Aqui, descrevemos um processo para a inibição da função do gene em vectores mosquitos doença através do uso de quitosano / interferindo nanopartículas de RNA que são ingeridos pelas larvas.
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Artigo de método
* These authors contributed equally
Aqui, descrevemos um processo para a inibição da função do gene em vectores mosquitos doença através do uso de quitosano / interferindo nanopartículas de RNA que são ingeridos pelas larvas.
Mosquitos vetores infligir sofrimento mais humano do que qualquer outro organismo - e matar mais de um milhão de pessoas a cada ano. Os projetos mosquito genoma facilitou a pesquisa em novas facetas da biologia do mosquito, incluindo estudos genéticos funcionais no principal vetor Africano malária Anopheles gambiae eo dengue e amarelo vetor da febre Aedes aegypti. ARN de interferência (RNAi-) silenciamento de genes mediado foi usado para genes alvo de interesse em ambas as espécies de mosquito vector doença. Aqui, descrevemos um procedimento para a preparação de quitosana / interferindo nanopartículas de RNA que são combinados com alimentos e ingeridos pelas larvas. Este, de alto rendimento tecnicamente simples, relativamente barato e metodologia, que é compatível com o RNA de cadeia dupla de comprimento (dsRNA) ou pequenos ARN interferentes (siRNA) moléculas, tem sido utilizado para o knockdown bem sucedida de um número de diferentes genes em A. gambiae e A. aegyptilarvas. Após as mamadas larvais, knockdown, o que é verificado através de qRT-PCR ou hibridação in situ, podem persistir pelo menos até a fase de pupa tarde. Esta metodologia pode ser aplicada a uma grande variedade de espécies de mosquitos e outros insectos, incluindo pragas agrícolas, bem como outros organismos não-modelo. Para além da sua utilidade no laboratório de investigação, no futuro, o quitosano, um polímero barato, não-tóxicos e biodegradáveis, podem ser potencialmente utilizados no campo.
Mosquitos sanguíneos que alimentam vetor dos gêneros de anofelinos e aedine transmitir agentes causadores de doenças responsáveis por vários dos piores flagelos da humanidade. Estima-se que 3,4 bilhões de pessoas estão em risco de contrair a malária, que é responsável por mais de meio milhão de mortes por ano em todo o mundo. Resultados da malária de infecção por Plasmodium sp., Que parasita, que são transmitidos às pessoas através da picada de mosquitos infectados do gênero Anopheles, incluindo o principal vector Africano Anopheles gambiae ( http://www.who.int/topics/malaria/en/ , 2014) 1. Aedes aegypti é o mosquito vector primário para o vírus da dengue, o que provoca a febre de dengue, uma doença febril não específica que é a doença mais comum e arbovírus significativa no mundo. O vírus da dengue é, actualmente, uma ameaça para a> 2,5 bilhões de pessoas nos trópicos, com uma inciden anualce de cerca de 50 milhões de casos, resultando em ~ 24 mil mortes por ano ( http://www.cdc.gov/dengue/ , 2014) 2. Apesar do impacto mundial devastador de doenças transmitidas por mosquitos na saúde humana, meio eficaz de prevenir e tratar essas doenças estão faltando. Controle do mosquito é atualmente o melhor método de prevenção da doença.
O potencial para o controle de doenças transmitidas por artrópodes pela manipulação genética de insetos vetores tem sido reconhecida por mais de quatro décadas 3. Estirpes transgénicas de A. aegypti projetado para ter um específico feminino repressible flightless fenótipo fizeram recentemente o potencial para o uso de estratégias de controle de vetores transgênicos uma realidade 4-6. Estes avanços têm desafiado os pesquisadores a identificar alvos genéticos novos para controle do vetor e meios adicionais de manipular a função do gene em mosquitos vetores. A alteração da expressão gênica durante desenvolvimento, como foi o caso em mosquitos fêmeas flightless-4, pode promover a elucidação de novas estratégias de controle do vetor. No entanto, em grande parte devido a dificuldades técnicas, as funções de muito poucos genes foram caracterizadas durante o desenvolvimento de A. gambiae, A. aegypti, ou outras espécies de mosquitos.
Desde a sua descoberta em C. elegans 7, a interferência de RNA (RNAi), que é conservado em animais, plantas e microrganismos, tem sido amplamente utilizada para estudos genéticos funcionais em uma ampla variedade de organismos, incluindo insectos 8,9. A via de RNAi é iniciada por Dicer, que cliva o ARNcd longos em curtos siRNAs de 20-25 nucleótidos de comprimento, que funcionam como ARN de interferência específica da sequência. silenciar genes siRNAs que são complementares em sequência através da promoção de mudança de transcritos, segmentação, e rompimento de tradução 9. Longas moléculas de dsRNA (tipicamente 300-600 pb) ou siRNAs segmentação personalizada uma particulasequência r pode ser utilizado no laboratório de pesquisa para silenciar qualquer gene de interesse. Ao gerir quando interferência RNA é entregue, os pesquisadores podem controlar o tempo no qual gene silenciar iniciados. Esta vantagem é útil como ele pode ser usado para superar desafios como a letalidade de desenvolvimento ou esterilidade, que pode dificultar a produção e manutenção de cepas de rolamento mutações hereditárias, um processo caro e trabalhoso, que ainda não está disponível em todas as espécies de insetos. Embora o grau de silenciamento de genes por RNAi pode variar de gene para gene, tecido para tecido e animal para animal, RNAi é amplamente utilizado para a análise funcional de genes em mosquitos e outros insectos 8,9.
