$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wykorzystanie danio pręgowanego jako modelu do badania rozwoju i chorób układu krążenia oferuje wiele korzyści, w tym wysoką ochronę funkcji genów, przejrzystość optyczną, szybki rozwój układu sercowo-naczyniowego i niższe koszty w porównaniu z tradycyjnymi modelami in vivo1. Oligonukleotydy morfolino (MO) są najczęściej stosowanymi narzędziami do knockdown genów antysensownych w modelu danio pręgowanego. MO są często używane do określania fenotypu lub do badania funkcji genów. Dr James Summerton początkowo opracował system dostarczania morfolino do hamowania in vivo translacji mRNA jako próbę opracowania terapii dla wad rozwojowych u ludzi2,3. MO zostały wykorzystane w organizmach modelowych in vitro i in vivo do knockknocku genów i zbadania konsekwencji tego knockdownu dla fenotypu. Odbywa się to poprzez obserwację zmian w rozwoju określonych narządów, na przykład serca. Knockdown genów specyficznych dla serca w zarodkach zebry zebry WT doprowadził do nieprawidłowego bicia serca, co świadczy o nieodzownej funkcji tych genów dla rozwoju serca4,5. Te fenotypy zostały uratowane przez jednoczesne wstrzyknięcie mRNA dla określonych genów. Badanie z udziałem troponiny sercowej T (Tnnt2) wykazało, że ekspresja mRNA tnnt2 o pełnej długości może uratować fenotypy sarkomeryczne spowodowane przez knockdown6. Inne badanie wykazało, że integralność pasm A i dysków Z może zostać przywrócona przez nadekspresję mRNA regulatorowego ortologu łańcucha lekkiego miozyny (cmlc2) w morfantach cmcl2 7.
MOs są powszechnie używane do obniżania ekspresji genów poprzez celowanie w splicing pre-mRNA lub poprzez blokowanie translacji. MO blokujące splicing wiążą i hamują pre-mRNA poprzez hamowanie splicesomu. Blokowanie translacyjne występuje, gdy MO wiąże się z nieulegającym translacji regionem 5' komplementarnego mRNA, aby utrudnić składanie rybosomów. MO są najpowszechniej stosowaną metodą specyficzną dla genu do obniżania ekspresji genów w modelach in vivo; są również najskuteczniejszymi środkami blokującymi mRNA stosowanymi w hodowlach komórkowych. Sam morfolino zazwyczaj składa się z krótkiego łańcucha (około 25) zasad podjednostek morfolino. Każda podjednostka MO zawiera zasadę kwasu nukleinowego, pierścień morfolinowy i niejonowy fosforodiamidan. Różne mechanizmy działania tych dwóch typów MO wymagają różnych testów w celu sprawdzenia skuteczności knockdownu. W przypadku MO blokujących translację, analiza western blot jest najbardziej wiarygodnym testem skuteczności, ponieważ białko będące przedmiotem zainteresowania nie powinno być wytwarzane z powodu zablokowania miejsca rozpoczęcia translacji ATG. MO nie degradują bezpośrednio swojego docelowego mRNA; Zamiast tego wiążą się z określonymi regionami i hamują ekspresję, dopóki nie ulegną naturalnej degradacji. Jednak MO blokujące splice modyfikują pre-mRNA poprzez indukowanie modyfikacji splicingu, którą można oznaczyć za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkryptazą (RT-PCR) i elektroforezy żelowej.
Trzy kluczowe elementy procesu przesiewowego MOs muszą być ustandaryzowane: (i) Krzywa dawki MO musi być dostosowana do rozpoznawania fenotypów. Krzywa dawki pokazuje również dawkę śmiertelną 50 (LD50: dawka, przy której umiera 50% wstrzykniętych zarodków) dla każdego badanego MO w celu poprawy zdolności do optymalizacji "sygnału" fenotypowego w porównaniu z "szumem" poza celem3. (ii) nomenklatura fenotypowania, która została dostosowana, powinna być dobrze udokumentowana; Precyzyjny i łatwy do zrozumienia opis fenotypowy ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia obszernych wyjaśnień opartych na istniejącej literaturze i doświadczeniu badaczy, aby ułatwić wymianę informacji między osobami, które nie badały bezpośrednio zarodków. (iii) Posiadanie dobrze zdefiniowanego języka ułatwia centralne zbieranie danych z bazy danych Morpholino8.
W badaniach nad nokautem MO dla genów sercowych, aktywność serca zwierząt i dynamika przepływu krwi muszą być monitorowane w celu określenia wpływu eksperymentów z nokautem MO na funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego. Takie analizy wymagają wizualizacji układu sercowo-naczyniowego w czasie rzeczywistym w wysokiej rozdzielczości. Skóra danio pręgowanego jest przezroczysta przez pierwszy tydzień rozwoju, co umożliwia wizualizację krążenia serca i krwi za pomocą mikroskopii. Do oceny czynności serca najczęściej obliczanymi parametrami fizjologicznymi są tętno i pojemność minutowa serca, a także skrócenie frakcyjne, ułamkowa zmiana obszaru i frakcja wyrzutowa. Prędkości przepływu krwi można mierzyć, śledząc poruszające się erytrocyty, a pomiary te służą do określania poziomów naprężeń ścinających, kluczowego czynnika mechanobiologicznego na komórkach śródbłonka. Taka ocena wymaga nagrywania filmów poklatkowych dla bijącego serca i przepływającej krwi za pomocą mikroskopu odwróconego lub stereoskopowego wyposażonego w szybką kamerę.
Ten artykuł pokazuje, jak zaprojektować, przygotować i wprowadzić do żółtka świeżo zapłodnionych zarodków danio pręgowanego blokującego translację morfolina przeciwko interesującemu genowi, aby osłabić funkcję genu. Pokaże również ratowanie tych "morfantów" poprzez jednoczesne wstrzyknięcie mRNA kodującego ten gen. Następnie przeanalizujemy skuteczność mikroiniekcji morfolino poprzez charakterystykę fenotypową, a także analizy strukturalne i funkcjonalne serca. Podejście to zostanie zademonstrowane na szeroko badanym genie sercowym, ręce2.