チキン聴覚器官への遺伝子導入によって、<em>卵内</em>マイクロエレクトロポレーション
Summary
The auditory organ mediates hearing. Here we present a modified in ovo micro-electroporation method optimized for studying auditory progenitor cell proliferation and differentiation in the developing chicken auditory organ.
Abstract
ニワトリ胚は、遺伝子機能の操作は、 卵で比較的容易に行うことができるように胚発生を研究するための理想的なモデル系です。内耳の聴覚感覚器官は聞くする当社の能力にとって重要です。これは、メカノ形質導入有毛細胞（HCS）と周囲のグリア細胞様細胞（SCS）をサポートで構成されて専門性の高い感覚上皮を収容します。聴覚器官の構造的な違いにもかかわらず、聴覚器官の発達を制御する分子メカニズムは、進化的に哺乳類と鳥類の間で保存されている、卵 、エレクトロポレーションでは 、E1での初期段階に大部分が限定されている- 。E3。原因E5での聴覚器官の相対的な開発後期に、E3過去オボエレクトロポレーション中による聴覚器官の操作が原因後の段階でのニワトリ胚の高度な発展には困難です。ここに提示された方法は、で目的の遺伝子を標的化するための過渡的遺伝子導入法でありますステージE4 – オボマイクロエレクトロポレーションで経由して開発鶏の聴覚感覚器官でE4.5。この方法は、従来のプラスミドDNAベースの発現ベクターでgain-及び喪失機能のために適用可能であり、で全胚にEDU（5-エチニル-2'-デオキシウリジン）を加えることによって卵細胞増殖アッセイにおいて組み合わせることが可能でエレクトロポレーションの時間。緑色または赤色蛍光タンパク質（GFPまたはRFP）発現プラスミドの使用は、実験者がすぐにエレクトロポレーションが正常に開発内耳の聴覚部分を対象とするかどうかを決定することを可能にします。この方法の論文では、GFPエレクトロポレーション標本の代表的な例が示されています。エレクトロポレーション後96時間および聴覚器官のプロ感覚の領域にGFPの標的化RNA in situハイブリダイゼーションによって確認された-胚は18を収穫しました。メソッド紙はまた、細胞prolifを分析するチミジンアナログEDUの使用のために最適化されたプロトコルを提供しますeration。免疫標識を結合し、EDUのクリック化学EDU基づく細胞増殖アッセイの例が提供されます。
Introduction
哺乳類や鳥類の聴覚感覚器官との間の形態や細胞パターニングの違いにもかかわらず、感覚HCの開発を担当した分子の要因と経路は、進化的に1-3で保存していると考えられています。聴覚のHCとその周辺のSCを収容する基底乳頭は、内耳の耳胞のoutpocketingとして開発しています。初期のHCとSC前駆細胞のプールには、耳プラコード/耳のカップ神経感覚有能なドメイン（NSD）内に指定されています。フェイト・マッピングデータは、神経や感覚系統がリンクされていることの証拠を提供し、マウスやニワトリの4,5で耳のカップや耳胞の前-腹側領域に位置NSDから生じます。まず、神経芽細胞は、最終的には聴覚と前庭神経節に分割聴覚・前庭神経節の神経細胞を生じさせるためにNSDから剥離し。これらのニューロンは、脳幹における内耳および核の感覚のHCを支配します。細胞番目NSDに残るでメカノ伝達感覚のHCおよびその関連のSCからなる、聴覚感覚器官を含む様々な感覚パッチを生じると考えられています。
ひよことマウスの両方で、聴覚器官感覚前駆細胞周期の出口とHCの分化は、対向する勾配で発生します。ひよこでは、聴覚前駆細胞周期の出口が〜E5の周りに始まり、頂点にベースから進行し、中心部から周辺部6へ。 1日後、HC分化が頂点に始まり、ベース7に進みます。複雑な手術を必要とする、他のモデル系に子宮内で胚を操作するとは対照的に、機能的なメカニズムが卵内で比較的容易に調べることができるように鶏における内耳の開発を研究することは、多くの技術的な利点を提供します。ここで説明する方法は、推定basilaに目的の遺伝子を標的とするために、卵のマイクロエレクトロポレーションに使用しています特にE4で耳胞で前方 – 腹側R乳頭エリア。
卵内エレクトロポレーションは十分に確立され、一般的に8月14日に使用されている技術です。エレクトロポレーション技術の原理は、ヌクレオチド（ 例えば、プラスミドDNA、合成DNA、またはRNAオリゴヌクレオチド）、負に帯電しているという事実に基づいています。 DNAは、目的の組織に注入されます。電流が組織を横切って配置されると、電流は、細胞壁に過渡毛穴を開き、負に帯電したDNAは、正極（陽極）に向かって流れるように、DNAの取り込みを可能にします。機能獲得型実験のために、目的の遺伝子は、一般的に緑色蛍光タンパク質（GFP）または赤色蛍光タンパク質（RFP）のために適切な発現カセットを含む発現プラスミドにサブクローニングします。機能喪失実験のために、プラスミドベースのドミナントネガティブリプレッサー構築物またはRNAi、またはモルホリノ構築物は、cはommonly 15,16を使用していました。ベースのプラスミド、典型的には、マイクロRNA（miRNAの）機能のmiRNAスポンジ構造を、抑制するために、17を使用することができます。 卵マイクロエレクトロポレーション法で容易に全胚にEDUを添加することによって卵細胞増殖アッセイ中で組み合わせることができ、ここで説明する方法は、聴覚器官に増殖および分化を制御する分子機構を調査することを可能にします。
エレクトロポレーションおよびEDUの添加は、一日の聴覚器官における細胞周期の出口の開始前である耳胞でE4で行われます。聴覚器官の分析は、典型的には18行う – E5（感覚前駆細胞周期の出口の開始）、E6（HC分化の開始）、及び（HC分化中）E7でエレクトロポレーション後96時間に、以降〜E9（HC分化の終わり）まで。遺伝子導入のこのエレクトロポレーション法は、約3〜4日間持続する一過性であるbecauSEは、目的の遺伝子がゲノムに統合されませんが、この方法は、このようなTol2の媒介遺伝子導入11として、ゲノムに統合する能力を持っている適当なプラスミドDNAベースの発現ベクターでの使用にも適用可能です。この方法堅牢なGFPまたはRFP発現と、蝸牛に〜4日間持続する信号は、フェード、その時点の後、まだ聴覚器官の複雑な発達を研究するための十分な時間窓を提供します。 卵内遺伝子導入法ではこれは新規であり、特に聴覚器官にHCの開発に注力調査のために最適であるE4で推定聴覚器官を、ターゲットとすることができます。それは、11,12またはin vitroでの脳底乳頭の外植片培養18の使用に比べ、はるかに年下の発達段階をエレクトロポレーションの代替方法、に優れた付加です。
Protocol
Representative Results
Discussion
オボマイクロエレクトロポレーションでのここで説明する方法が開発聴覚器官への遺伝子導入用に最適化されています。それは、典型的には、遺伝子の機能/発現を操作するために使用されるプラスミドDNAに基づく発現ベクターと互換性があります。 E4でのエレクトロポレーションのタイミングは、聴覚器官にHCの開発に注力調査に最適です。最も重要なステップは、針で深すぎ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、発現プラスミドのためにその場プローブ 、感覚生物学イメージング施設と聴覚とバランスのためのセンターのためのジョンズホプキンス大学センターで博士ドリスK.呉に感謝します。この作品は、LEにNIDCDグラントT32 DC000023によってサポートされていました
Materials
| Sterile 1x PBS pH 7.4 | gibco | 10010-023 |
| Fast Green FCF Powder | Sigma | F7252-5G |
| EdU Powder | Invitrogen | E10187 |
| Click-IT EdU Alexa Fluor 555 Imaging Kit | Invitrogen | C10338 |
| HiSpeed Plasmid Midi Kit (25) | Qiagen | 12643 |
| ECM 830 ElectroSquarePorator | BTX Harvard Apparatus | |
| Banana to Micrograbber Cable Kit | BTX Harvard Apparatus | 45-0216 |
| Right Handed & Left Handed Micromanipulators | World Precision Instruments Inc. | M3301R & M3301L |
| Two 12 mm Magnetic Holding Device Stages with 7 inch vertical posts | World Precision Instruments Inc. | M10 |
| Metal Steel Base Plate 12×24 inch | World Precision Instruments Inc. | 5479 |
| Scissors for Eggs 12 cm long curved, 12 mm extrafine blades; Spring Scissors | World Precision Instruments Inc. | 14120 |
| Micropippette Puller for pulling needles | Sutter Instrument Co. | P-97 |
| 2.5×2.5 mm Box Platinum Heating Filament | Sutter Instrument Co. | |
| Glass Capillary Tubes/Needles/No Fiber/Borosil 1 mm | FHC | 27-30-0 |
| Hamilton Glass Syringe 100 μl | Hamilton | 80601 Model 710LT |
| Mineral Oil (Heavy) for Hamilton Glass Syringe | Fisher Scientific | O122-1 |
| Polyethylene Tubing for connecting the Glass Syringe and Glass Cappillary Needles/ Non Toxic | Becton Dickinson and Company (BD) | 427420 Intramedic Clay Adams Brand |
| 3 cc Disposable Syringes | Becton Dickinson and Company (BD) | 309657 |
| Disposable 21 Gauge Needles | Becton Dickinson and Company (BD) | 305122 |
| One pair of 2 mm Platinum Electrodes | Bulldog Bio. / Nepagene | CUY611P3-2 |
| Electrode Holder | Bulldog Bio. / Nepagene | CUY580 |
| One pair of Dumont fine forceps number 5 | Fine Science Tools (FST) | |
| Matte finish invisible tape for sealing eggs | Office Depot | 520-928 |
| Cotton-Tipped Swabs | Fisher Scientific | 23-400-101 |
| Sterile filter tips |
References
- Bissonnette, J. P., Fekete, D. M. Standard atlas of the gross anatomy of the developing inner ear of the chicken. The Journal of comparative neurology. 368, 620-630 (1996).
