, które mogłyby zatkać igłę do wstrzykiwania.
| Materiał genetyczny | Stężenie |
| Ppa-egl-4p::gfp (SalI) | >5 ng/μl (0.1-10ng/μl) |
| pRL3 (PstI) | >1 ng/μl |
| gDNA PS312 (PstI + SalI) | >60 ng/μl |
| dH2O | ~ |
| Suma: | 30 μl |
Tabela 2. Mieszanina do iniekcji Ppa-prl-1
2. Interferencja RNA: Synteza dwuniciowego RNA in vitro
- Przeprowadź reakcję PCR w celu amplifikacji genu docelowego. Do amplifikacji fragmentu genomowego o długości 464 bp (pozycje 3-466) z wektora pRL3 zawierającego allel Ppa-prl-1(tu92) zastosowano startery RHL091 5'- agtggatccGAAGGTCCATACGGGAGC-3' (miejsce BamHI) oraz RHL092 5'- tatctgcagGTGAGGAGTACCAGGAGAG-3' (miejsce PstI).
- Przetraw produkt PCR enzymami BamHI i PstI.
- Liguj fragment z wektorem do karmienia RNAi pL44402 przetrawionym enzymami BamHI/PstI.
- Transformuj wektor z insertem do kompetentnych komórek i inkubuj je na płytkach z podłożem LB z ampicyliną (50 μg/ml).
- Wyselekcjonuj klony z prawidłowo wstawionym wektorem za pomocą PCR z użyciem starterów T7.
- Wykorzystaj produkt PCR flankowany sekwencjami T7 zawierający gen prl-1 do syntezy dwuniciowego RNA (dsRNA) przy użyciu zestawu do syntezy RNAi BLOCK-IT (Invitrogen).
- Optymalne stężenie dsRNA do iniekcji wynosi >200 ng/μl, maksymalnie do 1 μg/μl.
- Przechowuj w temperaturze -20°C. Po rozmrożeniu mieszaniny do iniekcji odwiruj probówkę przy 14,000 rpm przez 5 minut, aby usunąć cząsteczki zanieczyszczeń, które mogłyby zatkać igłę do iniekcji.
3. Mikroiniekcja: Protokół wstrzykiwania transgenów i/lub dsRNA
- Igły do iniekcji
- Ustaw temperaturę wyciągacza igieł Narishige (model #: PC-10):
- Przekręć dolne pokrętło na pozycję „No.2 Heater”.
- Obracaj pokrętłem „No.2 Heater Adj.”, aż panel wskaże 55.0-60.0°C dla stożkowych końcówek igieł o różnych długościach.
- Przekręć dolne pokrętło z powrotem na pozycję „Step 1” (wyciąganie igły w jednym kroku).
- Włóż igłę do komory i upewnij się, że jest stabilnie zamocowana.
- Naciśnij przycisk „Start” (czerwony przycisk) i pozwól na wyciągnięcie igły za pomocą wszystkich obciążników (powinno to stworzyć dwie identyczne igły skierowane w przeciwne strony).
- Wyjmij igłę z komory i przechowuj w plastikowej płytce hodowlanej, zabezpieczając ją plasteliną, aby zapobiec osadzaniu się kurzu na igłach.
- Podkładki do montażu
- W probówce wirówkowej o pojemności 1.5 ml przygotuj 2% roztwór agaru Noble, dodając 0.02 g agaru Noble do 1 ml H2O. Agar można przechowywać w temperaturze 4°C do roku.
- Dokładnie wymieszaj i rozpuść agar w bloku grzejnym ustawionym na >88°C.
- Za pomocą mikropipety 1 ml nanieś kroplę płynnego 2% agaru Noble na środek szkiełka przedmiotowego (Fisher, 12-544-F).
- Wypłaszcz kroplę, kładąc na niej drugie szkiełko przedmiotowe.
- Powtarzaj „krok nakładania kropli”, aż powstanie warstwa z pięciu szkiełek.
- Zdejmij każde szkiełko, zsuwając je po sobie.
- Wysusz wypłaszczone podkładki agarowe na szkiełkach w piecu próżniowym w temperaturze 70°C przez 4 godziny lub przez noc (ewentualnie w temperaturze pokojowej przez noc).
- Przygotuj wiele podkładek do iniekcji i przechowuj je do późniejszego użycia.
