Ten manuskrypt demonstruje wyczerpanie ekspresji genów w jelicie środkowym karalucha niemieckiego poprzez doustne spożycie dwuniciowego RNA zamkniętego w liposomach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten manuskrypt demonstruje wyczerpanie ekspresji genów w jelicie środkowym karalucha niemieckiego poprzez doustne spożycie dwuniciowego RNA zamkniętego w liposomach.
Interferencja RNA (RNAi) była szeroko stosowana do odkrywania biologicznych funkcji wielu genów i była przewidziana jako narzędzie do zwalczania szkodników, działające poprzez zakłócanie ekspresji genów. Chociaż różne metody, takie jak wstrzykiwanie, karmienie i moczenie, zostały zgłoszone w celu skutecznego dostarczania dwuniciowego RNA (dsRNA), skuteczność RNAi poprzez doustne dostarczanie dsRNA jest bardzo zmienna wśród różnych grup owadów. Karaluch niemiecki, Blattella germanica, jest bardzo wrażliwy na wstrzykiwanie dsRNA, jak wykazano w wielu opublikowanych wcześniej badaniach. W niniejszym badaniu opisano metodę wykazania, że dsRNA otoczone nośnikami liposomów jest wystarczające do opóźnienia degradacji dsRNA przez sok z jelita środkowego. Warto zauważyć, że ciągłe karmienie dsRNA otoczonego liposomami znacznie zmniejsza ekspresję tubuliny w jelicie środkowym i prowadzi do śmierci karaluchów. Podsumowując, opracowanie i wykorzystanie lipopleksów dsRNA, które chronią dsRNA przed nukleazami, może być praktycznym zastosowaniem RNAi do zwalczania szkodników owadzich w przyszłości.
RNAi zostało wykazane jako skuteczna metoda hamowania ekspresji genów poprzez mechanizm potranskrypcyjnego szlaku wyciszania wyzwalanego przez cząsteczki dsRNA u wielu eukariontów1. W ciągu ostatniej dekady badań RNAi stał się użytecznym narzędziem do badania funkcji genów od rozwoju do zachowania poprzez zubożenie ekspresji określonych genów poprzez wstrzykiwanie i/lub karmienie dsRNA w różnych taksonach owadów2,3. Ze względu na specyfikę i odporność efektu zubożającego, zastosowanie RNAi jest obecnie rozważane jako potencjalna strategia zarządzania zwalczaniem szkodników4,5. Jednak wydajność RNAi różni się znacznie w zależności od gatunku owadów, w zależności od różnych genów, które są celem ataku, i metod dostarczania. Coraz więcej dowodów sugeruje, że niestabilność dsRNA, które jest degradowane przez rybonukleazy, jest krytycznym czynnikiem ograniczonej skuteczności RNAi5,6. Na przykład, niska czułość RNAi w Manduca sexta została wyjaśniona przez fakt, że dsRNA zmieszane z hemolimfą zostało szybko zdegradowane w ciągu 1 godziny7. Podobnie, obecność alkalicznych nukleaz w jelicie środkowym, które skutecznie rozkładają spożyte dsRNA, jest silnie skorelowana z niską wydajnością RNAi w różnych rzędach owadów8,9,10.
Doustne dostarczanie dsRNA jest szczególnie interesujące dla zastosowania RNAi w strategii zwalczania szkodników, ale metoda opóźniająca degradację dsRNA przez nukleazy w jelicie środkowym nie została jeszcze opracowana, co mogłoby zapewnić efektywne RNAi poprzez karmienie. Jednak brak reakcji RNAi na doustne dostarczanie dsRNA odnotowano poprzez karmienie dużą ilością dsRNA, np. 50 μg w Bombyx mori, lub ciągłe karmienie przez 8 dni (łącznie 8 μg dsRNA) u gatunków szarańczy. Karaluch niemiecki, Blattella germinica, jest bardzo wrażliwy na RNAi poprzez wstrzyknięcie dsRNA11,12,13,14, ale nie reaguje na dsRNA poprzez karmienie. Ostatnio Lin i in. (2017) wykazali, że dsRNA otoczony nośnikami liposomów skutkuje udanym RNAi, które obniża ekspresję genu α-tubuliny w jelicie środkowym i powoduje znaczną śmiertelność karalucha niemieckiego15. Ponieważ degradacja dsRNA w jelicie środkowym jest czynnikiem ograniczającym dla doustnego RNAi, nośniki liposomów służą jako nośnik do ochrony dsRNA przed degradacją, co jest łatwo stosowane u innych owadów o silnej aktywności nukleazy w jelitach. Warto zauważyć, że powodem wyboru konkretnego odczynnika do transfekcji (patrz tabela materiałów), którego użyliśmy jako nośnika liposomów w obecnym protokole, jest to, że został on przetestowany pod kątem transfekcji linii komórkowej owadów z mniejszą toksycznością, zgodnie z instrukcjami producenta. Zgodnie z porównaniem różnych systemów transfekcji liposomów w Gharavi et al. (2013)16, skuteczność transfekcji małych interferujących RNA (siRNA) jest w przybliżeniu taka sama między tym a innymi dostępnymi na rynku systemami, które zostały wykorzystane do systemów dostarczania dsRNA u innych owadów17,18. Co więcej, nasza metoda karmienia jest wystarczająco ostrożna, aby zapewnić, że każda karaluch spożywa odpowiednią ilość dsRNA, a wyniki są solidne i potwierdzone. Podsumowując, obecny protokół i wyniki pokazują, że stosowanie lipopleksów dsRNA poprawia stabilność dsRNA i otwiera drzwi do zaprojektowania strategii doustnego dostarczania RNAi, co jest obiecującym podejściem do zwalczania szkodników w przyszłości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Synteza i przygotowanie dsRNA
2. Przygotowanie lipopleksów dsRNA
3. Zbiór enzymów zewnątrzkomórkowych z hemolimfy i soku z jelita środkowego
4. Test degradacji dsRNA
5. Doustne podawanie dsRNA
6. Oceń nokdaun
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uproszczony schemat protokołu podawania dsRNA drogą doustną przedstawiono na Rysunku 1, gdzie ukazano kluczowe etapy przygotowania lipopleksów dsRNA.
Aby zbadać ochronę zapewnianą przez nośniki liposomalne przed degradacją dsRNA w soku z jelita środkowego B. germanica, przeprowadzono test ex vivo, w którym lipopleksy dsTub inkubowano z soku z jelita środkowego, a następnie przeanal...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten przedstawia metodę skutecznego RNAi poprzez doustne dostarczanie lipopleksów dsRNA, w tym ochronę przed trawieniem rybonukleazy w soku z jelita środkowego karalucha niemieckiego. Jak wykazano w innych badaniach na różnych gatunkach owadów, słaby efekt RNAi poprzez doustne dostarczanie dsRNA jest głównie spowodowany degradacją dsRNA 8,9,10. Protokół ten wytwarza liposomy, które służą jako nośniki ochronne w doustnym ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez granty z Tajwanu (Ministerstwo Nauki i Technologii, MOST 100-2923-B-002-002-MY3 i 106-2313-B-002-011-MY3 dla H.J.L.), Republiki Czeskiej (agencja grantowa Uniwersytetu Południowobohemijskiego, grant GAJU 065/2017/P dla Y.H.L) i Hiszpanii (hiszpańskie Ministerstwo Gospodarki i Konkurencyjności, granty CGL2012-36251 i CGL2015-64727-P dla X.B. oraz rządu Katalonii, dotacja z 2014 r. SGR 619 na rzecz X.B.); otrzymała również wsparcie finansowe z Europejskiego Funduszu Rozwoju Gospodarczego i Regionalnego (fundusze FEDER dla X.B.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| GenJe Plus DNA in vitro Odczynnik do transfekcji | SignaGen | SL100499 | do przygotowania lipopleksów |
