Obecny protokół opisuje pojedynczą mutację M213L w Gja1, która zachowuje pełną generację Connexin43, ale uniemożliwia translację mniejszej wewnętrznie translowanej izoformy GJA1-20k.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje pojedynczą mutację M213L w Gja1, która zachowuje pełną generację Connexin43, ale uniemożliwia translację mniejszej wewnętrznie translowanej izoformy GJA1-20k.
System edycji genów CRISPR-Cas9, oparty na mechanizmach naprawy genomu, umożliwia szybsze i łatwiejsze generowanie zmodyfikowanych genowo modeli myszy w porównaniu z tradycyjną rekombinacją homologiczną. System CRISPR-Cas9 jest szczególnie atrakcyjny, gdy pożądana jest mutacja jednopunktowa. Białko połączenia szczelinowego, Connexin 43 (Cx43), jest kodowane przez gen Gja1, który ma pojedynczy ekson kodujący i nie może być splicowany. Jednak Gja1 wytwarza nie tylko białko Cx43 o pełnej długości, ale także do sześciu izoform skróconych na N-końcach w procesie znanym jako translacja wewnętrzna, będąca wynikiem inicjacji translacji rybosomalnej w wewnętrznych miejscach startowych AUG (metioniny). GJA1-20k jest najczęściej generowaną skróconą izoformą Cx43 inicjowaną w kodonie AUG w pozycji 213 mRNA Gja1. Ponieważ reszta 213 występuje na końcu ostatniej domeny transbłonowej Cx43, GJA1-20k jest w rzeczywistości ogonem C-końcowym Cx43 o masie 20 kDa jako niezależne białko. Poprzedni badacze zidentyfikowali w komórkach, że kluczową rolą GJA1-20k jest ułatwianie transportu półkanałów Cx43 o pełnej długości do błony komórkowej. Aby zbadać to zjawisko in vivo, wygenerowano zmutowaną mysz z mutacją punktową Gja1, która zastępuje ATG (metioninę) w reszcie 213 TTA (leucyna, mutacja M213L). Wynikiem M213L jest to, że mRNA Gja1 i Cx43 o pełnej długości są nadal generowane, ale translacja Gja1-20k jest znacznie zmniejszona. Niniejszy raport koncentruje się na wyborze miejsca enzymu restrykcyjnego w celu opracowania modelu myszy z mutacją jednego aminokwasu (Gja1M213L/M213L). Protokół ten opisuje genetycznie zmodyfikowane myszy za pomocą systemu CRISPR-Cas9 i szybkie genotypowanie poprzez połączenie PCR i leczenia enzymami restrykcyjnymi.
Pełnowymiarowa izoforma Connexin 43 (Cx43) i N-końcowa skrócona izoforma, GJA1-20k, kodowane przez ten sam mRNA GJA1, ale wykorzystujące różne kodony startowe1 do zainicjowania translacji. Translacja Cx43 zachodzi w pierwszym kodonie start AUG, podczas gdy translacja GJA1-20k rozpoczyna się w AUG przy reszcie 213. Wcześniej stwierdzono, że GJA1-20k odgrywa istotną rolę w transporcie Cx43 na całej długości, stabilizacji aktyny i regulacji morfologii mitochondriów in vitro1,2,3.
Aby zrozumieć rolę GJA1-20k in vivo, wygenerowano model myszy GJA1-20k "knock-out", który zachował zdolność do tworzenia pełnej długości Cx43. Podejście polegało na użyciu systemu CRISPR-Cas9 do podstawienia pojedynczej reszty w 213 z metioniny (M) do leucyny (L) (Gja1M213L/M213L)4. Wewnętrzna mutacja M do L radykalnie zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia translacji wewnętrznej, zachowując jednocześnie translację i funkcję białka o pełnej długości4. Ponieważ typ dziki (WT) i zmutowany allel mają identyczne rozmiary i prawie identyczne produkty mRNA, istnieje znaczna trudność w potwierdzeniu genotypu u myszy. Sekwencjonowanie DNA może zidentyfikować mutację, ale jest zbyt drogie i czasochłonne do rutynowego stosowania. Ogólnie rzecz biorąc, ustalono kilka szybszych metod genotypowania, takich jak reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym (RT-PCR), minisekwencjonowanie-ligacja, analiza topnienia w wysokiej rozdzielczości i oporny na leczenie system mutacji amplifikacji tetra-starterów PCR (ARMS-PCR)5,6,7,8. Jednak te alternatywne metody wymagają wielu etapów, unikalnych zasobów i/lub kilku określonych zestawów starterów, które mogą indukować niespecyficzne produkty PCR.
Ten protokół wprowadza szczegółowe podejście do celowania i edycji genów za pomocą CRISPR-Cas9 w celu stworzenia pojedynczej mutacji aminokwasu, a szybkie genotypowanie jest prezentowane w celu potwierdzenia mutacji. Identyfikacja genotypu polega na kreatywnym wykorzystaniu enzymów restrykcyjnych wykorzystujących tylko jeden zestaw starterów do identyfikacji docelowego genu. Czytelnicy są odsyłani do Reference4, aby zaobserwować głęboki elektrofizjologiczny efekt nagłej śmierci sercowej spowodowanej mutacją substytucyjną Gja1M213L/M213L, która nadal generuje białko o pełnej długości, ale nie generuje mniejszej, wewnętrznie translowanej izoformy skrócenia. Protokół ten pomoże innym modelom myszy wykorzystać mutację punktową w celu zmniejszenia wewnętrznej translacji interesującej nas izoformy, przy jednoczesnym zachowaniu ekspresji endogennego białka o pełnej długości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
'Wszystkie protokoły opieki nad zwierzętami i badań zostały zatwierdzone przez Instytucjonalne Komitety ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt w Centrum Medycznym Cedars-Sinai i Uniwersytecie Utah. Do eksperymentów wykorzystano samice myszy C57BL/6J pozyskane ze źródeł komercyjnych w wieku 8-9 tygodni (patrz tabela materiałów).
