A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف البروتوكول الحالي طفرة M213L واحدة في Gja1 تحتفظ بجيل Connexin43 كامل الطول ولكنها تمنع ترجمة الشكل الأصغر GJA1-20k المترجم داخليا.
يتيح نظام تحرير الجينات CRISPR-Cas9 ، القائم على آليات إصلاح الجينوم ، توليد نماذج الفئران المعدلة وراثيا بسرعة وسهولة أكبر مقارنة بإعادة التركيب المتماثل التقليدي. يعد نظام CRISPR-Cas9 جذابا بشكل خاص عند الرغبة في حدوث طفرة أحادية النقطة. يتم ترميز بروتين وصلة الفجوة ، Connexin 43 (Cx43) ، بواسطة الجين Gja1 ، الذي يحتوي على إكسون ترميز واحد ولا يمكن ربطه. ومع ذلك ، فإن Gja1 لا ينتج فقط بروتين Cx43 كامل الطول ولكن ما يصل إلى ستة أشكال متساوية مبتورة من N-terminus من خلال عملية تعرف باسم الترجمة الداخلية ، نتيجة لبدء الترجمة الريبوسومية في مواقع بدء AUG الداخلية (Methionine). GJA1-20k هو الشكل المتماثل المبتور الأكثر شيوعا من Cx43 الذي بدأ في كودون AUG في الموضع 213 من Gja1 mRNA. نظرا لأن البقايا 213 تحدث في نهاية المجال الأخير عبر الغشاء من Cx43 ، فإن GJA1-20k هو فعليا ذيل C-terminus 20 kDa Cx43 كبروتين مستقل. حدد الباحثون السابقون ، في الخلايا ، أن الدور الحاسم ل GJA1-20k هو تسهيل الاتجار بوصلات الفجوة Cx43 كاملة الطول إلى غشاء البلازما. لدراسة هذه الظاهرة في الجسم الحي ، تم إنشاء فأر متحور مع طفرة نقطة Gja1 التي تحل محل ATG (ميثيونين) في بقايا 213 مع TTA (Leucine ، طفرة M213L). نتيجة M213L هي أن Gja1 mRNA و Cx43 كامل الطول لا يزالان يتم إنشاؤهما ، ومع ذلك يتم تقليل ترجمة Gja1-20k بشكل كبير. يركز هذا التقرير على اختيار موقع إنزيم التقييد لتطوير نموذج فأر واحد متحور من الأحماض الأمينية (Gja1 M213L / M213L). يصف هذا البروتوكول الفئران المعدلة وراثيا بواسطة نظام CRISPR-Cas9 والتنميط الجيني السريع من خلال الجمع بين PCR وعلاجات إنزيم التقييد.
تم اقتطاع Connexin 43 كامل الطول (Cx43) و N-terminus isoform ، GJA1-20k ، مشفرا بواسطة نفس GJA1 mRNA ولكن باستخدام كودونات بدء مختلفة1 لبدء الترجمة. تحدث ترجمة Cx43 عند أول كودون بدء AUG ، بينما تبدأ ترجمة GJA1-20k في AUG عند البقايا 213. وقد وجد سابقا أن GJA1-20k له أدوار أساسية للاتجار الكامل ب Cx43 ، وتثبيت الأكتين ، وتنظيم مورفولوجيا الميتوكوندريا في المختبر1،2،3.
لفهم دور GJA1-20k في الجسم الحي ، تم إنشاء نموذج الماوس "بالضربة القاضية" GJA1-20k الذي احتفظ بالقدرة على إنشاء Cx43 كامل الطول. كان النهج هو استخدام نظام CRISPR-Cas9 لاستبدال البقايا المفردة عند 213 من الميثيونين (M) إلى الليوسين (L) (Gja1 M213L/ M213L)4. تقلل الطفرة الداخلية من M إلى L بشكل كبير من احتمال حدوث الترجمة الداخلية ولكنها تحتفظ بترجمة ووظيفة البروتين الكامل الطول4. نظرا لأن النوع البري (WT) والأليل المتحور لهما أحجام متطابقة ومنتجات mRNA شبه متطابقة ، فهناك صعوبة كبيرة في تأكيد النمط الوراثي في الفئران. يمكن لتسلسل الحمض النووي تحديد الطفرة ولكنه مكلف للغاية ويستغرق وقتا طويلا للاستخدام الروتيني. بشكل عام ، تم إنشاء العديد من طرق التنميط الجيني الأسرع ، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي (RT-PCR) ، والربط المصغر للتسلسل ، وتحليل الذوبان عالي الدقة ، ونظام الطفرة الحرارية للتضخيم رباعي التمهيدي PCR (ARMS-PCR)5,6,7,8. ومع ذلك ، تتطلب هذه الطرق البديلة خطوات متعددة وموارد فريدة و / أو العديد من مجموعات التمهيدي المحددة التي يمكن أن تحفز منتجات PCR غير محددة.
