Summary

肾水动力肾盂注射非病毒蛋白在肾脏的表达

Published: January 08, 2018
doi:

Summary

本协议描述了通过肾盂向小鼠肾脏注入质粒 DNA 的方法, 以在肾脏中特异性地产生转基因表达。

Abstract

水动力注射创造了一个地方, 高压环境, 染各种组织与质粒 DNA 和其他物质。水力尾静脉注射, 例如, 是一种行之有效的方法, 肝脏可以转染。这篇手稿描述了水动力学原理的应用, 直接注射小鼠肾脏与质粒 DNA 的肾脏特异基因表达。小鼠被麻醉, 肾脏由侧面切口暴露, 紧接着是快速注射含有质粒 DNA 的溶液直接进入肾盂。针保持十秒, 切口部位缝合。第二天, 活体动物成像, 免疫印迹, 或组织化学可以用于检测基因表达, 或其他适合于转基因选择的化验方法被用来侦测感兴趣的蛋白质。发表的延长基因表达的方法包括转介导的转基因融合和环磷酰胺治疗, 以抑制对转基因的免疫应答。

Introduction

水动力尾静脉注射技术已成为小鼠肝脏中获得高水平基因表达的常用方法1,2。肾脏也被这种技术转染在一个更低的水平, 大约100倍少的3。在这里描述的水动力肾盂注射提供了一种简单的方法, 通过物理手段来控制器官表达的特异性, 使用了以前在肝脏中建立的同样的流体力学原理4,5, 肌肉6, 和其他器官7,8。此方法通过使用压力和速度将含有 DNA 的液体强制注入细胞, 同时对快速解析的器官造成损伤, 从而在活体动物体内transfects 细胞9。使用行之有效的手术技术, 通过侧面切口10可视化肾脏, 并通过胰岛素注射器单注射, 我们发现成功转染各种类型的肾细胞, 主要是间质成纤维细胞,小管, 收集管道11。解剖这些小鼠已经表明, 其他器官没有转染的水平足够高, 以可视化的荧光成像技术11。由于该技术是病毒, 使用质粒 DNA 转染允许快速和容易地制备所需的试剂注射。

我们使用局部水动力注射来表达抗氧化剂谷胱甘肽 s-转移酶 A4, 胰岛素样生长 factor-1 受体, 和激素促红细胞生成素在肾脏, 所有与预期的生物效应11,12,13. 对管理路线、注射量、DNA 用量和启动子选择的详细评估已执行11。此外, piggyBac转系统和/或环磷酰胺治疗抑制免疫反应的转基因已经显示出改善长期基因表达的结果11。其他调查人员在大鼠成功使用肾静脉途径, 在超过一个月14的时间段内实现高转染效率。然而, 由于大多数哺乳动物的遗传模型都是小鼠模型, 通常在小鼠身上进行的表型模仿人类疾病的基因矫正, 首先是作为概念验证。我们将肾静脉注射与肾盂注射进行比较, 发现肾盂注射优于肾静脉 (约十倍以上) 和存活11。肾盂是一种理想的进入肾脏的途径, 因为它具有足够的柔韧性, 能够耐受尿液生产的波动, 并且即使在肾积水期间扩张, 也能维持其结构完整性。此外, 注射到肾盂肾盂允许进入肾脏, 而不刺穿肾脏胶囊, 使注入的液体可以明显保留肾脏优于实质注射液。其他的小鼠器官除了血管以外没有其他的通路, 但肾脏的泌尿间隙是理想的注射部位。此外, 注入肾静脉导致血液渗漏到腹腔。用磁共振成像估计野生型小鼠肾脏的总肾体积约为0.2 厘米3, 因此单个肾脏的体积与肾盂水动力注入的液体量大致相等。注入 (100 µL)15。在此, 我们已经提供了所有细节的细微差别的水动力肾盂注射协议, 以实现再生转染肾脏。

Protocol

这里描述的所有方法都得到了贝勒医学院和范德堡大学医学中心的机构动物护理和使用委员会 (IACUCs) 的批准。 1. 准备注射用的 DNA 溶液 选择质粒 (s) 仔细地表达转基因, 以最大限度的可取的特点, 以提高转染效率和转基因表达。注: 水动力肾盂注射质粒表达荧光标记 TdTomato、激素促红细胞生成素 (Epo) 和萤火虫荧光已被描述为11。如果没有一个成熟的…

