Fare Genetik Manipülasyon yoluyla Hipotalamus geliştirilmesi<em> Utero olarak</em> Elektroporasyon
Summary
Hipotalamusun fonksiyonel ve tıbbi önemine rağmen,<em> Utero</emGelişimi> genetik manipülasyon nadiren çalışılmıştır. Biz için ayrıntılı bir prosedür göstermek<em> Utero</emFare hipotalamus ve total ve parsiyel (bölgesel) hipotalamik aktarılmasının gösterisi temsilcisi sonuçlara> elektroporasyon.
Abstract
Gelişmekte olan memeli beynin belirli bölgelerde genetik modifikasyonu çok güçlü bir deneysel bir yaklaşımdır. Ancak, yeni fare mutantlar üreten genellikle sinir bozucu yavaş. Makul post-operatif sağkalım rahimde gelişmekte olan fare beyin erişimi mümkün olduğu gösterilmiştir. Yine de, bu prosedüre sonuçlar gelişmekte olan beynin en yüzeysel ve kolay erişilebilir kısmı için neredeyse sadece bildirilmiştir, korteks yani. Talamus, daha dar ve daha orta bölgesinden bir hedef, daha zor olduğu kanıtlanmıştır. Özellikle derin çekirdek, hipotalamus bu içine Transfeksiyon, en zorlu ve bu nedenle çok az sonuç bildirilmiştir belki de. Burada tüm hipotalamik epitele veya elektroporasyon ile transfeksiyon için bunun bir parçası (hipotalamik bölgeler) hedef için bir prosedürü göstermektedir. Bizim yaklaşım anahtarları t uzun narkoz kez, enjeksiyon olarakHird ventrikül ve uygun tür ve elektrot konumlandırma. Ayrıca, hedef ve en girintili hipotalamik çekirdek, göğüs vücudun sonraki histolojik analiz sonuçları göstermektedir.
Introduction
Embriyonik fare beyin genetik manipülasyon gelişimsel düzenleme hakkında bilgi almak için tercih edilen bir yaklaşımdır. Mutant fare hatları üretimi ne kadar yavaş ve pahalıdır. Memeli beyin nöronların geliştirilmesinde belirli genetik değişiklikler tanıtmak için bir güçlü bir yöntem utero elektroporasyon olduğunu. Esasen, teknik daha sonra embriyo, belirli bir zaman süresi boyunca hayatta beyin toplamak ve olası yeni, bilgilendirici, fenotip için bunları incelemeye izin veren elektrik darbeleri vasıtasıyla embriyonik beyin epitele DNA transfekte oluşur. Bu şekilde, fare deneyi mutantlarının üretimi için gerekli olan uzun bekleme süreleri olmaksızın hemen hipotezleri test edebilir.
Gelişmekte olan embriyo içine DNA Transfeksiyon civciv embriyoları 1 ovo elektroporasyon ile başladı. Fare için proof-of-concept temel kültüründe yapıldı <s2> kadar. Bu yakında utero 3,4 fare üzerindeki tekniğin ilk açıklamaları izledi.
Asıl sorun onları ya da anne öldürmeden rahimde gelişmekte olan embriyo beyin transfect etmektir. (Laparotomi, enjeksiyon, elektroporasyon) gerekli ameliyat öğrenmek uzun bir eğitim süresi gerektirir. Ameliyat embriyo hayatta kalma oranı kabul edilebilir noktaya hakim sonra, bir sonraki önemli bir soru: beyin yapıları erişilebilir olan? Beklendiği gibi, utero elektroporasyon ile elde edilen sonuçlar gösteren ilk yayınlanan bildiri kortikal gelişim 5-9 odaklanmıştır. Cerrahi işlemler için en kolay gelişmekte olan fare beyin bölgesi korteks (Şekil 1), bu durum, bu yöntem kullanılarak yayın çoğu için de geçerlidir. Korteks içine utero elektroporasyon prosedürü tarif edilmiştirbaskı 10 ve video 11-14. Tekniğin bir değişiklik telencephalon bir karın kısmı, bazal ganglion 15 hedeflemek için kullanılabilir.
Telencephalon ötesinde, diensefalon (klasik talamus ve hipotalamus ayrılmıştır) ulaşmak için daha zor ön beyin bir bölgedir. Onun dorsal ve en kolay kısmı, talamus 16-19 hedef kağıtları raporların az sayıda.
Hipotalamus, ön beyin en karın kısmı bu nedenle bir dorsal yüzeyi (korteks), (Şekil 1) 'den en derin lokalize. Bu bölge genetik rahimde fare beyin işlemek için taahhüt araştırmacılar için zor bir sorun olmaya devam etmektedir. Bildiğimiz kadarıyla, sadece çok az sayıda makale fare hipotalamus 20,21 içine utero transfeksiyon içinde sonuçları rapor. Ancak, hipotalamus bulaşmıyor işlevsel önemibu, çiftleşme, üreme ve ebeveynlik 22 yeme ve içme gibi davranışları düzenleyen beri t, abartılmış. Ayrıca, hipotalamik gelişiminde değişiklikler daha sonra obezite, hipertansiyon, diyabet ve erken ergenlik 23 gibi yaşam koşulları kaynaklı katkıda bulunur. Gelişimi sırasında genetik hipotalamus değiştirmek için güçlü olmak bunu anlamak için çok güçlü bir araç sağlayacaktır.
Burada kullandığımız gebe farelerin laparotomi için temel cerrahi protokolü diğer protokoller 11,13,14,24 kullanılan benzemektedir. Biz bütünlüğü için kısaca bunları anlatacağız. Bizim prosedüre anahtar, diğer taraftan, anestezi tipi, enjeksiyon yeri, elektrotların türü ve ekleme ve embriyonun kafası ile ilgili olarak pozitif elektrot pozisyonu vardır. Eski sağlar beri, basit intraperitoneal anestezi üzerinden gaz solunması anestezi teşvik ve korumak için tercihnarkozu biraz daha uzun süre zor bir ameliyat için gerekli. Anestezi daha hızlı kurtarma izofluran inhalasyon sonuçları, genellikle anne zaten ameliyattan sonra dakika normal bir davranışı gösterir beri. Cam mikropipet ile DNA çözüm enjeksiyon en kolay nokta ancak hipotalamus elektroporasyon için tamamen uygun değildir lateral ventrikül vardır. Doğrudan üçüncü ventrikül enjeksiyon gerçekten derin diensefalik yapıları hedef için çok önemlidir. Bu standart, off-the-raf elektrotlar ile E12.0 veya E12.5 gelen hipotalamus transfect mümkündür. Biz özellikle bu amaç için uygun Nepa, Gene (Chiba, Japonya) tarafından üretilen bazı elektrodların bulduk.
Bizim işlem ile, tüm hipotalamik neuroepithelium veya elektrot yönüne bağlı olarak kısmi, bölgesel aktarılmasının transfeksiyon edinin. Burada muhtemelen, göğüs vücut transfecting tarafından tekniği göstermekderin ve bütün hipotalamik çekirdek en gömme. Buna ek olarak, çözünürlük, hücresel seviyede için transfekte edilmiş hücrelerin ayrıntılı histolojik analizi aşağı göstermektedir.
Utero fare gelişen beyin transfecting diğer yaklaşımlarla utero elektroporasyon karşılaştırılması Tartışma bölümünde bulunabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Anestezi hakkında: Hipotalamus içine utero elektroporasyon teknik olarak zorlu olması ve daha uzun narkoz kez gerektirebilir yana, oksijen ve izofluran karışımı verilmesi ile anestezi neden ve korumak için tercih. Bizim tecrübelerimize göre, hayvanlar en az, annenin iyileşme çok hızlı, ve embriyo hayatta kalma geliştirilmiş bir saat kadar süre bu şekilde uygun anestezi kalabilir. Anestezi için diğer yaklaşımlar da mevcuttur. En basit bir prosedür intraperitoneal enjeksiyon ile na…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Alman Araştırma Vakfı (Deutsche Forschungsgemeinschaft) tarafından finanse edildi.
Materials
| REAGENTS | |||
| Acepromazine | Sanofi GmbH | anesthetic | |
| Isoflurane | Baxter | HDG9623 | anesthetic |
| Ketamin | Pharma GmbH | anesthetic | |
| Fast Green | Fluka | 44715 | |
| Rimadyl | Pfizer | non-steroidal anti-inflammatory | |
| Braunoderm | Braun | 3887138 | povidone-iodine |
| Phosphate Buffer Saline PBS | Gibco | 14190 | |
| Temgesic (buprenorphine) | Essex Pharma | opioid analgesic | |
| Eye Ointment | Pan-Ophtal | 7136926 | |
| Xylazine | Bayer | ||
| EQUIPMENT | |||
| Anaesthetic Device Komesaroff Mark-5 | Medical Developments Australia | ACN 004 903 682 | |
| Capillary puller P-97 | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Compresstome | Precisionary Instr. | VF-300 | Vibratome-type device |
| Confocal Microscope | Zeiss | LSM700 | |
| Cryostat | Leica | CM3050S | |
| Electroporator | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY21EDIT | |
| Electrode 1 | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY550-10 | Stainless Steel Needle Electrode, 10 mm-Tip, 0. 5 mm diam. |
| Electrode 2 | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY700P4L | Cover Round Platinum Plate 4 mm diameter |
| Fiberoptic cold light source | Leica | KL2500 LCD | |
| Glass capillaries | Harvard Apparatus | GC120T-15 | 1. 2 mm O.D. x 0. 94 mm I.D. |
| Glass bead sterilizer | Fine Science Tools | FST250 | |
| Heating pad | Harvard Apparatus | py872-5272 | |
| Injection device | World Precision Instruments | Pneumatic Pico Pump PV820 | |
| Suture Thread Coated Vicryl | Ethicon | V4914 | Peritoneal Suture |
| Suture Thr. Supramid | Serag Wiessner | TO07171L | Skin Suture |
References
- Itasaki, N., Bel-Vialar, S., Krumlauf, R. Shocking’ developments in chick embryology: electroporation and in ovo gene expression. Nat. Cell Biol. 1, E203-E207 (1999).
- Miyasaka, N., Arimatsu, Y., Takiguchihayashi, K. Foreign gene expression in an organotypic culture of cortical anlage after in vivo electroporation. Neuroreport. 10, 2319-2323 (1999).
- Saito, T., Nakatsuji, N. Efficient gene transfer into the embryonic mouse brain using in vivo electroporation. Dev. Biol. 240, 237-246 (2001).
- Tabata, H., Nakajima, K. Efficient in utero gene transfer system to the developing mouse brain using electroporation: visualization of neuronal migration in the developing cortex. Neurosciences. 103, 865-872 (2001).
- Fukuchi-Shimogori, T., Grove, E. A. Neocortex patterning by the secreted signaling molecule FGF8. Science. 294, 1071-1074 (2001).
- Tabata, H., Nakajima, K. Neurons tend to stop migration and differentiate along the cortical internal plexiform zones in the Reelin signal-deficient mice. J. Neurosci. Res. 69, 723-730 (2002).
- Fukuchi-Shimogori, T., Grove, E. A. Emx2 patterns the neocortex by regulating FGF positional signaling. Nat. Neurosci. 6, 825-831 (2003).
- Shimogori, T., Banuchi, V., Ng, H. Y., Strauss, J. B., Grove, E. A. Embryonic signaling centers expressing BMP, WNT and FGF proteins interact to pattern the cerebral cortex. Development. 131, 5639-5647 (2004).
- Shimogori, T., Grove, E. A. Fibroblast growth factor 8 regulates neocortical guidance of area-specific thalamic innervation. J. Neurosci. 25, 6550-6560 (2005).
- Saito, T. In vivo electroporation in the embryonic mouse central nervous system. Nat. Protoc. 1, 1552-1558 (2006).
- Dixit, R., et al. Efficient Gene Delivery into Multiple CNS Territories Using In Utero Electroporation. J. Vis. Exp. (52), e2957 (2011).
- Rice, H., Suth, S., Cavanaugh, W., Bai, J., Young-Pearse, T. L. In utero Electroporation followed by Primary Neuronal Culture for Studying Gene Function in Subset of Cortical Neurons. J. Vis. Exp. (44), e2103 (2010).
- Walantus, W., Castaneda, D., Elias, L., Kriegstein, A. In Utero Intraventricular Injection and Electroporation of E15 Mouse Embryos. J. Vis. Exp. (6), e239 (2007).
- Walantus, W., Elias, L., Kriegstein, A. In Utero Intraventricular Injection and Electroporation of E16 Rat Embryos. J. Vis. Exp. (6), e236 (2007).
- Borrell, V., Yoshimura, Y., Callaway, E. M. Targeted gene delivery to telencephalic inhibitory neurons by directional in utero electroporation. J. Neurosci. Methods. 143, 151-158 (2005).
- Haddad-Tovolli, R., Heide, M., Zhou, X., Blaess, S., Alvarez-Bolado, G. Mouse thalamic differentiation: gli-dependent pattern and gli-independent prepattern. Front Neurosci. 6, 27 (2012).
- Kataoka, A., Shimogori, T. Fgf8 controls regional identity in the developing thalamus. Development. 135, 2873-2881 (2008).
- Matsui, A., Yoshida, A. C., Kubota, M., Ogawa, M., Shimogori, T. Mouse in Utero Electroporation: Controlled Spatiotemporal Gene Transfection. J. Vis. Exp. (54), e3024 (2011).
- Vue, T. Y., et al. Sonic hedgehog signaling controls thalamic progenitor identity and nuclei specification in mice. J. Neurosci. 29, 4484-4497 (2009).
- Tanaka, S., et al. Transcriptional regulation of the hypocretin/orexin gene by NR6A1. Biochem. Biophys. Res. Commun. 403, 178-183 (2010).
- Tsuchiya, R., Takahashi, K., Liu, F. C., Takahashi, H. Aberrant axonal projections from mammillary bodies in Pax6 mutant mice: possible roles of Netrin-1 and Slit 2 in mammillary projections. J. Neurosci. Res. 87, 1620-1633 (2009).
- Canteras, N. S., Watson, C., Paxinos, G., Puelles, L. . The Mouse Nervous System. , 539-562 (2011).
- Caqueret, A., Yang, C., Duplan, S., Boucher, F., Michaud, J. L. Looking for trouble: a search for developmental defects of the hypothalamus. Horm. Res. 64, 222-230 (2005).
- Petros, T. J., Rebsam, A., Mason, C. A. In utero and ex vivo Electroporation for Gene Expression in Mouse Retinal Ganglion Cells. J. Vis. Exp. (31), e1333 (2009).
- Nijagal, A., Le, T., Wegorzewska, M., Mackenzie, T. C. A Mouse Model of in Utero Transplantation. J. Vis. Exp. (47), e2303 (2011).
- Altman, J., Bayer, S. A. The Development of the Rat Hypothalamus. Adv. Anat. Embryol. Cell Biol. 100, 1-178 (1986).
- Clancy, B., Darlington, R. B., Finlay, B. L. Translating developmental time across mammalian species. Neurosciences. 105, 7-17 (2001).
- Clancy, B., et al. Web-based method for translating neurodevelopment from laboratory species to humans. Neuroinformatics. 5, 79-94 (2007).
- Ishii, Y., Bouret, S. G. Embryonic birthdate of hypothalamic leptin-activated neurons in mice. Endocrinology. 153, 3657-3667 (2012).
- Karim, M. A., Sloper, J. C. Histogenesis of the supraoptic and paraventricular neurosecretory cells of the mouse hypothalamus. J. Anat. 130, 341-347 (1980).
- Shimada, M., Nakamura, T. Time of neuron origin in mouse hypothalamic nuclei. Exp. Neurol. 41, 163-173 (1973).
- Alvarez-Bolado, G., Paul, F. A., Blaess, S. Sonic hedgehog lineage in the mouse hypothalamus: from progenitor domains to hypothalamic regions. Neural. Dev. 7, 4 (2012).
- Vann, S. D., Aggleton, J. P. The mammillary bodies: two memory systems in one. Nat. Rev. Neurosci. 5, 35-44 (2004).
- Gratsch, T. E., De Boer, L. S., O’Shea, K. S. RNA inhibition of BMP-4 gene expression in postimplantation mouse embryos. Genesis. 37, 12-17 (2003).
- Wu, N., Yu, A. B., Zhu, H. B., Lin, X. K. Effective silencing of Sry gene with RNA interference in developing mouse embryos resulted in feminization of XY gonad. J. Biomed. Biotechnol. 2012, 343891 (2012).
- Kikuchi, N., Nakamura, S., Ohtsuka, M., Kimura, M., Sato, M. Possible mechanism of gene transfer into early to mid-gestational mouse fetuses by tail vein injection. Gene Ther. 9, 1529-1541 (2002).
- Foust, K. D., et al. Intravascular AAV9 preferentially targets neonatal neurons and adult astrocytes. Nat. Biotechnol. 27, 59-65 (2009).
- Xin, H., et al. The brain targeting mechanism of Angiopep-conjugated poly(ethylene glycol)-co-poly(epsilon-caprolactone) nanoparticles. Biomaterials. 33, 1673-1681 (2012).
- Niwa, H., Yamamura, K., Miyazaki, J. Efficient selection for high-expression transfectants with a novel eukaryotic vector. Gene. 108, 193-199 (1991).
- Kaufman, R. J., Davies, M. V., Wasley, L. C., Michnick, D. Improved vectors for stable expression of foreign genes in mammalian cells by use of the untranslated leader sequence from EMC virus. Nucleic Acids Res. 19, 4485-4490 (1991).
- Tsien, R. Y. The green fluorescent protein. Annu. Rev. Biochem. 67, 509-544 (1998).
- Londrigan, S. L., et al. Evaluation of promoters for driving efficient transgene expression in neonatal porcine islets. Xenotransplantation. 14, 119-125 (2007).