- Cantos, R., Cole, L. K., Acampora, D., Simeone, A., Wu, D. K. Patterning of the mammalian cochlea. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 11707-11713 (2000).
- Whitfield, T. T. Development of the inner ear. Current opinion in genetics & development. 32, 112-118 (2015).
- Raft, S., et al. Cross-regulation of Ngn1 and Math1 coordinates the production of neurons and sensory hair cells during inner ear development. Development. 134, 4405-4415 (2007).
- Satoh, T., Fekete, D. M. Clonal analysis of the relationships between mechanosensory cells and the neurons that innervate them in the chicken ear. Development. 132, 1687-1697 (2005).
- Katayama, A., Corwin, J. T. Cell production in the chicken cochlea. The Journal of comparative neurology. 281, 129-135 (1989).
- Cotanche, D. A., Sulik, K. K. The development of stereociliary bundles in the cochlear duct of chick embryos. Brain Res. 318, 181-193 (1984).
- Alsina, B., et al. FGF signaling is required for determination of otic neuroblasts in the chick embryo. Developmental biology. 267, 119-134 (2004).
- Chang, W., et al. Bmp4 is essential for the formation of the vestibular apparatus that detects angular head movements. PLoS genetics. 4, e1000050 (2008).
- Evsen, L., Sugahara, S., Uchikawa, M., Kondoh, H., Wu, D. K. Progression of neurogenesis in the inner ear requires inhibition of Sox2 transcription by neurogenin1 and neurod1. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33, 3879-3890 (2013).
- Freeman, S., Chrysostomou, E., Kawakami, K., Takahashi, Y., Daudet, N. Tol2-mediated gene transfer and in ovo electroporation of the otic placode: a powerful and versatile approach for investigating embryonic development and regeneration of the chicken inner ear. Methods in molecular biology. 916, 127-139 (2012).
- Kamaid, A., Neves, J., Giraldez, F. Id gene regulation and function in the prosensory domains of the chicken inner ear: a link between Bmp signaling and Atoh1. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30, 11426-11434 (2010).
- Neves, J., Kamaid, A., Alsina, B., Giraldez, F. Differential expression of Sox2 and Sox3 in neuronal and sensory progenitors of the developing inner ear of the chick. The Journal of comparative neurology. 503, 487-500 (2007).
- Neves, J., Uchikawa, M., Bigas, A., Giraldez, F. The prosensory function of Sox2 in the chicken inner ear relies on the direct regulation of Atoh1. PLoS One. 7, 30871 (2012).
- Das, R. M., et al. A robust system for RNA interference in the chicken using a modified microRNA operon. Developmental biology. 294, 554-563 (2006).
- Wu, C. Y., Hooper, R. M., Han, K., Taneyhill, L. A. Migratory neural crest cell alphaN-catenin impacts chick trigeminal ganglia formation. Developmental biology. 392, 295-307 (2014).
- Kumar, M. S., et al. Suppression of non-small cell lung tumor development by the let-7 microRNA family. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 3903-3908 (2008).
- Jacques, B. E., Dabdoub, A., Kelley, M. W. Fgf signaling regulates development and transdifferentiation of hair cells and supporting cells in the basilar papilla. Hearing research. 289, 27-39 (2012).
- Korn, M. J., Cramer, K. S. Windowing chicken eggs for developmental studies. Journal of visualized experiments: JoVE. , e306 (2007).
- Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. Journal of morphology. 88, 49-92 (1951).
- Oh, S. H., Johnson, R., Wu, D. K. Differential expression of bone morphogenetic proteins in the developing vestibular and auditory sensory organs. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 16, 6463-6475 (1996).
- Bell, D., et al. Spatial and temporal segregation of auditory and vestibular neurons in the otic placode. Developmental biology. 322, 109-120 (2008).
