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Method Article
In this manuscript, a method to prepare recombinant adeno-associated virus 9 (rAAV9) vectors to manipulate gene expression in the mouse heart is described.
El control de la expresión o actividad de genes específicos a través de la entrega de miocardio de los materiales genéticos en modelos murinos permite la investigación de las funciones de genes. Su potencial terapéutico en el corazón también se puede determinar. Hay enfoques limitados para la intervención molecular in vivo en el corazón del ratón. Virus adeno-asociado (rAAV) basada en la ingeniería del genoma recombinante se ha utilizado como una herramienta esencial para la manipulación genética cardiaca in vivo. Las ventajas específicas de esta tecnología incluyen una alta eficiencia, alta especificidad, porcentajes de integración genómica baja, mínimo inmunogenicidad y patogenicidad mínima. A continuación, se describe un procedimiento detallado para construir, empaquetar y purificar los vectores rAAV9. La inyección subcutánea de rAAV9 en cachorros neonatales como resultado la expresión robusta o knockdown eficaz del gen (s) de interés en el corazón de ratón, pero no en el hígado y otros tejidos. Uso de la cardiaca específiSe obtuvo c TNNT2 promotor, la alta expresión de gen GFP en el corazón. Además, ARNm objetivo se inhibió en el corazón cuando se utilizó un rAAV9-U6-shRNA. Trabajando conocimiento de la tecnología rAAV9 puede ser útil para investigaciones cardiovasculares.
El control de la expresión o actividad de genes específicos en diversos sistemas biológicos se ha convertido en una estrategia valiosa en el estudio de la función del gen 1. Un medio directo de lograr este objetivo es manipular secuencias de nucleótidos y generar alelos mutantes. A pesar de hacer cambios precisos, dirigidas al genoma de las células vivas es todavía un tiempo y la práctica intensiva en trabajo, el desarrollo de las poderosas herramientas y TALEN CRISPR / Cas9 ha abierto una nueva era de la edición genoma 2-5. Un método de laboratorio más habitual para la manipulación genética se ha centrado en la introducción de material genético (ADN y ARN que contienen secuencias codificadoras o siRNAs / shRNAs) en las células para expresar el gen o desmontables (s) de interés 1,6.
En muchos casos, el principal cuello de botella para la manipulación genética es la entrega de ADN, ARN, o proteína en las células. Con respecto a los estudios in vitro, transfecti eficienteen los sistemas se han establecido en muchas líneas celulares cultivadas. Sin embargo, en el modelo de ratón, en particular, la entrega de genes in vivo en es más difícil. Hay una serie de barreras extra e intracelulares que necesitan ser pasado por alto con el fin de lograr la captación celular eficiente de los reactivos exógenos. Otros obstáculos incluyen la rápida eliminación y la corta duración del 7,8 entregado materiales. Una estrategia para evitar estos problemas es el uso de vectores virales como "portadores" o "vehículos" para la entrega de genes in vivo. Las propiedades de transducción evolucionado natural de los virus permiten la prestación eficiente de un gen de interés en células 7,9,10. Numerosos tipos de vectores virales se han desarrollado y permitir flexibilidad en la manipulación de genes in vivo en diferentes tipos de células y órganos en ratones.
Los sistemas virales más comúnmente usados incluyen Retrovirus, Lentivirus, adenovirus y virus adeno-asociado (AAV) 11. Los retrovirus son virus de ARN de cadena simple y se puede introducir su material genético al genoma de la célula huésped de una manera estable durante la división mitótica, proporcionando el potencial para la expresión de toda la vida de los genes transducidos en las células diana y órganos 12-14. Sin embargo, muchos tipos de retrovirus infectan solamente las células en división, y su eficacia en las células que no se dividen es muy baja 15. Esto limita su utilidad para la administración de genes. Lentivirus es un género de la familia Retroviridae. A diferencia de otros retrovirus, lentivirus puede infectar tanto a células que se dividen y que no se dividen y se ha utilizado ampliamente para la transferencia génica en post-mitótico y células diferenciadas altamente-16. El ciclo de vida de Lentivirus también implica la integración de ADN del vector en el genoma huésped. Por lo tanto el suministro de genes, Lentivirus mediada permite la expresión estable y de larga duración de los elementos genéticos transducidas 16-18. Sin embargo, esta función puede representar un doble-eespada DGED en el uso de estos virus para manipular la expresión génica, como la integración de ADN del vector puede dar lugar a la mutagénesis de inserción en las células huésped y puede causar efectos artefactual. Adenovirus es otro sistema de administración de genes ampliamente utilizado. A diferencia de los retrovirus y lentivirus, adenovirus son no integradas y no interfieren con la integridad genómica de las células huésped 8,10,11,19. Además, los adenovirus puede transfectar ADN en muchos tipos de células, y la infección no depende de la división celular activa 19. Otra característica importante de los adenovirus es la facilidad de purificación de vector, como los vectores virales tienen la capacidad de replicarse 19,20. Sin embargo, la principal advertencia de este sistema es que la infección por adenovirus puede desencadenar respuestas inmunes fuertes en las células diana y los órganos 19, restringiendo su uso en muchas investigaciones, en particular en los estudios de terapia génica.
