CRISPR-mediata di perdita di funzione di analisi in granuli cerebellari cellule utilizzando nell'Utero basati su elettroporazione trasferimento del Gene
Summary
Studi convenzionali di perdita di funzione di geni mediante animali knockout sono stati spesso lunghe e costose. Basato su elettroporazione mutagenesi somatica CRISPR-mediata è un potente strumento per capire il gene funziona in vivo. Qui, segnaliamo un metodo per analizzare i fenotipi di knockout in cellule di proliferazione del cervelletto.
Abstract
Malformazione del cervello è spesso causato da mutazioni genetiche. Decifrare le mutazioni in tessuti derivati dal paziente ha identificato potenziali fattori causali delle malattie. Per convalidare il contributo di una disfunzione dei geni mutati per lo sviluppo della malattia, la generazione di modelli animali che trasportano le mutazioni è un approccio più ovvio. Mentre germline geneticamente modelli murini (GEMM) sono popolari strumenti biologici e mostrano risultati riproducibili, è limitato dal tempo e costi. Nel frattempo, non di germline GEMM consentono spesso esplorare funzione del gene in un modo più fattibile. Poiché alcuni cervello malattie (ad es., tumori cerebrali) sembrano derivare da somatico ma non le mutazioni di germline, modelli di topi chimerici non germinale, in cui convivono le cellule normali e anormali, potrebbero essere utile per analisi rilevanti per la malattia. In questo studio, segnaliamo un metodo per l’induzione di mutazioni somatiche CRISPR-mediata nel cervelletto. In particolare, abbiamo utilizzato il condizionali topi knock-in, in cui Cas9 e GFP sono cronicamente attivati dal promotore CAG (CMV enhancer/pollo ß-actina) dopo Cre-mediata ricombinazione del genoma. La singolo-guida auto-progettata RNAs (sgRNAs) e la sequenza di Cre ricombinasi, sia codificato in un plasmide singolo costrutto, sono stati consegnati in cellule staminali/progenitrici cerebellari in una fase embrionale usando l’elettroporazione nell’utero . Di conseguenza, cellule trasfettate e loro cellule della figlia sono stati etichettati con la proteina fluorescente verde (GFP), facilitando così ulteriori analisi fenotipiche. Quindi, questo metodo è non solo risultati basati su elettroporazione genico in cellule embrionali cerebellare ma anche proponendo un nuovo approccio quantitativo per valutare CRISPR-mediata di fenotipi di perdita-de-funzione.
Introduction
Malattie del cervello sono una delle più terribili malattie mortali. Risultano spesso dalle mutazioni genetiche e disregolazione successive. Per comprendere i meccanismi molecolari delle malattie del cervello, perenne sforzi per decifrare il genoma dei pazienti umani hanno scoperto una serie di geni causativi potenziali. Finora, sono stati utilizzati modelli animali geneticamente costruiti di germline per in vivo guadagno di funzione (GOF) e perdita di funzione (LOF) analisi di tali geni candidati. Dovuto lo sviluppo accelerato di studi di validazione funzionale, è auspicabile un più fattibile e flessibile in vivo gene sistema di analisi per lo studio della funzione genica.
L’applicazione di un sistema di trasferimento del gene basati su elettroporazione in vivo per lo sviluppo del cervello del mouse è adatto allo scopo. Infatti, parecchi studi usando l’elettroporazione in utero hanno indicato il loro potenziale per condurre analisi funzionali nel cervello in via di sviluppo1,2,3. In realtà, diverse regioni del cervello del mouse, come la corteccia cerebrale4, retina5, diencefalo6, hindbrain7, cervelletto8e del midollo spinale9 stati presi di mira dalla consegna genica somatica approcci, finora.