1. Przygotowanie do celowania w geny
2. Indukcja superowulacji, pobieranie komórek jajowych, mikroiniekcja projądrowa mieszanki CRISPR i badanie przesiewowe blastocyst
UWAGA: Ta procedura jest zgodna z wcześniej opublikowanym ogólnym protokołem14.
3. Ekstrakcja DNA
UWAGA: Myszy w 10 dniu po urodzeniu zostały wykorzystane do tego eksperymentu z powodu nagłej śmierci myszy nokautującej GJA1-20k około 2-4 tygodni po urodzeniu4. Bardziej ogólny protokół może być również zastosowany zgodnie z wcześniej opublikowanymi raportami18.
4. Amplifikacja DNA metodą PCR
5. Inkubacja z enzymem restrykcyjnym
6. Wykrywanie prążków DNA
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
System edycji genów CRISPR/Cas9 wytwarza mutację ATG do TTA i cichą mutację TCC do TCG odpowiednio od 56,264,279 do 56,264,281 i od 56,264,291 do 56,264,293 na chromosomie 10 myszy, lub odpowiednio od 869 do 871 i od 881 do 883 na mRNA Gja1. Mutacja ta powoduje mutację metioniny 213 do leucyny (M213L) na białku GJA1, a mutacja TTC do TTG zakłóca pobliską sekwencję PAM, aby uniknąć niepożądanej edycji genu (Figura 1). Szczegóły mutacji są opisane w poprzednim raporcie4.<...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Model myszy zmodyfikowany genowo jest powszechnym podejściem do zrozumienia funkcji genów. Ponieważ jednak wewnętrznie translowana izoforma GJA1-20k ulega translacji z tego samego mRNA Gja1 , co Cx43 o pełnej długości, opracowano strategię twórczą, aby zachować ekspresję Cx43 o pełnej długości, jednocześnie tłumiąc ekspresję GJA1-20k. Podejście to opiera się na mutacji wewnętrznego kodonu start GJA1-20k. Z pojedynczą mutacją punktową, M213 został przełączony na L na mRNA Gja1 , który skutecznie stłumił ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Projekt był wspierany przez granty National Institutes of Health (R01HL152691, R01HL138577 i R01HL159983) dla RMS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,2 ml 8-paskowa probówka do PCR | Thomas Scientific | 1148A28 | |
| 0,5 M EDTA pH 8,0 | Invitrogen | 15575-038 | Do projądrkowego buforu mikoriniekcyjnego |
| 10x bufor CutSmart | New England Biolabs | B7204S | Bufor mineralizacyjny do NlaIII |
| 1 M Tris-HCl pH 7,5 | Invitrogen | 15567-027 | Do projądrkowego buforu mikoriniekcyjnego |
| 50x TAE Buffer | Invitrogen | 24710-030 | |
| 96-dołkowy termocykler | Applied Biosystems | Model # 9902 | |
| Agaroza | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| C57BL/6J | Szczep myszy Jackson Laboratory | 664 | |
| System obrazowania Chemidoc MP | Bio-rad | Aby wykonać obraz żelu za pomocą światła UV 302 nm | |
| białka | eSpCas9MilliporeSigma | ESPCAS9PRO-50UG | |
| Gel Lading Dye Purple (6x) | New England Biolabs | B7024S | Bufor ładujący do elektroforezy |
| Rękawice | |||
| hCG (ludzka gonadotropina kosmówkowa) | MiliporeSigma | 23-073-425G | |
| Hialuronidaza | MiliporeOprogramowanie | Sigma H3884-100MG | |
| Image Lab | Bio-rad | Do analizy obrazu żelu | |
| Odwrócony mikroskop stereoskopowy z plasDIC | Zeiss | Axiovert A1 | |
| KAPA Zestawy do genotypowania myszy | Roche Diagnostics | KK7352 | Do lizy tkanek lub komórek, ekstrakcji DNA i wzorcowej mieszanki PCR |
| Pożywka do hodowli zarodków | KSOM | LifeGlobal | ZEKS-050 |
| laboratoryjna Coart | |||
| M2 | MilliporeSigma | MR015D | |
| NlaIII | New England Biolabs | R0125S | Do trawienia produktu PCR |
| Woda wolna od nukleaz | Ambion | AM9937 | Do rozcieńczania odczynników |
| Olej parafinowy | Nacalai USA | 2613785 | |
| Plugged 20 μ L końcówka do pipet z drobną pipetą | FisherScientific | 02-707-171 | Do zbierania blastocytów |
| PMSG (klacz w ciąży' s gonadotropina w surowicy) | ProSpec-Tany | HOR-272 | |
| Chlorek sodu | Invitrogen | AM9760G | Do projądrowego buforu mikoriniekcyjnego |
| SYBR bezpieczny żel DNA Stain | Invitrogen | S33102 | Do wykrywania prążków w żelu |
| tracrRNA | Dharmacon | U-002000-120 | Guid RNA |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie