Summary
Повторные ретро-орбитальной инъекции катионные комплексы liposomes/siRNA/ITSN-1s у мышей, каждые 72 часа в течение 24 дней, эффективной доставки миРНК дуплекс с микрососудов легких у мышей снижение ITSN-1 мРНК и экспрессию белка на 75%. Этот метод хорошо воспроизводимый в животной модели, не имеет побочных эффектов и позволяет избежать летальных исходов.
Abstract
Предыдущие исследования показали, что нокдаун ITSN-1S (KD ITSN), эндоцитотический белок, участвующий в регуляции проницаемости сосудов легких и эндотелиальные клетки (ECS) выживание, индуцированного апоптоза, основным препятствием в развитии системы клеточных культур с длительным ITSN-1S торможения 1. Использование катионных липосом в качестве носителей, мы исследовали молчание ITSN-1 гена в легких мышей при системном введении миРНК ориентации ITSN-1 ген (миРНК ITSN). Катионные липосомы обладают рядом преимуществ для доставки миРНК: Допускаются повторные дозировки, неиммуногенные, нетоксичны и легко производить 2. Липосомы производительности и биологической активности зависит от их размера, заряда, липидный состав, стабильность, доза и способ введения 3 Здесь, эффективный и специфический KD ITSN в легких мышей были получены с использованием холестерина и диметил диоктадецил сочетание бромид аммония. Внутривенного введениямиРНК ITSN / катионной липосомы комплексы временно сбил ITSN-1 белка и мРНК в легких мышей на 3 день, который восстановился после еще 3 дня. Воспользовавшись тем, что катионные липосомы как безопасного перевозчика, повторяемые, исследование продлен на 24 дней. Таким образом, ретроорбитальной лечения с только что созданной комплексы вводили каждые 3 дня, вызывая устойчивый KD ITSN на протяжении всего исследования 4. Мышь ткани, собранные в нескольких временных точках после миРНК ITSN подвергали электронной микроскопии (ЭМ) анализы, чтобы оценить эффекты хронического KD ITSN, в легких эндотелия. Высокое разрешение изображения EM позволило нам оценить морфологические изменения, вызванные KDITSN в постели легких сосудистого (т.е. разрушение эндотелиального барьера, снижение количества кавеолы и активацию альтернативные пути транспортировки), характеристики необнаруженными с помощью световой микроскопии. Общая этих выводов установленным важноеважную роль ITSN-1 в функции ЭКС и легких гомеостаза, а иллюстрирующие эффективность миРНК-липосомы доставки в естественных условиях.
Introduction
Голые миРНК не может проникать через клеточную мембрану электрический заряд, и она легко разрушается ферментами в крови, тканей и клеток. Даже недавно структурных модификаций для улучшения стабильности, миРНК накопление в сайте-мишени после введения чрезвычайно низка и требует эффективного внутриклеточных транспортных средств 5. Катионные липосомы стала безопасной нуклеиновых кислот носителей с потенциалом для передачи больших фрагментов ДНК / РНК в клетки путем инкапсуляции и защиты нуклеиновых кислот из ферментативного расщепления 6. Кроме того, катионные липосомы спонтанно взаимодействуют с ДНК / РНК, тем самым способствуя переноса генов в клетки 2. Совсем недавно липосомы были применены для доставки вакцин и низким молекулярным весом препаратов 7. Липосомальной доставки микроРНК-7, экспрессирующих плазмид преодолевает рецептора эпидермального фактора роста ингибитор тирозинкиназы сопротивление в клетках рака легких 8. При ориентациисосудистого эндотелия, внутривенного введения важно, потому что комплексы вряд ли пересечь барьер эндотелиальных и вытекать из сосудов в ткань и интерстиций 9. По сравнению с другими органами, КЕ из микрососудов легких имеют наибольшее поглощение и жадно интернализации катионной липосомы и ДНК / РНК комплексов, а затем в лимфатических узлах и пейеровых бляшек 9. Внутривенное доставки на моделях грызунов миРНК через ретро-орбитальной или хвостовой вены инъекций было доказано безвредны даже в высоких концентрациях, например, 50 мг / кг 10. В опубликованной литературе состав катионные липосомы отличается на основе липидов разработки и их эквимол рном соотношении 11, 12. Существует широкий спектр потенциальных приложений с использованием катионных липосом для доставки генов в естественных условиях, будь таргетинга down-regulation/over-expression белков, поставка вакцин или противоопухолевой терапии 13-15. Важно помнить,является то, что эффективность ДНК / РНК-клеточное взаимодействие мембраны регулируется форма связи между генерируется комплексов и мембранных липидов. Это предполагает, что пошива липиды состав к целевой сотовой профилей мембрана может быть полезно и в результате высокий уровень трансфекции в конкретном типе клеток 6.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Катионные липосомы подготовка
- Автоклав чистую круглодонную колбу, которые будут использоваться для подготовки lipososmes.
- Подготовка исходных растворов:
- - Растворить 200 мг диметил диоктадецил бромид (Doab) в 10 мл хлороформа с помощью небольшой стеклянной бутылки.
- - Растворить 200 мг холестерина в 10 мл хлороформа с помощью небольшой стеклянной бутылки.
- - Подготовка и автоклав для стерилизации 5% глюкозы в 100 мл РНК / ДНК-азы бесплатно дистиллированной воды.
- Промойте круглодонную колбу хлороформом. Добавить 5-10 мл в колбу, вихря, и оставьте на несколько минут. Держите колбу, покрытую алюминиевой фольгой во все времена. Слейте хлороформа из колбы.
- Получения липосом:
- - Добавить 315 мкл исходного раствора Doab в круглодонную колбу.
- - Добавить 200 мкл раствора холестерина в колбу.
- - Добавить 9.5 мл хлороформа в колбуй смешать вихрем.
- Установка роторном испарителе при 37 ° С, 100 оборотов в минуту (RPM) или более (100-120 оборотов в минуту). Роторном испарителе должен быть подключен к воде вакуумный насос управления с всасывающей трубкой правильно установлены.
- Подключите бак аргоном и роторного испарителя.
- Прикрепить колбу роторного испарителя и корректировать оптимальные настройки перед опусканием его в водяной бане. Откройте первый клапан для аргона полностью, повернув его против часовой стрелки. Всегда открывать и закрывать этот клапан в первую очередь. Второй клапан регулирует давление аргона дует в колбу. Давление должно быть всегда нежным.
- Опустите роторный испаритель в ванну с водой, достаточно для колбы прикоснуться к воде, не будучи полностью погружен и включите скорость.
- Подождите, пока все испаряется хлороформ, около 10 мин. Тогда остановите машину.
- Выключите скорость роторного испарителя и клапаны аргона бака. Теперь колбы должны быть удалены.
- Добавить 2 мл 5%-й глюкозыэлектронной колбу, чтобы растворить липиды.
- Царапины дне колбы тщательно с использованием 1 мл пипетки, чтобы растворить все липиды. После расчесывания, удалите оставшиеся жир с 1 мл наконечник в колбе, при необходимости, со второй чаевые.
- Инкубируют полученного раствора в 42 ° С на водяной бане, медленно вортексе (15 оборотов в минуту) в колбе.
- Заполните ультразвуковой ванне с холодной водой. Разрушать ультразвуком решение, по крайней мере 20-30 минут в колбе, поднял и нижний едва касаясь воды.
- Нагревают колбу на водяной бане в роторном испарителе в течение 20 мин при 42 ° С, при нулевой скорости, с круглым дном, погруженных в воду, на этот раз.
- Фильтр липосом через 0,47 мкм, а затем 0,22 микронные фильтры шприца.
- С помощью небольшой экструдер, фильтр липосом через 50 нм мембраны для создания гомогенной популяции однослойных липосомных везикул.
- Передача липосом в пробирку Эппендорф и поместить его на льду.
2. Подготовьте липосомы: миРНК ITSN-1 Комплексы
- Ресуспендируют на цели мышь миРНК ITSN миРНК в буфере, содержащем 20 мМ HEPES и 150 мМ хлорида натрия, рН 7,4, до конечной концентрации 2 мкг / мкл. Держите его на льду перед смешиванием.