Infatti, l’espressione genica transitoria mediante elettroporazione in vivo su cervelli embrionali del mouse lungo è stato usato per analisi GOF. Recenti tecnologie di integrazione genomica basata su trasposone ulteriormente abilitata a lungo termine e/o condizionale espressione dei geni di interesse10,11, che è vantaggioso per sezionare la funzione del gene in modo spaziale e temporale durante sviluppo. In contrasto con analisi GOF, analisi LOF sono stato più impegnativo. Mentre è stata eseguita la trasfezione transiente di siRNA e che trasportano shRNA plasmidi, effetti a lungo termine di LOF di geni non sono garantiti a causa di eventuale degradazione degli acidi nucleici esogenicamente introdotti, quali plasmidi e dsRNA. Tuttavia, la tecnologia CRISPR/Cas fornisce un’innovazione nelle analisi di LOF. Geni codificanti proteine fluorescenti (ad es., GFP) o bioluminescente proteine (ad es., luciferasi firefly) sono stato co-trasfettati con CRISPR-Cas9 e sgRNAs di etichettare le cellule esposte a mutazioni somatiche CRISPR-Cas9-mediata. Tuttavia, questo approccio potrebbe avere limitazioni negli studi funzionali su cellule proliferanti, poiché i geni marcatori esogeni sono diluiti e degradati dopo proliferazione a lungo termine. Mentre le cellule trasfettate e loro cellule figlie subiscono CRISPR-indotto mutazioni nel loro genoma, le loro impronte potrebbero perdersi nel tempo. Così, approcci genetici etichettatura sarebbe adatti per superare questo problema.
Recentemente abbiamo sviluppato un metodo basato su CRISPR LOF in cellule cerebellari del granello che subiscono a lungo termine proliferazione durante la loro differenziazione12. Per etichettare geneticamente le cellule transfettate, abbiamo costruito un plasmide che trasportano un sgRNA insieme a Cre e introdusse il plasmide cervelletti di Rosa26-CAG-LSL-Cas9-P2A-EGFP topi13 usando l’elettroporazione nell’utero . A differenza di vettori del plasmide regolare codifica EGFP, questo approccio correttamente etichettato trasfettato granello precursori del neurone (PNL) e loro cellule della figlia. Questo metodo fornisce grande sostegno nella comprensione in vivo funzione dei geni di interesse in cellule proliferanti nello sviluppo normale del cervello e uno sfondo tumore-incline.
Protocol
Representative Results
Discussion
Usando l’elettroporazione exo utero , precedentemente abbiamo segnalato basati su siRNA in vivo analisi funzionali di Atoh1 in una fase iniziale di granuli cerebellari cellulari differenziazione8. A causa di siRNA diluizione/degradazione e l’esposizione di embrioni di fuori della parete uterina, l’analisi fenotipica delle cellule del granello individulamente era limitata a fasi embrionali. Tuttavia, il metodo corrente attivata analisi del fenotipo di animali postnatali.
<p cl…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Apprezziamo Laura Sieber, Anna Neuerburg, Yassin Harim e Petra Schroeter per assistenza tecnica. Ringraziamo anche la d. ssa K. Reifenberg, K. Dell e P. Prückl per gli interventi utili per gli esperimenti sugli animali presso DKFZ; l’Imaging Core il DKFZ e il centro di formazione immagine di Carl Zeiss in servizi il DKFZ per formazione immagine di microscopia confocale. Questo lavoro è stato supportato dal Deutsche Forschungsgemeinschaft, KA 4472/1-1 (a D.K.).