Representative Results

手术和注射技术是简单的执行一旦掌握, 不需要主要设备或昂贵的材料。如果新的侧切口肾脏手术, 一个训练日在几个老鼠计划为安乐死应该允许在哪些小鼠没有恢复在手术以后, 因为第一次尝试在这个手术可能比正常花费更长的时间。另外, 熟悉类似技术的调查人员可能会发现它很简单。请仔细按照图 1中的插图和图 2中的图案?…

Discussion

在本协议中, 描述了一种在肾脏中专门实现可再生基因表达的健壮方法。在一位经验丰富的外科医生的手里, 我们发现被这种技术转染的老鼠的比例在50-100% 的范围内, 这取决于老鼠的年龄和转基因的读数的敏感性。在接受piggyBac转的小鼠中, 荧光基因表达的水平超过了几个月的背景, 并在接受相同转11的免疫缺陷小鼠中完全保持了几个星期。尽管许多细胞在注射部位附近的转…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

退伍军人事务部的职业发展奖 [BX002797] 支持 L.E.W. 和国立卫生研究院 [R01-DK095867] 和美国心脏协会 [15GRNT25700209] 支持 j。c国立卫生研究院 [DK093660], 退伍军人事务部 [BX002190] 和范德比尔特肾脏疾病中心支持 M.H.W。这种材料是在弗吉尼亚州田纳西河谷医疗保健系统资源和使用设施的支持下工作的结果。

Materials

AnaSed Xylazine Patterson Veterinary 07-808-1947 Anesthetic – Not controlled substance
BD Insulin Syringe 0.5 mL 29G 1/2 Inch Cardinal Health 309306 Required syringes
Buprenex Pharmacist/Veterinarian Analgesia – Controlled Substance
Dynarex Disposable Towel Drape Thermo Fisher Scientific 19-310-671 Place over heat pad
EndoFree Plasmid Maxi Kit Qiagen 12362 Use only endotoxin-free plasmid DNA
Endosafe Gel-Clot LAL Rapid Positive Control Charles River PC200 Positive control for endotoxin test
Endosafe Gel-Clot LAL Rapid Single Test Vial Charles River R13500 Endotoxin test
Extra Fine Micro Dissecting Scissors Roboz Surgical Instrument RS-5882 Surgical tool
Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouch – 9" Thermo Fisher Scientific 01-812-51 For autoclaving surgical tools
Gaymar Heat Pump Paragon Medical TP-700 Water-circulating heat pump
Germinator 500 Roboz Surgical Instrument DS-401 To reuse surgical tools during surgery
Graefe Forceps Roboz Surgical Instrument RS-5136 Surgical tool
Graefe Tissue Forceps Roboz Surgical Instrument RS-5153 Surgical tool
Halsey Needle Holder, 5" Length Roboz Surgical Instrument RS-7841 Surgical tool
Heat pads – 15" x 21" – need at least 3 Paragon Medical TP22G For use with Gaymar Heat Pump
IsoFlo (Isoflurane, USP) Abbott Animal Health 5260-04-05 For imaging and euthanasia
Isotec Isoflurane Delivery System Vaporizor Smiths Medical VCT3K2 For imaging and euthanasia
Ketamine Pharmacist/Veterinarian Anesthetic – Controlled Substance
Kimwipes Kimberly-Clark Professional 34120 Laboratory tissues
Living Image software Caliper Life Sciences For live animal imaging
Luciferin Perkin Elmer 122796 For live animal imaging
Nanodrop 2000 Thermo Scientific ND-2000-US-CAN Spectrophotometer for DNA measurement
Prevantics Swabs Thermo Fisher Scientific 23-100-110 For skin surgery prep
Prolene 5-0 sutures Taper 30" Thermo Fisher Scientific NC0256891 Non-absorbable sutures for skin
Puralube Brand Opthalmic Ointment Patterson Veterinary 07-888-2572 To keep eyes moist during surgery
Trans IT – QR Hydrodynamic Delivery Solution Mirus Bio MIR-5240 Hydrodynamic delivery buffer for diluting DNA
Vicryl 5-0 Sutures J303H Thermo Fisher Scientific NC9816710 Absorbable sutures for muscle layer
Wahl Mini Arco Clipper Med-Vet International 8787-1550 Shaver for skin prep
Xenogen IVIS 200 Caliper Life Sciences For live animal imaging

References

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Woodard, L. E., Welch, R. C., Williams, F. M., Luo, W., Cheng, J., Wilson, M. H. Hydrodynamic Renal Pelvis Injection for Non-viral Expression of Proteins in the Kidney. J. Vis. Exp. (131), e56324, doi:10.3791/56324 (2018).

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