В этом протоколе подробно известен этап целевого мутагенеза CRISPR/Cas9 у песчаных мух: сбор эмбрионов, инъекция, выращивание насекомых и идентификация, а также выбор мутаций, представляющих интерес.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В этом протоколе подробно известен этап целевого мутагенеза CRISPR/Cas9 у песчаных мух: сбор эмбрионов, инъекция, выращивание насекомых и идентификация, а также выбор мутаций, представляющих интерес.
Песчаные мухи являются естественными переносчиками для видов лейшмании, простейших паразитов, производящих широкий спектр симптомов, начиная от кизанных поражений и до висцеральной патологии. Расшифровка характера взаимодействия вектора/паразита имеет первостепенное значение для лучшего понимания передачи Лейшмании их хозяевам. Среди параметров, контролирующих компетентность переносчика песчаной мухи (т.е. их способность нести и передавать патогенные микроорганизмы), параметры, присущие этим насекомым, были показаны, чтобы играть ключевую роль. Иммунный ответ насекомых, например, влияет на песок летать вектор компетенции Лейшмании. Изучение таких параметров было ограничено отсутствием методов модификации экспрессии генов, адаптированных для использования в этих не модельных организмах. Ген вниз регулирования путем небольшого вмешательства РНК (siRNA) возможно, но в дополнение к технически сложной задачей, замалчивание приводит лишь к частичной потере функции, которые не могут передаваться из поколения в поколение. Целевой мутагенез по технологии CRISPR/Cas9 был недавно адаптирован к песчаной мухе Phlebotomus papatasi. Этот метод приводит к генерации трансмиссивных мутаций в специально выбранном локусе, что позволяет изучать гены, представляющие интерес. Система CRISPR/Cas9 опирается на индукцию целевых двухтяговых разрывов ДНК, которые впоследствии восстанавливаются либо не гомологичным присоединением к концу (NHEJ), либо Homology Driven Repair (HDR). NHEJ состоит из простого закрытия перерыва и часто приводит к небольшим событиям вставки/удаления. В отличие от этого, HDR использует наличие молекулы донорской ДНК обмена гомологии с целевой ДНК в качестве шаблона для ремонта. Здесь мы представляем метод микроинъекции эмбриона песчаной мухи для целевого мутагенеза CRISPR/Cas9 с использованием NHEJ, который является единственным методом модификации генома, адаптированным к векторам песчаной мухи на сегодняшний день.
Трансмиссивные болезни представляют собой серьезную угрозу общественному здравоохранению в постоянной эволюции. По данным Всемирной организации здравоохранения, сотни видов переносчиков, распространяемых в очень различных филогенных семьях (например, комары, клещи, блохи), являются причиной передачи огромного количества микробных патогенов, что приводит к более чем 700 000 случаев смерти человека в год. Среди переносчиковых насекомых, флеботомин песчаных мух (Diptera, Psychodidae) составляют обширную группу, с 80 проверенных видов переносчиков, проявляли различные фенотипические черты и векторные возможности, найденные в различных географических регионах. Они являются переносчиками простейших паразитов рода Leishmania,вызывая около 1,3 миллиона новых случаев лейшманиозов и от 20 000 до 30 000 смертей в год. Клинические исходы лейшмании разнообразны, с симптомами, начиная от самоограничения кожных поражений висцерального распространения, которое является фатальным в отсутствие лечения.
Песчаные мухи - это строго наземные насекомые. Их жизненный цикл, относительно длинный по сравнению с другими Diptera, длится до трех месяцев, в зависимости от различных параметров, таких как температура, влажность и питание. Она состоит из одной эмбриональной стадии (от 6 до 11 дней), четырех личиновидных стадий (продолжительностью от 23 до 25 дней) и одной стадии детеныша (от 9 до 10 дней), за которой следуют метаморфозы, а затем взрослая жизнь. Песчаные мухи требуют влажной и теплой среды для выращивания. Как самцы, так и самки питаются сахаром, полученным в дикой природе из цветочных нектаров. Только самки кровоохими, так как они требуют белков, полученных из крови еды для производства яиц1.
Важным направлением исследований является выявление характера взаимодействия переносчика/паразита, которые приводят к развитию трансмиссивных инфекций. Как и в случае с другими переносчиками насекомых, параметры, присущие песчаным мухам, как было показано, влияют на их векторную компетентность, которая определяется как их способность нести и передавать патогенные микроорганизмы своим хозяевам. Например, экспрессия галектинов phlebotomus papatasi песка летать midgut клетки, выступающие в качестве рецепторов, распознающих компоненты поверхности паразита, может непосредственно влиять на их вектор компетентности для Лейшмании основных2,3. Путь иммунного ответа насекомых, Иммунодефицит (IMD), также имеет решающее значение для Phlebotomus papatasi песка летать вектор компетенции лейшмании основных4. Критическая роль для векторных путей иммунного ответа насекомых в контроле их передачи инфекционных патогенов была также зарегистрирована в комарах Aedes aegypti 5,6,7, в цеце летают Glossina morsitans8, и у комаров Anopheles gambiae 9,10.
Исследования взаимодействия песчаноймухи/Лейшмании были ограничены отсутствием методов модификации экспрессии генов, адаптированных для использования у этих насекомых. Только ген downregulation малым вмешиваясь RNA (siRNA) был выполнен11,12,13,14 до недавнего времени. Техника, ограниченная смертностью, связанной с микроинъекцией взрослых самок, приводит лишь к частичной потере функции, которая не может передаваться из поколения в поколение.
Технология CRISPR/Cas9 произвела революцию в функциональных геномных исследованиях в не моделных организмах, таких как песчаные мухи. Измененная из адаптивной иммунной системы в прокариотах для защиты отбактериофагов 15,16, система CRISPR Cas9 была быстро адаптирована в качестве инструмента редактирования генома для превосходных эукариотических организмов, включая насекомых. Принцип целевого редактирования генома CRISPR/Cas9 основан на взаимодополняемости одного направляющей РНК (sgRNA) к определенному геномного локуса. Ядро Cas9 связывается с sgRNA и создает двухструновую ДНК (dsDNA) разрыв в геномной ДНК, где sgRNA ассоциируется с его дополнительной последовательности. Комплекс Cas9-sgRNA направляется к целевой последовательности от 17 до 20 дополнительных баз в sgRNA к выбранному локусу, разрыв dsDNA может быть отремонтирован двумя независимыми путями: nonhomologous присоединением конца (NHEJ) или гомологией направленного ремонта (HDR)17. Ремонт NHEJ включает в себя простое закрытие перерыва, но часто приводит к небольшим событиям вставки/удаления. ДНК ремонт через HDR использует молекулы донорской ДНК обмена гомологии с целевой ДНК в качестве шаблона для ремонта. Насекомые обладают обоими станками.
Технология CRISPR/Cas9 может генерировать мутации в выбранном локусе через путь ремонта NHEJ; или для более сложных стратегий редактирования генома, таких как стук-ины или выражения репортеров, через путь HDR с соответствующим донорским шаблоном. В песчаных мух, нулевой мутант аллели фактора иммунного ответа Relish были созданы через NHEJ-опосредованного CRISPR в Phlebotomus papatasi4. Эмбрионы песчаной мухи были также введены в другом исследовании с смесью CRISPR/Cas9, ориентированной на ген, кодирующий желтый. Тем не менее, ни один взрослый проведения мутации былипроизведены 18. Мы описываем здесь подробный метод песка летать целевых мутагенез NHEJ-опосредованного CRISPR/Cas9, с особым акцентом на микроинъекции эмбриона, критический шаг протокола.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Использование мышей в качестве источника крови для кормления песчаными мухами осуществлялось в строгом соответствии с рекомендациями, содержащимися в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения (НИЗ). Протокол был одобрен Комитетом по уходу за животными НИАИД, NIH (протокольный номер LPD 68E). Беспозвоночные не охвачены руководящими принципами NIH.
