Herstellung von rAAV9 überexprimiert oder Sturz Gene in Mäuseherzen
Summary
In this manuscript, a method to prepare recombinant adeno-associated virus 9 (rAAV9) vectors to manipulate gene expression in the mouse heart is described.
Abstract
Steuern der Expression oder Aktivität von spezifischen Genen durch die myokardiale Abgabe von genetischem Material in murinen Modellen ermöglicht die Untersuchung von Gen-Funktionen. Ihr therapeutisches Potential im Herzen kann auch bestimmt werden. Es gibt nur begrenzte Ansätze für in vivo molekulare Intervention in der Maus Herz. Rekombinante Adeno-assoziierten Virus (rAAV) -basierte Genomtechnik wurde als ein wesentliches Instrument für die in – vivo – Herz Genmanipulation verwendet. Die spezifischen Vorteile dieser Technologie sind hohe Effizienz, hohe Spezifität, geringe genomische Integrationsrate, minimal Immunogenität und minimale Pathogenität. Hier wird ein detailliertes Verfahren zur Konstruktion, zur Verpackung und reinigen die rAAV9 Vektoren beschrieben. Subkutane Injektion von rAAV9 in neonatalen Welpen ergibt robust Expression oder effiziente Knockdown des Gens (e) von Interesse in der Maus Herz, aber nicht in der Leber und anderen Geweben. Mit Hilfe der Herz-spezific TNNT2-Promotor, eine hohe Expression von GFP-Gen im Herzen erhalten. Zusätzlich Ziel-mRNA im Herzen gehemmt wurde, wenn ein rAAV9-U6-shRNA genutzt wurde. Kenntnisse im Umgang mit rAAV9 Technologie kann für kardiovaskuläre Untersuchungen nützlich sein.
Introduction
Steuern Expression oder Aktivität von spezifischen Genen in verschiedenen biologischen Systemen ist eine wertvolle Strategie bei der Untersuchung der Genfunktion 1 geworden. Eine direkte Mittel, um dieses Ziel zu erreichen, ist zu Nukleotid-Sequenzen manipulieren und Mutantenallelen erzeugen. Obwohl machen präzise, gezielte Veränderungen des Genoms von lebenden Zellen ist noch eine zeitaufwendige und arbeitsintensive Praxis, die Entwicklung der mächtigen TALEN und CRISPR / Cas9 Tools hat eine neue Ära der Genom Bearbeitung 2-5 geöffnet. Eine Routinelaborverfahren zur Genmanipulation hat sich auf die Einführung von genetischem Material (DNA und RNA – kodierenden Sequenzen oder siRNAs / shRNAs enthält) fokussiert in die Zellen , die das Gen (e) von Interesse 1,6 zum Ausdruck bringen oder Knockdown.
In vielen Fällen ist der Haupt Engpass für Genmanipulation die Abgabe von DNA, RNA oder Protein in die Zellen. Im Hinblick auf die in vitro – Studien, effiziente transfectiauf Systeme wurden in vielen kultivierten Zellinien etabliert. Im Mausmodell ist jedoch, insbesondere in vivo Genübertragung anspruchsvoller. Es gibt eine Reihe extra- und intrazelluläre Barrieren, um umgangen werden müssen effiziente zelluläre Aufnahme der exogenen Reagenzien zu erreichen. Weitere Hindernisse sind die schnelle Clearance und die kurze Dauer der 7,8 gelieferten Materialien. Eine Strategie , um diese Probleme zu umgehen , ist die virale Vektoren als "Träger" zu verwenden oder "Vehikel" für in vivo – Genübertragung. Die natürlich entwickelte Transduktionseigenschaften von Viren ermöglichen die effiziente Bereitstellung eines Gens von Interesse in Zellen 7,9,10. Zahlreiche Arten von viralen Vektoren wurden in vivo Genmanipulation in verschiedenen Zelltypen und Organe in Mäusen entwickelt und flexible ermöglichen.