- Подготовьте липосомы: комплексы миРНК ITSN в соотношении 8 нмоль липосомы: 2 мкг РНК (или 400 нмоль липосомы: 100 мкг миРНК ITSN). В настоящем исследовании мы добавили 50 мкл миРНК ITSN от маточного раствора (50 мкм) до 100 мкл свежеприготовленного липосомы использованием РНК / ДНК-азы бесплатно Эппендорф трубки. Следует отметить, что концентрация миРНК ITSN очень важно, поскольку максимум 150 мкл смеси может быть двусторонней и ретро-орбитальной впрыском в мыши в одно время.
- Смесь необходимо хранить на льду в ожидании вводят мышам.
3. Мышь ретроорбитальной вену (внутреннего угла глазницы)
jove_content "> Все мыши Эксперименты были одобрены и осуществлялась в соответствии с руководящими принципами Rush University Институциональные уходу и использованию животных комитета.- Обезболить мыши с помощью интраперитонеальной инъекции 50 мг / кг веса тела кетамина и 5 мг / кг массы тела ксилазина (коммерчески доступные смеси). В зависимости от веса и возраста животного, регулировать анестетики объем и концентрации. Мыши, используемые в исследовании мышей CD1 мышей-самцов, в возрасте 6-8 недель и весом около 25 граммов. Шприцы туберкулин 1 мл типа с иглой.
- Удерживайте мышь уши одной рукой и переверните мышь вниз на сторону, чтобы выставить внутреннего угла глаза. Цель медиальнее складка semilunaris; не прикасайтесь к глазному яблоку.
- Подход слезный гребень из глаза проведение шприц, содержащий смесь при углом 45 градусов по всем трем осям.
- Медленно введите смеси и пусть мышь, чтобы восстановить с вводят стороной вверх. Если большое жидкостькапли форм на месте вставки иглы, втянуть иглу, всасывание обратно капли в шприц и повторите попытку. Повторные инъекции лучше всего делать путем чередования глаз, чтобы идеально восстановления. Если не уверены, эта методика может быть проверена путем инъекции синего красителя (50 мкл, 0,5% кристаллическим фиолетовым в метаноле) и подвергая легких мышей наблюдать синий сосудистой сети.
- Мышей в этом исследовании вводили каждый 3-й день в течение 3 недель без смертельных исходов или побочных эффектов.
4. Мышь перфузии легкого и сбора ткани для биохимических исследований
- Установите перистальтический насос работать на 1,5 мл / мин.
- Подготовьте установка: вентилятор, операционный стол, инструменты, стерильные ватные тампоны, ватные палочки, струны, мензурки, дистиллированная вода, сбалансированный солевой Хэнка, Tracer.
- Обезболить мыши путем внутрибрюшинной инъекции анестезирующего смесь (100 мг / кг веса тела кетамина и 10 мг / кг массы тела ксилазин). На уровне шеи, удалите слюнных желез и подвергать трахеи.
- Начните с лапаротомии, акциз диафрагмы, и следовать с торакотомии, обнажая легких и сердца.
- Удалить тимуса.
- С помощью световой микроскопии для большей точности, катетеризации легочной артерии.
- У трахеостомии и интубации мыши с помощью трахеостомы. Установить вентилятор для со скоростью 150 ударов / мин и рабочим объемом 150 мкл.
- Как выход, откройте левое предсердие.
- Заливать сосудистой легких у мышей свободный крови в течение 5 мин с использованием перистальтического насоса и раствор Хэнка нагревают при 37 ° С.
- Заливать изотопу (8 нм золотых альбумин 16) еще в течение 10 мин при той же скорости потока.
- Промойте несвязанных Tracer на 5 мин перфузии легкого раствор Хэнка.
- Последующие с на месте фиксации легких на 10 мин перфузии 4% (вес / объем) формальдегида, 2,5% глутарового альдегида и 1% дубильной кислоты в 0,1 ТРУБЫбуфером, рН 7,2.
- Соберите легких, удалите чрезмерное ткани, нарезать небольшими блоками (3/3 мм), и поместить их в с меченым сцинтилляционный флакон с 2 мл смеси фиксатором.
Мыши истекает полностью под наркозом во время процедуры.
5. Мышь легких обработки ткани для ЭМ
- Подготовка исходных растворов: 1% Palade OsO 4, ацетат веронала и Келленбергером буфера.
- - 1%-Палада OsO 4 буфер содержит 1 мл уксусной кислоты веронала акции, 1,25 мл 4% OsO 4, 1 мл 0,1 N соляной кислотой и дистиллированной водой до 5 мл конечного объема.
- - Ацетат веронала маточный раствор получают растворением 1,15 г ацетата натрия andydrous и 2,94 г барбитал в 100 мл дистиллированной воды.
- -Келленбергер раствор содержит 2 мл ацетатного веронала акции, 2,8 мл 0,1 N соляной кислоты, 0,05 г ацетата уранила и 5,1 млдистиллированной воды, рН 6.
- Промыть легких блоков в 0,1 М натрий-какодилатном буфере, рН 7,4, кратко 3 раза.
- Закрепить образцов в 4% (вес / объем) формальдегида, 2,5% глутарового альдегида в 0,1 ТРУБЫ буфера, рН 7,2, в течение 1 ч при комнатной температуре.
- Постфиксных с 1%-Palade осмия в течение 1 часа в капюшоне, на льду, в темноте.
- Полоскание один раз буфером Келленбергер.
- Образцы инкубируют в Келленбергер буфера в течение 2 ч в течение ночи при комнатной температуре.
- Полоскание один раз в 50%-ном этаноле.
- Высушить с серии градуированных этанола, 5 мин / каждая: 70%, 95%, затем 2 х 15 мин 100% этанола.
- Переключить на 100% оксида пропилена, 2 х 15 мин.
- Удалить пропиленоксида и добавляют смесь 50% пропиленоксида и 50% Epon 812, инкубировать в течение ночи, вращение на колесе, при комнатной температуре.
- На следующее утро, удалить смесью и добавить свежие Epon 812, по крайней мере в течение 4-5 часов на колесе.
- Использование удвоилось конические формы, наполненныеполовину пути со свежими 100% Epon 812, добавьте выбранные образцы и поместите их к краям.
- Перемещение формы для инкубатор при 60 ° C, и пусть они вылечить в течение 48-72 часов.
- После полимеризации отправить блоков быть тонким (60-70 нм) секционного.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ITSN-1 белка и мРНК наблюдали в нескольких временных точках после доставки миРНК ITSN методом вестерн-блоттинга и обычных и количественной ПЦР, как в 4. ITSN-1 белка и мРНК в миРНК ITSN обработанных легких мышей были приблизительно на 75% ниже со ссылкой на управление во время непрерывной нокдаун ITSN-1 в течение 21 дней. Без ITSN-1S, Динамин-2, основным взаимодействующим партнером ITSN-1 и главных действующих лиц в отряде кавеол из мембраны плазма не эффективно на работу в эндоцитотический сайта и, таким образом, кавеолы отряд из мембраны плазмы и образованию свободных везикулярного носителей нарушается 1, 17. Таким образом, неэффективные деления мембраны и нарушением образования свободных носителей везикулярного вызвано недостаточным эндоцитоза и трансэндотелиальная транспорта, нарушению эндотелиальной между барьером и отек легких (рис. 1). Кроме того, понижающая регуляция ITSN-1S до регулируется альтернативных TRПодготовка к ansport компенсировать недостаточный эндоцитоза. Мы заметили, мембранные кольца (рис. 2А и 2A1), плеоморфные канальцев (рис. 2В), и увеличенные эндосомам сливается с типичными кавеолы (рис. 2С) активно участвует в поглощении и транспортировке золота альбумина. Важным результатом исследования является снижение числа кавеолы в ITSN-1S дефицитный эндотелия легких мыши со ссылкой на управление, Таблица 1. Длительное ITSN-1S торможения в течение 24 дней по повторной сдачи катионные липосомы / миРНК ITSN сократили отека легких у мышей путем частичного восстановления между эндотелиальной целостности барьера. EM морфологические исследования показали, что 8nm золото-альбумин индикатора не может проникнуть между эндотелиальными узлов, в этот момент времени. Вместо этого, они сформировали фильтрации остатков в просвете Introit из перехода (рис. 3). Тем не менее, периваскулярные пространства показал некоторое расширение и мягкийотек, предполагая, что соединения непроницаемы для этого размера частиц, но все же вытекающей. Кроме того, промежуточные морфологические альтернативных путей эндоцитотический активны и присутствует в более высоких цифр. Заметно, морфометрических анализ показал, что количество мембранных кольцо / канальцев помечена золотым частиц альбумина увеличилась на 14 раз в ITSN-1S хронической недостаточной эндотелия легких мышей по сравнению с контролем, в таблице 1. Кавеолы число частично восстановлено, только 17,8% меньше, со ссылкой на управление. Таким образом, наши результаты показывают, что повторная доставка катионных липосом / комплексы миРНК ITSN является подходящей методологии для изучения последствий долгосрочного нокдаун белка в естественных условиях.
Рисунок 1. Представитель электронного микроскопа показывает открытые межэндотелиальных контактах (IEJs), меченого йroughout их длину на 8 нм золотых частиц альбумина. Arrowhead в увеличенном и a1, указывает на три-четыре золотых частиц альбумина расположены близко друг к другу в том же плане, что указывает на широкое открытие IEJ. Частицы золота, также связаны с abluminal выход IEJs (A, B - стрелки). Отметим также ограниченное число кавеолы и расширение перикапиллярных шт пространства; звездочками). Бары: 200 нм (A), 100 нм (В, а1).
Рисунок 2. Острая возмущение ITSN-1S выражение вызывает плеоморфные эндоцитотический / трансклеточных промежуточных продуктов. Представитель EM изображения мембранных кольца (А, А1), трубчатых элементов (B, стрелки) и увеличенные эндосомам (C, наконечники стрел), загружается с 8 нм золотых альбумина и связанные с кавеолы, какморфологии. Отметим также, тяжелой дилатации периваскулярный пространство (ранее), а также белковые отек (A). Бары: 250 нм (A), 200 нм (B), 100 нм (a1, C).
Рисунок 3. Хроническое ингибирование ITSN-1S выражения IEJ частично восстанавливает целостность. Фильтрации остатков в просвете Introit из IEJ (стрелка). Мягкий расширение (*), ПВС предлагает неплотности из IEJs. Мультивезикулярные органов (MVB), в непосредственной близости от мембраны плазмы некоторые из их внутренних мелких пузырьков, помечены 8 нм золотых частиц альбумина. Бар: 100 нм.
Эндоцитотический / трансклеточных структур | Управление | ITSN-1S миРНК, 72 часа | ITSN-1S миРНК, 24 д |
Кавеолы открыты для просвета * | 106,6 ± 9,5 | 50,46 ± 4,8 | 87,15 ± 5,9 |
Кавеолы видимому бесплатно в цитозоле | 173,5 ± 12,0 | 77,41 ± 6,3 | 143,0 ± 9,5 |
Всего кавеолы (просвета и бесплатно в цитозоле) | 280,1 ± 21,5 | 127,86 ± 11,1 | 230,14 ± 15,4 |
Аномальные эндоцитотический структуры (увеличение эндосомам) | 2,65 ± 0,34 | 11,29 ± 2,7 | 14,93 ± 3,8 |
Кавеолы кластеров | 3,95 ± 0,4 | 5,64 ± 1,6 | 11,3 ± 2,5 |
Мембранные кольца | 1,33 ± 0,04 | 9,47 ± 2,4 | 12,8 ± 2,8 |
Трубочки | 0,88 ± 0,05 | 4,0 ± 1,3 | 18,84 ± 3,4 |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dimethyl Dioctadecyl Ammonium Bromide (DOAB) | Sigma-Aldrich | D2779 | |
LiposoFast stabilizer (mini-extruder) | Avestin Inc. | LF-STB | |
Polycarbonate membrane, 19 mm diameter, 50 nm pore | Avestin Inc. | LFM-50 | |
Cholesterol | Sigma-Aldrich | C-8667 | |
Chloroform | Mallinckrodt Chemicals | 4432-04 | |
Hank's balanced salts | Sigma-Aldrich | H1387 | |
Round-bottom flask | Fisher Scientific | FHB-275-030X | |
Mouse siRNAITSN - on target | Dharmacon/ThermoScientific | J-046912-11 | |
Peristaltic pump | Ismatec | REGLO-CDF digital with RHOO pump head | |
Ventilator | Hugo Sachs Electronik | NA | |
Barbital | Sigma-Aldrich | B-0500 | |
Uranyl acetate | EM Sciences | 22400 | |
Epon812 | EM Sciences | Discontinued by the manufacturer | |
Propylene oxide | EM Sciences | 20400 | |
Embedding molds | EM Sciences | 69923-05 | |
Tannic acid | EM Sciences | 21710 | |
8 nm gold-albumin tracer | Prepared in the laboratory as in16 | ||
Comments | |||
Equipped with 2 Avestin 1 ml gas-tight syringes (cat. # LF-1) | |||
Pyrex, 100 ml | |||
Modified siRNA, in vivo | |||
Part of IDEX corp. | |||
D-79232 March, Germany | |||
Replaced with Embed812, cat. # 14120 |
References
- Predescu, S. A., Predescu, D. N., Knezevic, I., Klein, I. K., Malik, A. B. Intersectin-1s regulates the mitochondrial apoptotic pathway in endothelial cells. J. Biol. Chem. 282 (282), 17166-17178 (2007).
- Uddin, S. Cationic lipids used in non-viral gene delivery systems. Biotechnology and Molecular Biology Review. 2 (2), 58-67 (2007).
- Barenholz, Y., et al. Influence of lipid composition on the thermotropic behavior and size distribution of mixed cationic liposomes. J. Colloid Interface Sci. (356), 46-53 (2011).
- Predescu, D. N., Neamu, R., Bardita, C., Wang, M., Predescu, S. A. Impaired caveolae function and upregulation of alternative endocytic pathways induced by experimental modulation of intersectin-1s expression in mouse lung endothelium. Biochem. Res. Int.. (2012), 672705 (2012).
- Higuchi, Y., Kawakami, S., Hashida, M. Strategies for in vivo delivery of siRNAs: recent progress. BioDrugs. 24 (24), 195-205 (2010).
- Caracciolo, G., Amenitsch, H. Cationic liposome/DNA complexes: from structure to interactions with cellular membranes. Eur. Biophys. J. , (2012).
- Barnier Quer, C., Elsharkawy, A., Romeijn, S., Kros, A., Jiskoot, W. Cationic liposomes as adjuvants for influenza hemagglutinin: more than charge alone. Eur. J. Pharm. Biopharm. 81 (81), 294-302 (2012).
- Rai, K., et al. Liposomal delivery of MicroRNA-7-expressing plasmid overcomes epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor-resistance in lung cancer cells. Mol. Cancer Ther. (10), 1720-1727 (2011).
- McLean, J. W., et al. Organ-specific endothelial cell uptake of cationic liposome-DNA complexes in mice. Am. J. Physiol. (273), H387-H404 (1997).
- Soutschek, J., et al. Therapeutic silencing of an endogenous gene by systemic administration of modified siRNAs. Nature. (432), 173-178 (2004).
- Barenholz, Y. Liposomes enhance bioremediation of oil-contaminated soil. J. Liposome Res. (13), 1-8 (2003).
- Zamboni, W. C. Liposomal, nanoparticle, and conjugated formulations of anticancer agents. Clin. Cancer Res. (11), 8230-8234 (2005).
- Newman, M. S., Colbern, G. T., Working, P. K., Engbers, C., Amantea, M. A. Comparative pharmacokinetics, tissue distribution, and therapeutic effectiveness of cisplatin encapsulated in long-circulating, pegylated liposomes (SPI-077) in tumor-bearing mice. Cancer Chemother Pharmacol. (43), 1-7 (1999).
- Martino, S., et al. Efficient siRNA delivery by the cationic liposome DOTAP in human hematopoietic stem cells differentiating into dendritic cells. J. Biomed. Biotechnol. (2009), 410260 (2009).
- Zhang, G., et al. A delivery system targeting bone formation surfaces to facilitate RNAi-based anabolic therapy. Nat. Med. 18 (18), 307-314 (2012).
- Predescu, D., Palade, G. E. Plasmalemmal vesicles represent the large pore system of continuous microvascular endothelium. Am. J. Physiol. (265), H725-H733 (1993).
- Koh, T. W., Verstreken, P., Bellen, H. J. Dap160/intersectin acts as a stabilizing scaffold required for synaptic development and vesicle endocytosis. Neuron. (43), 193-205 (2004).
- Miyawaki-Shimizu, K., et al. Lung Cell Mol. Physiol. (290), L405-L413 (2006).