1. Подготовка иглы (Рисунок 1)
2. Сбор эмбрионов и микроманипуляция(рисунок 2)
3. Инъекции эмбрионов(рисунок 3)
4. После инъекционного воспитания (G0) (Рисунок 4)
5. Отбор и скрининг мутантных аллелей(рисунок 5)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол микроинъекции CRISPR/Cas9, описанный здесь для генерации мутантов песчаной мухи, был установлен в предыдущей публикации4. Этот подход произвел высокоэффективный мутагенез, так как 11 из 540 человек пережили процедуру, из которых 9 были мутантами. При разработке руководств для мутации CRISPR/Cas9 важным первым шагом является секвенирование региона вокруг области, на который будет направлена мишень. Шаблон для секвенирования должен быть из штамма, который будет использоваться в качестве ист...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы представляем здесь недавно разработанный метод микроинъекции эмбриона для целевого мутагенеза CRISPR/Cas9 у песчаных мух Phlebotomus papatasi. Микроинъекция эмбрионов для генетической модификации насекомых была разработана в Дрозофиле в середине 1980-хгодов 21 и в настоящее время регулярно используется в широком спектре насекомых. Для использования у насекомых разработаны другие методы доставки материалов генетической модификации, такие как ReMOT20,
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы благодарят Ванессу Мелденер-Харрелл за критическое прочтение рукописи.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Черная фильтровальная бумага 4,25 см PK100 | VWR | 28342-012 | Нарежьте прямоугольниками размером примерно 46 X 22 мм. Они размещаются между предметным стеклом и покровным стеклом и действуют как влажный базовый слой для эмбрионов во время инъекции. |
| Покровные стекла | Fisher Scientific | 12-543A | |
| Препарирующий микроскоп | любой марки | Для выравнивания эмбрионов | |
| Стеклянные стекла | Fisher Scientific | 12-550-A3 | Базовый слой установки для микроинъекций Рисунок 2A |
| Клетка для насекомых | на заказ или несколько коммерческих вариантов | клетка из поликарбоната для взрослых держателей и спаривания Адвокат, Филипп, Мирей Киллик-Кендрик, Тобин Роуленд, Эдгар Роутон и Петр Вольф. “ Лабораторная колонизация и массовое разведение флеботоминовых песчаных мух (Diptera, Psychodidae)». Паразит 24. По состоянию на 6 августа 2020 года. https://doi.org/10.1051/parasite/2017041. | |
| Корм для личинок | на заказ сделал | смесь кроличьего чау и кроличьих фекалий Адвоката, Филиппа, Мирей Киллик-Кендрик, Тобина Роуленда, Эдгара Роутона и Петра Вольфа. Лабораторная колонизация и массовое разведение флеботоминовых песчаных мух (Diptera, Psychodidae)». Паразит 24. https://doi.org/10.1051/parasite/2017041. | |
| Микроколпачки 100 мл | Drummond | 1-000-1000 | Используются для обратной заправки игл для микроинъекций |
| Аспиратор для рта | John W. Hock Company | Модель 612 | Аспиратор для рта с фильтром HEPA |
| Olympus SZX12 | Olympus Life Sciences | Микроинъекционный микроскоп | |
| Ovipots | Nalge компания | Яйцеклады изготавливаются из плолипропиленовых банок объемом 125 мл или 500 мл с боковыми стенками, модифицированных путем сверления отверстий в дне диаметром 2,5 см и заполненных 1 см гипса Парижа. Адвокат, Филипп, Мирей Киллик-Кендрик, Тобин Роуленд, Эдгар Роутон и Петр Вольф. “ Лабораторная колонизация и массовое разведение флеботоминовых песчаных мух (Diptera, Psychodidae)». Паразит 24. По состоянию на 6 августа 2020 года. https://doi.org/10.1051/parasite/2017041. | |
| Кисть для рисования 6-0 | Any Art Supply Company | н/д | Используется для выравнивания эмбрионов |
| Пропионовая кислота | Sigma-Aldrich | 402907 | противогрибковое средство |
| Стандартные стеклянные капилляры | World Precision Instruments | 1B100-3 | Используется для изготовления игл для микроинъекций |
| Trio-MPC100 Контроллер и MP845 Манипулятор | Sutter Instruments | Контроллер микроинъекций и Микроманипулятор |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.