يقدم هذا البروتوكول نهجا مفصلا لاستهداف الجينات وتحريرها بواسطة CRISPR-Cas9 لإنشاء طفرة واحدة من الأحماض الأمينية ، ويتم تقديم التنميط الجيني السريع لتأكيد الطفرة. يتضمن تحديد النمط الوراثي الاستخدام الإبداعي لإنزيمات التقييد باستخدام مجموعة واحدة فقط من الاشعال لتحديد الجين المستهدف. تتم إحالة القراء إلى المرجع4 لمراقبة التأثير الكهروفسيولوجي العميق للموت القلبي المفاجئ الناجم عن طفرة استبدال Gja1 M213L/ M213L المتبقية التي لا تزال تولد بروتينا كامل الطول ولكنها تفشل في توليد شكل اقتطاع أصغر مترجم داخليا. سيساعد هذا البروتوكول في جعل نماذج الفئران الأخرى تستخدم طفرة نقطية لتقليل الترجمة الداخلية لشكل متساوي الأهمية مع الاحتفاظ بتعبير البروتين الكامل الطول الداخلي.
"تمت الموافقة على جميع بروتوكولات رعاية الحيوانات ودراستها من قبل لجان رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية في مركز Cedars-Sinai الطبي وجامعة يوتا. تم استخدام إناث الفئران C57BL/6J التي تم الحصول عليها من مصادر تجارية في عمر 8-9 أسابيع (انظر جدول المواد) في التجارب.
1. التحضير لاستهداف الجينات
2. تحريض الإباضة الفائقة ، وحصاد البيض ، والحقن المجهري النووي لمزيج كريسبر ، وفحص الكيسة الأريمية
ملاحظة: يتبع هذا الإجراء بروتوكول عام14 تم نشره مسبقا.
3. استخراج الحمض النووي
ملاحظة: تم استخدام الفئران في اليوم 10 بعد الولادة لهذه التجربة بسبب الموت المفاجئ للفأر GJA1-20k بالضربة القاضية بعد حوالي 2-4 أسابيع من الولادة4. ويمكن أيضا تطبيق بروتوكول أكثر عمومية في أعقاب التقرير18 الذي سبق نشره.
4. تضخيم الحمض النووي بواسطة PCR
5. الحضانة مع إنزيم تقييد
6. الكشف عن نطاق الحمض النووي
ينتج نظام تحرير الجينات CRISPR/Cas9 طفرة ATG إلى TTA وطفرة TCC إلى TCG صامتة عند 56,264,279 إلى 56,264,281 وعند 56,264,291 إلى 56,264,293 على كروموسوم الفأر 10، أو عند 869 إلى 871 و881 إلى 883 على Gja1 mRNA، على التوالي. وينتج عن هذه الطفرة طفرة ميثيونين 213 إلى لوسين (M213L) على بروتين GJA1 وطفرة TTC إلى TTG تعطل تسلسل PAM القريب لتجنب إصدار الج?...
نموذج الفأر المعدل جينيا هو نهج شائع لفهم وظيفة الجينات. ومع ذلك ، نظرا لأن الشكل المتماثل المترجم داخليا GJA1-20k مترجم من نفس Gja1 mRNA مثل Cx43 كامل الطول ، فقد تم وضع استراتيجية إبداعية للاحتفاظ بتعبير Cx43 كامل الطول مع قمع تعبير GJA1-20k. يعتمد النهج على طفرة في كودون البدء الداخلي ل GJA1-20k. مع طفر?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم المشروع من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة (R01HL152691 و R01HL138577 و R01HL159983) إلى RMS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 mL 8-Strip PCR tube | Thomas Scientific | 1148A28 | |
0.5 M EDTA pH 8.0 | Invitrogen | 15575-038 | For pronuclear micorinjection buffer |
10x CutSmart buffer | New England Biolabs | B7204S | Digestion buffer for NlaIII |
1 M Tris-HCl pH 7.5 | Invitrogen | 15567-027 | For pronuclear micorinjection buffer |
50x TAE Buffer | Invitrogen | 24710-030 | |
96-well Thermal cycler | Applied Biosystems | Model # 9902 | |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 664 | mouse strain |
Chemidoc MP imaging system | Bio-rad | To take gel image by 302 nm UV light | |
eSpCas9 protein | MilliporeSigma | ESPCAS9PRO-50UG | |
Gel Lading Dye Purple (6x) | New England Biolabs | B7024S | Loading buffer for electrophoresis |
Gloves | |||
hCG (human chorionic gonadotropin) | MilliporeSigma | 23-073-425G | |
Hyaluronidase | MilliporeSigma | H3884-100MG | |
Image Lab software | Bio-rad | To analyze gel image | |
Inverted stereo microscope whit plasDIC | Zeiss | Axiovert A1 | |
KAPA Mouse Genotyping Kits | Roche Diagnostics | KK7352 | For tissue or cell lysis, DNA extraction, and PCR master mix |
KSOM | LifeGlobal | ZEKS-050 | embryo culture medium |
Lab coart | |||
M2 medium | MilliporeSigma | MR015D | |
NlaIII | New England Biolabs | R0125S | To digest PCR product |
Nuclease-Free Water | Ambion | AM9937 | To dilute reagents |
Paraffin oil | Nacalai USA | 2613785 | |
Plugged 20 μL fine pipette tip | FisherScientific | 02-707-171 | To pick up blastocytes |
PMSG (pregnant mare’s serum gonadotropin) | ProSpec-Tany | HOR-272 | |
Sodium Chloride | Invitrogen | AM9760G | For pronuclear micorinjection buffer |
SYBR safe DNA Gel Stain | Invitrogen | S33102 | To detect bands in gel |
tracrRNA | Dharmacon | U-002000-120 | Guid RNA |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved