Здесь представлен протокол для выполнения генетических манипуляций в эмбриональном мозге хорька с использованием в утробе матери электропорации. Этот метод позволяет таргетирование нейронных клеток прародителя в неокортексе in vivo.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь представлен протокол для выполнения генетических манипуляций в эмбриональном мозге хорька с использованием в утробе матери электропорации. Этот метод позволяет таргетирование нейронных клеток прародителя в неокортексе in vivo.
Манипуляция экспрессией генов in vivo во время эмбрионального развития является методом выбора при анализе роли отдельных генов при развитии млекопитающих. В утробе матери электропорация является ключевым методом для манипулирования экспрессией генов в эмбриональном мозге млекопитающих in vivo. Здесь представлен протокол в утробе матери электропорации эмбрионального неокортекса хорьков, маленького хищника. Хорек все чаще используется в качестве модели для развития неокортекса, потому что его неокортекс демонстрирует ряд анатомических, гистологических, клеточных и молекулярных особенностей, которые также присутствуют у человека и нечеловеческих приматов, но отсутствуют в моделях грызунов, таких как мышь или крыса. В утробе матери электропорация проводилась в эмбриональный день (Е) 33, стадии миднейрогенеза у хорька. В утробе электропорации цели нервных клеток-предшественников накладки бокового желудочка мозга. Во время нейрогенеза, эти клетки-предшественники дают начало всем другим типам нервных клеток. Эта работа показывает репрезентативные результаты и анализы на E37, послеродовой день (P) 1, и P16, соответствующие 4, 9 и 24 дней после в утробе матери электропорации, соответственно. На более ранних стадиях потомство целевых клеток состоит в основном из различных подтипов нейронных прародителя, в то время как на более поздних стадиях большинство помеченных клеток являются постмитотические нейроны. Таким образом, в утробе матери электропорация позволяет изучать влияние генетических манипуляций на клеточные и молекулярные особенности различных типов нервных клеток. Благодаря своему влиянию на различные популяции клеток, в утробе матери электропорации также могут быть использованы для манипуляции гистологических и анатомических особенностей неокортекса хорька. Важно отметить, что все эти эффекты являются острыми и выполняются с spatiotemporal специфики определяется пользователем.
Неокортекс является внешним листом головного мозга млекопитающих и местом высшихкогнитивных функций 1,,2,,3,,4,,5. Для достижения острой генетической манипуляции в млекопитающих neocortex in vivo во время эмбрионального развития, были изучены два различных метода: вируснаяинфекция 6 и в утробе матери электропорации7. Оба метода позволяют эффективной ориентации неокортикальные клетки, но страдают от некоторых ограничений. Основным преимуществом в электропорации матки по сравнению с вирусной инфекцией является способность достичь пространственной специфичности в неокортексе, которая достигается путем регулирования направления электрического поля.
Так как электропорация была впервые показана для облегчения вступленияДНК в клеткиin vitro 8 , она была применена для доставки ДНК в различных позвоночных in vivo. В развитии неврологии, в утробе матери электропорации мыши неокортекс был впервые зарегистрирован в 2001году 9,10. Этот метод состоит из инъекции смеси ДНК в боковой желудочек эмбрионального мозга и последующего применения электрического поля с использованием пинцетовых электродов, что позволяетпространственную точность 7,,11. В утробе электропорации с тех пор были применены для доставки нуклеиновых кислот для того, чтобы манипулировать экспрессией эндогенных или эктопически добавленных генов в неокортексе мыши. Важный прогресс был достигнут в последнее время, применяя методологию CRISPR/Cas9-опосредованного редактирования генома через в утробе матери электропорации в неокортексе мыши для выполнения (1) генного нарушенияв постмитотических нейронах 12,,13 и нейронныхклетках-предшественниках 14, и (2)геном 15 и эпигеноме16 редактирования.
Очень скоро после первого сообщения в мыши, в утробе электропорации был применен к эмбриональной крысы neocortex17,18. Не-грызунов остается проблемой до первого в утробе матери электропорации хорьков, небольшой хищник, было сообщено в 2012году 19,20. С тех пор в утробе матери электропорация хорьков была применена для изучения механизмов развития неокортекса путем маркировки нейронных прародителейи нейронов 20,,21,,22,23, манипулируя экспрессией эндогенных генов, в том числе с использованием технологии CRISPR/Cas924, и путем доставки эктопических генов21,,22,,25,в том числечеловеческих генов 26. Кроме того, в утробе матери электропорация хорьков была использована для решения особенностей развития неокортекса человека впатологических условиях 27,28.
В контексте развития неокортекса преимущества использования хорьков в качестве образцового организма по сравнению с мышами обусловлены тем, что хорьки лучше резюмируют ряд человеческих особенностей. На анатомическом уровне хорьки демонстрируют характерный узор коркового складывания, который также присутствует у человека и большинства других приматов, но полностью отсутствует умышей или крыс 4,,29,,30,,31. На гистологическом уровне хорьки имеют две различные субвентрикулярные гермезинальные зоны, называемые внутренними и внешними субвентрикулярными зонами (ISV и OSV, соответственно)32,33, разделенные слоемвнутреннего волокна 23. Эти функции также совместно с приматами, в том числе людей, но не смышами 34. ISV и OSV у хорьков и людей населены обильными нейронными клетками-предшественниками, в то время как субвентрикулярная зона (СВЗ) мышей содержит только редкие нейронные прародители21,32,35,36. На клеточном уровне хорьки обладают высокой долей подтипа нейронных прародителей, называемых базальной или внешней радиальной глией (bRG или oRG, соответственно), которые считаются инструментальными для эволюционного расширения неокортексамлекопитающих 34,37,38. bRG, следовательно, весьма обильные в плода человека и эмбрионального неокортекса хорька, но они очень редки в эмбриональной мыши neocortex35,36. Кроме того, хорек bRG показывает морфологическую неоднородность, похожую на человеческую bRG, намного превосходя мышь bRG21. Наконец, на молекулярном уровне, развивающихся хорька неокортекс показывает модели экспрессии генов очень похожи на плода человека неокортекса, которые, как предполагается, контролировать развитие корковых складывания, средипрочего 39.
Клеточные биологические и молекулярные характеристики хорька bRG делают их высокоо распространения, похожие на человека bRG. Это приводит к увеличению производства нейронов и развитию расширенного и очень сложного неокортекса34. Эти характеристики делают хорьков отличными модельными организмами для изучения человеческих особенностей развития неокортекса, которые не могут быть смоделированыу мышей 26,,40. Чтобы в полной мере использовать хорька в качестве образцового организма, был разработан представленный метод. Он состоит из в утробе матери электропорации эмбрионов хорька E33 с плазмидной экспрессии GFP (pGFP) под контролем вездесущего промоутера, CAG. Электропомерные эмбрионы могут быть проанализированы эмбрионально или постнатально. Для того, чтобы уменьшить количество принесенных в жертву животных, самки хорьков (джиллс) стерилизованы гистерэктомией и пожертвованы для усыновления в качестве домашних животных. Если целевые эмбрионы собирают на эмбриональных стадиях, проводится вторая операция и эмбрионы удаляются кесаревой сечением, в то время как джиллы гистерэктомизируются. Если целевые эмбрионы анализируются на послеродовой стадии, джиллс гистерэктомизированы после того, как щенки были отутены или принесены в жертву. Таким образом, протокол для гистерэктомии jills также представлен.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все экспериментальные процедуры были проведены в соответствии с немецким законодательством о защите животных после одобрения Landesdirektion Sachsen (лицензии TVV 2/2015 и TVV 21/2017).
1. Подготовка к электропорации матки
2. Подготовка хорьков к операции
3. В утробе матери электропорации хорьков
4. Послеоперационный уход и жилье целевых животных
5. Гистерэктомия хорьков
ПРИМЕЧАНИЕ: Гистерэктомия выполняется, чтобы уменьшить количество жертвы животных, так что стерилизованные животные могут быть пожертвованы для принятия в качестве домашних животных. Предхирургическая процедура гистерэктомии такая же, как и в шаге 2.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В утробе электропорации хорьков на E33 привело к ориентации нейронных клеток-предшественников, выстилающих желудочковой поверхности эмбрионального неокортекса(рисунок 1). Эти клетки называются апическими прародителями и являются высокоо распространения, что порождает все другие типы клеток во время развития. При асимметричном деление, апические прародители генерировали другого апического прародителя и более дифференцированную клетку, как правило, базального прародителя (BP), который деламиге...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В утробе матери электропорация хорька является важным методом, с преимуществами и недостатками по отношению к другим методам. Есть критические шаги и ограничения для этого метода, а также потенциальные изменения и будущие приложения, чтобы иметь в виду.
С новаторской работы Виктора Боррелла и его коллег по генетическим манипуляциям послеродового хорька неокортекса с помощьюэлектропорации или вирусной инъекции 35,,42,,
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторов нечего раскрывать.
Мы благодарны Службам и Средствам Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка за выдающуюся поддержку, оказанную, в частности, всей команде биомедицинских услуг (BMS) за превосходное место хорьков и J. Peychl и его команда Фонда световой микроскопии. Мы особенно признательны Катрин Реппе и Анне Пфеффер из BMS за исключительную ветеринарную поддержку и Лэй Син из группы Хаттнера за помощь в операциях хорька.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Шприц 1мл | BD | 309628 | Электропорация |
| 4-0 Викрил Шовный материал | Ethicon | V392ZG | Хирургия |
| Алюминиевый спрей | cp-pharma | 98017 | Хирургия |
| Амоксицилин+клавулановая кислота (Synulox RTU) | WDT | 6301 | Хирургия |
| Держатель капсулы | WPI | MPH6S12 | Электропорация |
| Декспантенол Мазь раствор | Bayer | 6029009.00.00 | Хирургическая |
| простыня 45x75см | Hartmann | 2513052 | Хирургический |
| электрод Пинцайзер, платиновый 5мм | BTX | 45-0489 | Электропорация |
| Электропорация | BTX | ECM830 | Электропорация |
| Fast Green | Sigma | F7258-25G | Электропорация |
| Хорек Mustela putorius furo | Marshall | NA | Экспериментальный организм |
| Волоконно-оптический источник света | Olympus | KL1500LCD | Электропорационные |
| щипцы | Allgaier instrumente | 08-033-130 | Хирургические |
| щипцы 3C-SA | Rubis Tech | 3C-SA | Хирургические |
| щипцы 55 | Dumostar | 11295-51 | Хирургия |
| Щипцы 5-SA | Rubis Tech | 5-SA | Хирургия |
| Марлевые тампоны большие | Hartmann | 401723 | Хирургия |
| Марлевые тампоны маленькие | Hartmann | 401721 | Хирургия |
| Антитело GFAP | Dako | Z0334 | Антитело |
| GFP | антитело Aves labs | GFP1020 | антитела |
| Стеклянные капсулы (боросиликатное стекло с нитью, OD: 1,2 мм, ID: 0,69 мм, длина 10 см) | Sutter Instrument | BF120-69-10 | Электропорация |
| глюкозы | Bela-pharm | K4011-02 | Хирургическая |
| грелка | Hans Dinslage | Sanitas SHK18 | Хирургия |
| Йод (раствор бетадина 100 мг/мл) | Meda | 997437 | Хирургия |
| Isofluran | CP | 21311 | Хирургические |
| советы по нагрузке 20&микро; l | Eppendorf | #5242 956.003 | Электропорация |
| Метамизол | WDT | 99012 | Хирургия |
| Метценбаум Препарирующие ножницы | Aesculap | BC600R | Хирургия |
| Пуллер микропипеток | Sutter Модель | P-97 | Электропорация |
| pCAGGS-GFP | NA NA | NA From | Kalebic et al., eLife, 2018 |
| PCNA антитела | Millipore | CBL407 | Антитело |
| pH3 антитело | Abcam | ab10543 | |
| Антитело Скальпель | Aesculap | 294200104 | Хирургия |
| Бритва | Braun | EP100 | Хирургия |
| Sox2 антитела | R+D Systems | AF2018 | Антитела |
| Хирургический зажим 13cm | WDT | 27080 | Хирургия |
| Хирургическая двойная ложка (Williger) | WDT | 27232 | Хирургическая |
| простыня | WDT | 28800 | Хирургия |
| Хирургические ножницы маленькие | FST | 14090-09 | Хирургия |
| Шовный иглодержатель | Aesculap | BM149R | Хирургия |
| Tbr2 антитело антитело | Abcam | ab23345 | антител |
| пипетка 3мл | Fischer научная | 13439108 | Хирургия |
| Водяная баня | Julabo | TW2 | Хирургия |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.