- Mikroiniekcja do gonad hermafrodytycznych

Rysunek 1. Schemat anatomiczny P. pacificus. Przezroczyste komórki z jądrami to żeńskie komórki rozrodcze (oocyty), a szara część to jelito. Przedstawiono tylko jeden dystalny przedni gonad, jednak należy zauważyć, że dwa gonady dystalne krzyżują się grzbietowo w okolicy połowy ciała.

Rycina 2. Obrazy mikroiniekcji. (A) Końcówka igły do iniekcji znajduje się w polu widzenia wraz z prawą krawędzią wyciągniętego fragmentu kapilary. Poprzez delikatne dotknięcie końcówki igły tej krawędzi, końcówka powinna zostać przełamana, zachowując jednocześnie ostry punkt. (B) Igła jest wprowadzana do górnego gonady tuż nad zakrzywieniem jelita podczas pierwszej iniekcji. (C) Igła jest wprowadzana do dolnej gonady tuż pod zakrzywieniem jelita podczas drugiej iniekcji.
-
- Upewnij się, że kontrast oraz ustawienia przesunięcia DIC są optymalne do obserwacji gonad hermafrodytów.
- Napełnij dociąganą igłę kapilarną 1,0-2,0 μl mieszaniny do iniekcji.
- Umieść igłę w manipulatorze do mikroiniekcji; manometry zbiornika z azotem powinny być ustawione na optymalne warunki (10-20 psi przez 0,5-1 s).
- Załam końcówkę igły, delikatnie dotykając jej krawędzi cienko dociąganej rurki kapilarnej umieszczonej na szkiełku (rycina 2A).
- Szkiełko do załamywania igieł: najcieńsza część dociąganej kapilary umieszczona na szkiełku przedmiotowym w kropli oleju.
- Po załamaniu igły można ją umieścić w pozycji spoczynkowej podczas przenoszenia nicienia na podkładkę (w przypadku P. pacificus okno czasowe na iniekcję wynosi 5 minut, zanim zwierzęta wyschną i zginą).
- Korzystając z płytki wypełnionej nicieniami w stadium J4-młodych dorosłych, wlej wystarczającą ilość oleju parafinowego (ciężkiego), aby zakryć wszystkie nicienie na trawniku bakterii OP50.
- Pobierz nicienia i umieść go na podkładce do iniekcji.
- Umieść szkiełko z nicieniem pod mikroskopem; ustaw gonadę nicienia w kierunku igły, a wulwę w stronę przeciwną do igły (rycina 2B, 2C).
- Opuść igłę do pozycji widocznej w polu widzenia mikroskopu.
- Ustaw górną gonadę i igłę w tej samej płaszczyźnie ogniskowania (rycina 2B).
- Delikatnie nakłuj nicienia i wpompuj mieszaninę do iniekcji; przemieszczanie się oocytów w stronę dystalnego końca świadczy o udanej iniekcji (aby zoptymalizować dostarczenie transgenu lub dsRNA, po iniekcji powinna być widoczna fala rozszerzenia w gonadzie, która trwa do momentu zbliżenia się do dystalnego końca).
- Przestaw igłę, aby dokonać iniekcji do dolnej gonady i powtórz zabieg; jednak ponieważ ta gonada znajduje się pod jelitem, rozprzestrzenianie się oocytów nie będzie widoczne, co utrudnia osiągnięcie celu (rycina 2C).
- Normalny wygląd nicienia po zabiegu wskazuje na udaną iniekcję; nie powinno być żadnych uszkodzeń gonad (wypchniętych z wulwy lub pękniętych wewnątrz jamy ciała).
- Przywróć igłę do pozycji spoczynkowej.
- Przygotuj się do odzyskania nicienia.
- Dodaj kroplę (0,5 μl) buforu M9 na podkładkę, na której znajduje się wstrzyknięty nicień.
- Używając pęsety z niewielką ilością bakterii OP50, dotknij nicienia; powinien on przykleić się do pęsety. Nie używamy pipety ustnej.
- Przenieś nicienia na płytkę z naniesionymi plamkami 50 μl OP50; na takich płytkach można odzyskać 2-4 nicienie.
- Przechowywanie po iniekcji i przesiewanie pod kątem transgenezy
- Przechowuj wstrzyknięte nicienie (P0) w temperaturze 20°C przez ok. 4 dni w celu zniesienia jaj i wyrośnięcia pokolenia F1.
- Czwartego dnia przesiewaj nicienie pod kątem wybranego fenotypu (aby wykryć transgenezę, szukaj osobników typu „roller” wykazujących dominantni marker Ppa-prl-1).
- Pobierz pojedyncze, niezależne osobniki F1 o zaobserwowanym fenotypie na nową zasiałą płytkę i przechowuj w 25°C; temperatura ta sprzyja tworzeniu stabilnych linii z osobników F1.
- Pobierz pojedyncze osobniki F2 z niezależnych linii F1. Poszczególne linie F2 mają podobne wskaźniki transmisji transgenu. Często otrzymujemy >15 linii F2 z jednego transformowanego osobnika F1.
- Kolejne pokolenia przechowuj w 25°C.
- Wskaźnik transmisji fenotypu „roller” zazwyczaj pozostaje stały po pokoleniu F4, dlatego w tym momencie konieczne jest określenie poziomu ekspresji docelowego transgenu (Ppa-egl-4p::gfp) dla każdej indywidualnej linii. Ekspresja GFP może nie korelować z zakresem penetracji dominantniego fenotypu „roller”.
- Przechowywanie po iniekcji i przesiewanie pod kątem fenotypów RNAi
- Przechowuj wstrzyknięte nicienie (P0) w temperaturze 20°C przez ok. 4 dni w celu zniesienia jaj i wyrośnięcia pokolenia F1.
- Czwartego dnia przesiewaj nicienie F1 pod kątem wybranego fenotypu (aby wykryć fenotyp wyciszenia RNAi, szukaj penetrujących fenotypów, które mogą być związane z utratą aktywności genu docelowego, w naszym przypadku utratą fenotypu Ppa-prl-1).
- W naszym doświadczeniu fenotyp wyciszenia (non-roller) jest tracony w >97% osobników F2.
4. Reprezentatywne wyniki:
1. Wynik transgenezy
| Sesja | Wstrzyknięty P0 | F1 Mieszadła rolkowe | % transgenicznych F2 | Średnia % transmitancja po F2 |
| 1 | 60 | 2 | 0%
(linia 2) 13% | ND
13%±10 |
| 2 | 40 | 1* | (linia 3) 0% | Brak danych |
| 3 | 40 | 0 | 0% | Brak danych |
| 4 | 40 | 1 | (linia 4) 0% | Brak danych |
| 5 | 20 | 0 | 0% | Brak danych |
| 6 | 40 | 1 | (linia 5) 26% | 22%±10 |
* samiec roller, który nie krzyżował; NA: nie dotyczy
Tabela 3. Wyniki iniekcji PS312 z Ppa-egl-4p::gfp (trawiony Sal I), pRL3(roller) (trawiony Pst I) oraz gDNA PS312 (trawiony PstI i SalI).

Rycina 3. (A) typ dziki (B, C) stabilna linia transgeniczna F4 pRL3; Ppa-egl-4p::gfp wykazująca ekspresję GFP w neuronach głowy.
2. Wynik interferencji RNA

Rycina 4. Mutanty prl-1 po iniekcji RNA wykazują całkowity knockdown lokomocji typu „rolling”. (A) Mutant tu92 z funkcją wzmocnioną (gain-of-function) typu roller genu prl-1. (B) Mutant prl-1 po „knockdownie” wykazuje prawidłową postawę i lokomocję typu dzikiego. (C) Iniektowany prl-1 (dół) posiada również dłuższe ciało niż mutant prl-1 (góra). (D) Dłuższe ciało iniektowanego prl-1 (dół) jest również dłuższe niż u typu dzikiego PS312 (góra). Fenotyp dłuższego ciała zaobserwowano również podczas knockdownu RNAi rol-5 (sqt-1) u C. elegans N2 (dane nie pokazano).
| | rolka | stabilny (przeciwstaczny) |
| dsRNA prl-1 (200 ng/μl) | 13 | 21 |
| B prl-1 dsRNA (1000 ng/μl) | 9 | 16 |
| kontrola | 20 | 2 |
Tabela 4. Podsumowanie iniekcji dsRNA Ppa-prl-1. (A) [dsRNA] = 200 ng/μl; (B) [dsRNA] = 1000 ng/μl. P = 0,0019 oraz 0,041 zgodnie z dokładnym testem Fishera, obustronnym, odpowiednio dla iniekcji 200 oraz 1000 ng/μl.