Die am häufigsten verwendeten viralen Systeme umfassen Retrovirus, Lentivirus, Adenovirus und Adeno-assoziiertes Virus (AAV) <sbis> 11. Retroviren sind RNA – Viren einzelsträngig und kann in stabiler Weise während der mitotischen Teilung, sofern das Potential für lebenslangen Expression der transduzierten Gene in die Zielzellen und Organen 12-14 ihres genetischen Materials in die Wirtszellgenom einzuführen. Viele Arten von Retroviren jedoch infizieren nur sich teilende Zellen, und ihre Wirksamkeit in sich nicht teilende Zellen ist sehr gering 15. Dies schränkt ihre Nützlichkeit für den Gentransfer. Lentivirus ist eine Gattung der Retroviridae Familie. Unterscheidet sich von anderen Retroviren, Lentivirus kann infizieren sowohl Dividieren und nicht teilende Zellen und wurde für den Gentransfer in post-mitotische und hochdifferenzierten Zellen 16 verwendet. Der Lebenszyklus von Lentivirus beinhaltet auch die Integration von Vektor-DNA in das Wirtsgenom. Somit ermöglicht Lentivirus-vermittelte Genabgabe stabile und langzeitige Expression der transduzierten genetischen Elemente 16-18. Jedoch kann dieses Merkmal eine Doppel e darstellendged Schwert in der Verwendung dieser Viren die Genexpression zu manipulieren, da die Integration von Vektor-DNA zur Insertionsmutagenese führen in den Wirtszellen und können artifizielle Wirkungen verursachen. Adenovirus ist ein weiteres weit verbreitetes Genabgabesystem. Im Gegensatz zu Retroviren und Lentiviren, Adenoviren sind nicht integriert und nicht mit der genomischen Integrität von Wirtszellen 8,10,11,19 stören. Zusätzlich können Adenoviren DNA in viele Zelltypen zu transfizieren, und die Infektion ist nicht abhängig von aktiven Zellteilung 19. Ein weiteres wichtiges Merkmal von Adenoviren ist die Leichtigkeit der Vektor Reinigung, da die viralen Vektoren haben die Fähigkeit , 19,20 repliziert werden. Allerdings ist der Haupt Einschränkung dieses Systems , dass Adenovirus – Infektion 19 starke Immunantworten in Zielzellen und Organen auslösen können, deren Verwendung in vielen Untersuchungen beschränken, insbesondere in Gentherapiestudien.
Im Vergleich zu diesen anderen Typs von viralen Vektoren, rekombinante Adeno-assoziierte Virus (rAAV) scheint die ideale Genabgabesystem 21,22 sein. Es zeigt minimale Immunogenität und Pathogenität 23,24. Darüber hinaus infiziert rAAV ein breites Spektrum von Zelltypen, einschließlich sowohl Unterteilungs- und nicht teilende Zellen. In den meisten Fällen ist nicht rAAV in Wirtsgenome integriert; Somit ist die Gefahr einer unerwünschten genetischen oder genomischen Veränderungen in den Zielzellen gering 22.
In jüngster Zeit wurden rAAV – Systeme wurden für die in vivo Abgabe von DNA , die für Proteine, miRNAs, shRNAs und CRISPR-gRNAs in Maus Herzmuskel 23,25-29 erfolgreich eingesetzt. Diese Methodik hat erleichtert grundlegenden Untersuchungen und Gentherapie-Studien auf dem Gebiet der Herz-Kreislauf-Forschung. Hier wird die detaillierte Prozedur rAAV9 Vektoren zu erzeugen, die effizient überexprimiert oder die Gene von Interesse in Mäuseherzen Knockdown beschrieben wurde. Das Protokoll bietet eine einfache und effektive Methode,kardialen Genexpression in murine experimentelle Modelle manipulieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Es ist wichtig, unerwünschte ITR Rekombination während der Plasmidkonstruktion zu minimieren. Bevor das Virus zu erzeugen, muss man immer die ITR Integrität der AAV-Plasmiden überwachen durch Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese. Es ist unmöglich, 100% intakte Plasmide zu erhalten, aber die Rekombination Verhältnis sollte so weit wie möglich minimiert werden. Weniger als 20% ist akzeptabel für erfolgreiche rAAV9 Verpackung. Bemerkenswert ist, bei einer niedrigeren Temperatur die Bakterien Kultivierun…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Zaffar Haque for careful reading of the manuscript. We thank Drs. Masaharu Kataoka and Gengze Wu for discussions and help. Work in the Wang lab is supported by the American Heart Association, Muscular Dystrophy Association, and NIH (HL085635, HL116919, HL125925).
Materials
| Polyethylenimine, Linear (MW 25,000) | Polysciences, Inc. | #23966-2 | |
| Tube, Polypropylene, 36.2 mL, 25 x 87 mm, (qty. 56) | Beckman Coulter, Inc | # 362183 | |
| Nuclease, ultrapure | SIGMA | #E8263-25KU | |
| Density Gradient Medium(Iodixanol) | SIGMA | #D1556-250ML | |
| Centrifugal Filter Unit with Ultracel-100 membrane | EMD Millipore Corporation | #UFC910008 | |
| Laboratory pipetting needle with 90° blunt ends,gauge 14, L 6 in., nickel plated hub | SIGMA | #CAD7942-12EA | |
| Poloxamer 188 solution (Pluronic® F-68 solution) | SIGMA | P5556-100ML | |
| Proteinase K | SIGMA | 3115828001 | |
| DNase I | Roche | 10104159001 | |
| Centrifuge machine | Thermo Scientific | 75004260 | |
| Centrifuge System | Beckman Coulter | 363118 | |
| Ultracentrifuge | Beckman Coulter | ||
| DMEM medium | Fisher Scientific | SH30243FS | |
| Fetal Bovine Serum | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| rAAV9 vector | Penn Vector Core | P1967 |
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