| Mieszanka Taq plus | TOYOBO | BTQ-201 | do PCR |
| Fast SYBR Green Master Mix | ABI | 4385612 | dla qPCR |
| FirstChoice RLM-RACE Kit | Invitrogen | AM1700 | do identyfikacji 3' UTR |
| Zestaw transkrypcyjny MEGAscript T7 | Invitrogen | AMB13345 | do syntezy dsRNA |
| TURBO DNase | Invitrogen | AM2239 | usuń matrycę DNA z dsRNA |
| TRIzol | Invitrogen | 15596018 | do ekstrakcji dsRNA lub całkowitego RNA |
| RQ1 Dnazy bez RNaz | Promega | M6101 | usuń matrycę DNA z całkowitego RNA |
| chloroform | Sigma-Aldrich | C2432 | do ekstrakcji dsRNA lub całkowitego RNA |
| 2-Propanol | Sigma-Aldrich | I9516 | do ekstrakcji dsRNA lub całkowitego RNA |
| Sigma-Aldrich | 24102 | do ekstrakcji dsRNA lub całkowitego RNA | |
| pirowęglan dietylu, DEPC | Sigma-Aldrich | D5758 | do przygotowania wody wolnej od RNaz |
| roztwór glukozy | Sigma-Aldrich | G3285 | do przygotowania lipopleksów |
| Chlorek sodu, NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | formuła buforowa soli fizjologicznej dla owadów |
| Chlorek potasu, KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | formuła buforowa soli fizjologicznej dla owadów |
| Chlorek wapnia, CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | formuła |
| buforu soli fizjologicznej dla owadówChlorek magnezu sześciowodny, MgCl2.6H2O | Sigma-Aldrich | M2670 | formuła buforowa soli fizjologicznej |
| dla owadów EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | |
| nożyczki preparacyjne | F.S.T. | cienkie pęsety do wycinania karaluchów | |
| FST | preparowanie karaluchów | ||
| elastyczna pęseta | FST | Hodowla karaluchów | |
| pipetman | RAININ | P10 | |
| probówka do przygotowywania próbek mikrowirówka | Axygen | MCT175C, PCR02C | końcówka pipety do przygotowywania próbek |
| Przygotowanie próbek | Axygen | ||
| vortexter | Digisystem | vm1000 | przygotowanie próbek |
| Wirówka Minispin | Gruffin Group | GMC 206 | do wirowania cieczy |
| Wirówka | ALC | PK121R | do przygotowania próbki |
| pH-metr | JENCO | 6071 | do |
| spektrofotometru mikroobjętościowego | Quawell | Q3000 | kwasem nukleinowym |
| Termocykler | ABI | 2720 | do matrycy PCR lub inkubacji syntezy dsRNA |
| ilościowy ABI PCR w czasie rzeczywistym | Ekspresja genów StepOne plus | ilościowe | |
| odśrodkowe koncentratory próżniowe | eppendorf | 5301 | do ekstrakcji dsRNA lub całkowitego RNA |
| Multipette | eppendorf | xstream | do ładowania próbek PCR w czasie rzeczywistym |
| Agaroza I | amresco | 0710 | do elektroforezy kwasów nukleinowych |
| tuba gen specfifc forward preimer | tri-I biotech | GGG ACA AGC CGG AGT GCA GA | |
| tub gene specfifc reverse preimer | tri-I biotech | TCC TGC TCC TGT CTC GCT GA | |
| dsTub template forward primer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA CAA GCC GGA GTG CAG | |
| dsTub template reverse primer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT CCT GCT CCT GTC TCG CTG | |
| szablon dsEGFP forward preimer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT ATG GTG AGC AGC GGC GAG | |
| dsEGFP szablon reverse preimer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT GGC GGA | |
| tub qPCR forward primer | tri-I biotech | GGA CCG CAT CAG GAA ACT | |
| GGC tub qPCR reverse preimer | tri-I biotech | CCA CAG AC AC GCC TCT TCA TGA GC | |
| ef1 qPCR forward primer | tri-I biotech | CGC TTG AGG AAA TCA AGA AGG | |
| A ef1 qPCRreverse preimer | tri-I biotech | CCT GCA GAG GAA GAA GAA G |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.