Três estratégias que interferem entrega ARN têm sido usados em mosquitos: microinjecção, aplicação de imersão / tópica, e ingestão. Para uma história detalhada e comparação da utilização destas três técnicas de insectos, por favor, referir-se a Yu et al 8. We foram utilizados com sucesso microinjecção 10 como um meio de entrega de siRNAs para alvejar genes de desenvolvimento em A. embriões aegypti, larvas, pupas e 11-14. No entanto, esta estratégia de entrega de trabalho intensivo requer tanto uma configuração de microinjeção e uma mão hábil. Além disso, a microinjeção é estressante para o organismo, um fator de confusão, especialmente quando fenótipos comportamentais serão avaliados. Por fim, a entrega microinjeção não pode ser estendida para o campo para o controle de vetores. Como alternativa, a imersão do organismo em interferir solução RNA também tornou-se um meio popular de induzir o silenciamento de genes, como é conveniente e requer pouco equipamento ou de trabalho. De imersão tem sido principalmente aplicado na linha celular de insecto estuda 8, mas num estudo recente, foi conseguida em knockdown A. aegypti imerso numa solução de ARNcd de 15, o que os animais pareceram ser ingestão. No entanto, para os estudos que envolvem a análise de múltiplos experimentagrupos l ou fenótipos, imersão é bastante dispendioso. Lopez-Martinez et al., 16 descrito reidratação impulsionada RNAi, uma nova abordagem para entrega de RNA interferente que envolve a desidratação em solução salina e de re-hidratação com uma única gota de água contendo ARN interferente. Esta abordagem não reduzir os custos associados com a imersão dos animais todo, mas é mais caro do que a microinjecção e pode ser limitado na sua aplicação a espécies que podem tolerar elevadas pressões osmóticas. Além disso, é difícil imaginar como a imersão ou desidratação / reidratação metodologia de imersão poderia ser adaptado para o controle do vetor no campo. Por estas razões, para estudos de pós-embrionárias, a entrega de RNA de interferência com os alimentos ingeridos é uma estratégia alternativa viável.
Embora estratégias baseadas ingestão não funcionam em todas as espécies de insetos, talvez mais notavelmente Drosophila melanogaster, a administração oral de RNA de interferência misturado com alimentos promoveu si genelencing em uma variedade de insectos 8,17, incluindo A. adultos aegypti 18. Descrevemos quitosano mediada por ARNi de nanopartículas em A. larvas gambiae 19 e têm aplicado com sucesso esta abordagem para a redução da expressão do gene em A. aegypti 20,21. Aqui, a metodologia para este processo de RNAi, que envolve o aprisionamento de ARN interferente por o polímero de quitosano, é detalhado. Quitosano / ARN interferentes nanopartículas são formadas por auto-montagem de policatiões com ARN interferente através das forças electrostáticas entre cargas positivas dos grupos amino na quitosana e as cargas negativas transportadas por os grupos fosfato na espinha dorsal de ARN de interferência 19. O procedimento descrito é compatível com ambas as moléculas de dsRNA longos (a seguir denominados dsRNA) ou dupla siRNA (doravante referida como siRNA). Após a síntese, o quitosano / interferentes nanopartículas de ARN são misturados com comida de larvas e entregue aolarvas através da ingestão oral. Esta metodologia é relativamente barato, requer pouco equipamento e mão de obra 19, e facilita a análise de alto rendimento de vários fenótipos, incluindo a análise de comportamentos 20,21. Esta metodologia, que pode ser adaptado para estudos de silenciamento de genes em outros insectos, incluindo outros vectores de doenças e pragas de insectos agrícolas, poderia potencialmente ser usada para o silenciamento do gene numa variedade de outras espécies animais. Além disso, o quitosano, um polímero barato, não-tóxica e biodegradável 22, poderia potencialmente ser utilizada no campo de controlo de mosquitos específica da espécie.
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1. Mosquito Espécies e Empinar
2. dsRNA e siRNA Design e Produção
3. Preparação de quitosano / ARN interferente Nanopartículas
4. Preparando Mosquito Alimentos que contém quitosana / interferência RNA Nanopartículas
5. Alimentação larvas do mosquito com alimentos que contenham Quitosana / interferência RNA Nanopartículas
6. Confirmação de Gene Knockdown
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A. gambiae:
Nanopartículas de quitosano / dsRNA são formados devido à interacção electrostática entre os grupos amino de quitosano e os grupos fosfato de ARNdc. A eficiência de incorporação em nanopartículas ARNcd é geralmente superior a 90% tal como medido pela depleção de ARNcd a partir da solução. Atomic imagens de microscopia de força mostra que as médias de tamanhos de partículas de quitosano-dsRNA de 140 nm de diâmetro, que varia 100-200 nm (Figu...
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O quitosano / interferindo metodologia de nanopartículas ARN aqui descrita tem sido usada para identificar eficazmente genes durante o desenvolvimento das larvas em A. gambiae (Figuras 2, 3) e A. aegypti (Figuras 4, 5, 6, Tabelas 1, 2). Nanopartículas de quitosano podem ser preparadas com ou longo siRNA dsRNA ou, ambos os quais têm sido utilizados com sucesso em mosquitos como evidenciado pelos resultados representativos aqui descritos. Síntese de dsRNA é menos caro do...
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Os autores não têm nada a divulgar.
O financiamento da Estação Experimental Agrícola do Kansas e do Centro de Genômica de Artrópodes do Estado K para KYZ apoiou o desenvolvimento original do silenciamento de genes mediado por quitosana / dsRNA em A. gambiae19. O trabalho de A. gambiae descrito aqui foi apoiado em parte pelo R01-AI095842 do NIH / NIAID para KM. O desenvolvimento do silenciamento de genes mediado por quitosana / siRNA em A. aegypti20,21 foi apoiado pelo Prêmio NIH / NIAID R01-AI081795 para MDS. O conteúdo deste estudo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais do NIH.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Pipetador de 0,02 ml | Rainin | PR20 | para ressuspensão de RNA interferente |
| Pipetador de 0,2 ml Rainin | PR200 | para ressuspensão de RNA interferente e preparação de RNA interferente/nanopartículas | |
| Tubo graduado de 0,5 ml | Fischer Scientific | 05-408-120 | para aliquotação de RNA interferente ressuspenso |
| 1 ml pipeteiro | Rainin | PR1000 | para ressuspensão de RNA interferente e preparação de RNA interferente/nanopartículas |
| graduado de 1,5 ml | Fischer Scientific | 05-408-046 | para preparação de RNA interferente / nanopartículas |
| 1M Acetato de Sódio, pH 4,5 | TEKnova | S0299 | para preparar tampão de acetato de sódio |
| Ácido Acético, AIRSTAR. ACS, USP, FCC Grau | BDH | VWR BDH3092-500MLP | para preparar tampão de acetato de sódio |
| Agarose Genetic Technology Grade | MP Biomedicals LLC. | 800668 | para revestir RNA/nanopartículas interferentes preparadas |
| Centrífuga | Eppendorf AG | 5415D | para granular RNA/nanopartículas interferentes |
| Quitosana, de cascas de camarão | Sigma-Aldrich | C3646-25G | para combinar com RNA interferente para preparação de RNA/nanopartículas |
| interferentes Levedura Seca | Universal Food Corp | NA | para preparar alimentos larvais de mosquitos com RNA/ nanopartículas |
| E-RNAi ferramenta | Centro Alemão de Pesquisa do Câncer | NA | para design de dsRNA; http://www.dkfz.de/signaling/e-rnai3// |
| ração para peixinho dourado | Wardley | Goldfish FLAKE FOOD | para preparar comida larval de mosquito com RNA/nanopartículas interferentes |
| Banho-maria aquecido | Thermo Scientific | 51221048 | para aquecer o RNA/nanopartículas interferentes a 55oC |
| Gelo | não aplicável | não aplicável | para descongelamento de RNA interferente e preparação de RNA/nanopartículas |
| [header] | |||
| Balde de gelo | Fisher Scientific | 02-591-44 | para armazenamento de gelo usado durante o procedimento |
| pó de fígado | MP Biomedicals LLC. | 900396 | alimentar larvas de mosquito após o tratamento de RNA/nanopartículas interferentes |
| Forno de microondas | Uma variedade de fornecedores | não aplicável | para preparar solução de agarose a 2% |
| de petride (100 x 15 mm) | Fischer Scientific | 875713 | câmara de alimentação de RNA/nanopartículas interferentes para larvas |
| Medidor de pH | Mettler Toledo | S220 | para preparação de tampões |
| Lâmina de barbear | Fischer Scientific | 12-640 | para dividir o pellet de RNA/nanopartícula interferente para alimentação de |
| siRNA | Thermo Scientific/Dharmacon | custom | para preparação de siRNA/nanopartículas |
| Sulfato de sódio, anidro (Na2SO4) | BDH/distribuído pela VWR | VWR BDH0302-500G | para preparar solução de sulfato de sódio de 50 mM na qual o RNA interferente será |
| Termómetro | VWR | 61066-046 | para medir a temperatura do banho-maria |
| Palitos de dente | VWR | 470146-908 | para mexer durante a preparação de alimentos de RNA/nanopartículas interferentes e cortar pellets de gel |
| Congelador ultrabaixo | Uma variedade de fornecedores | não aplicável | para armazenamento de alíquotas de RNA interferentes e RNA/nanopartículas interferentes a -80oC |
| Misturador de vórtice | Fischer Scientific | 02-216-108 | para preparação de quitosana/RNA interferente |
| Papel de peso | Fischer Scientific | NC9798735 | para dividir o pellet de RNA/nanopartícula interferente para alimentação |
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