Materials
| Alexa 488 Goat anti-Chicken | ThermoFisher | A11039 | 1:400 dilution |
| Alexa 568 Donkey anti-Mouse | Life Technologies | A-10037 | 1:400 dilution |
| Alexa 594 Donkey anti-Rabbit | ThermoFisher | A21207 | 1:400 dilution |
| Alexa 647 Donkey anti-Rabbit | Life Technologies | A31573 | 1:400 dilution |
| Alkaline Phosphatase (FastAP) | ThermoFisher | EF0654 | |
| Autoclave band | Kisker Biotech | 150262 | |
| BamHI (HF) | NEB | R3136S | |
| BbsI (FastDigest) | ThermoFisher | FD1014 | |
| Cellulose Filter Paper (Whatman) | Sigma-Aldrich | WHA10347525 | |
| Cloth | Tork | 530378 | |
| Confocal laser scanning microscope | Zeiss | LSM800 | |
| D-Luciferin | biovision | 7903-1 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | 1:1000 dilution |
| Disposable plastic molds (Tissue-Tek Cyromold) | VWR | 4566 | |
| DMEM Glutamax | ThermoFisher | 31966047 | |
| Donkey serum | Sigma-Aldrich | D9663 | |
| EcoRI (HF) | NEB | R3101S | |
| Electro Square Porator | BTX | ECM830 | |
| Endofree Maxi Kit | Qiagen | 12362 | |
| Ethanol | Merck | 107017 | |
| Eye ointment (Bepanthen) | Bayer | 81552983 | |
| Fast Green | Merck | 104022 | |
| FBS | ThermoFisher | 10270-016 | |
| Filter (0.22 µm) | Merck | F8148 | |
| Fluorescent cell imager (ZOE) | Biorad | 1450031 | |
| Forceps straight | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Gauze (X100 ES-pads 8f 10 x 10 cm) | Fisher Scientific | 15387311 | |
| GFP antibody | Abcam | ab13970 | 1:1000 dilution |
| Gibson Assembly Master Mix | NEB | E2611S | |
| Glass Capillary with Filament | Narishige | GD1-2 | |
| Heating Pad | ThermoLux | 463265 / -67 | |
| Image Processing software (ImageJ and Fiji) | NIH | – | |
| Insulin syringe (B. Braun OMNICAN U-100) | Carl Roth | AKP0.1 | |
| Isoflurane | Zoetis | TU061219 | |
| IVIS Lumina LT Series III Caliper | Perkin Elmer | CLS136331 | |
| Kalt Suture Needles | Fine Science Tools | 12050-02 | |
| KAPA HIFI HOTSTART READY mix | Kapa Biosystems | KK2601 | |
| Ki67 antibody | Abcam | ab15580 | 1:500 dilution |
| Light Pointer | Photonic | PL3000 | |
| Liquid blocker pen | Kisker Biotech | MKP-1 | |
| Metamizol | WDT | – | |
| Microgrinder | Narishige | EG-45 | |
| Microinjector | Narishige | IM300 | |
| Micropipette Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Microscope software ZEN | Zeiss | – | |
| Non-sterile Silk Suture Thread (0.12 mm) | Fine Science Tools | 18020-50 | |
| O.C.T. Compound (Tissue-Tek) | VWR | 4583 | |
| p27 antibody | BD bioscience | 610241 | 1:200 dilution |
| Paraformaldehyde | Roth | 335.3 | |
| PBS (1x) | Life Technologies | 14190169 | |
| pCAG-EGxxFP | Addgene | 50716 | |
| Polyethylenimine | Sigma-Aldrich | 408727 | |
| pX330 plasmid | Addgene | 42230 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
| Quick Ligation Kit | NEB | M2200S | |
| Ring Forceps | Fine Science Tools | 11103-09 | |
| Slides (SuperFrost) | ThermoFisher | 10417002 | |
| Software for biostatistics (Prism 7) | GraphPad Software, Inc | – | |
| Spitacid | EcoLab | 3003840 | |
| Stereomicroscope | Nikon | C-PS | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S5016 | |
| Surgical scissors | Fine Science Tools | 91460-11 | |
| Surgical scissors with blunt tip | Fine Science Tools | 14072-10 | |
| Suture (Supramid schwarz DS 16, 1.5 (4/0)) | SMI | 220340 | |
| T4 DNA Ligation Buffer | NEB | B0202S | |
| T4 PNK | NEB | M0201S | |
| Tissue scissors Blunt (11.5 cm) | Fine Science Tools | 14072-10 | |
| TOP2B antibody | Santa Cruz | sc13059 | 1:200 dilution |
| Trypsin (2.5 %) | ThermoFisher | 15090046 | |
| Tweezers w/5mm Ø disk electrodes Platinum | Xceltis GmbH | CUY650P5 | |
| Vaporizer | Drägerwerk AG | GS186 |
References
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