En comparación con este tipo diferentes de vectores virales, virus asociado a adeno recombinante (rAAV) parece ser el sistema de suministro de genes ideales 21,22. Exhibe inmunogenicidad y patogenicidad 23,24 mínima. Además, rAAV infecta a una amplia gama de tipos de células, incluyendo tanto las células que no se dividen y divisoria. En la mayoría de los casos, rAAV no se integra en el genoma de acogida; por lo tanto, el riesgo de cambios genéticos o genómicos no deseados en las células diana es baja 22.
Recientemente, los sistemas de rAAV se han utilizado con éxito para la entrega in vivo de ADN que codifica proteínas, miRNAs, shRNAs, y CRISPR-gRNAs en ratón músculo cardíaco 23,25-29. Esta metodología ha facilitado las investigaciones fundamentales y los estudios de terapia génica en el campo de la investigación cardiovascular. Aquí, el procedimiento detallado para generar vectores rAAV9 que sobreexpresan de manera eficiente o desmontables los genes de interés en los corazones de ratón se ha descrito. El protocolo proporciona un método simple y eficaz dela manipulación de la expresión génica cardiaca en modelos experimentales murinos.
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Todos los pasos descritos se realizaron bajo protocolos aprobados por el Comité de Bioseguridad y el Comité de Cuidado y Uso de Animales institucional del Hospital Infantil de Boston. Hospital Infantil de Boston tiene instalaciones libres de patógenos de ratón con regulados por la luz / oscuridad ciclos y climatizador. jaulas de cambio de personal veterinario y cuidado de los animales y garantizar la salud de los ratones. Las instalaciones están certificadas AAALAC y tienen certificación activa Animal Welfare Aseguramiento (AAALAC acreditación otorgada el 24/02/1992 Garantía de Bienestar Animal. Number: A3303-01). Los ratones fueron sacrificados por CO 2 emitido desde una fuente de gas comprimido. Las muestras de tejido fueron recogidos después de confirmar que la frecuencia cardíaca, el movimiento y la respiración de los animales habían cesado. Roedores neonatales son resistentes a CO 2 eutanasia y se sacrificaron por decapitación usando unas tijeras afiladas. Estos métodos son consistentes con las recomendaciones del Grupo sobre la eutanasia de la American Veterinary Medical Asociación.
1. Generación de constructos rAAV9 por clonación de un ADNc o shRNA cassette de expresión en el esqueleto del plásmido
NOTA: El plásmido rAAV9, que contiene las repeticiones terminales invertidas (RTI) de AAV2, que se utiliza para la sobreexpresión de genes se ha modificado para albergar el TNNT2 pollo promotor (rAAV9.cTNT), que permite la expresión de los cardiomiocitos-específico de genes transducidos 25,26,29. sitios únicos NheI y KpnI se han introducido en el plásmido, corriente abajo del promotor. Los fragmentos de ADNc que codifican los genes de interés se pueden clonar en la columna vertebral rAAV9 el uso de estos dos sitios de restricción 25,26,29. Aquí, como un ejemplo, se generó el vector rAAV9 para la sobreexpresión del gen de la GFP en los corazones de ratón. El plásmido resultante contiene el cTNT :: casete de GFP flanqueado por dos ITR sitios (Figura 1). construcciones rAAV9.U6 :: shRNA fueron utilizados para el gen desmontables 25. Diseño shRNAs usandolos servidores en línea de diseño shRNA. rAAV9.U6 :: shRNA se puede generar ya sea por hibridación y ligación de oligos que contienen secuencias de ADN shRNA en las enzimas de restricción digerido vectores rAAV9 que albergan el promotor U6, o por PCR de largo alcance e intra-molecular a base de montaje Gibson "sin costuras" construcción 30. El plásmido resultante debería contener el casete de U6-shRNA flanqueado por dos ITR sitios (Figura 2). Aquí, como un ejemplo, el vector de rAAV9.U6 :: shRNA se construyó para desmontables TRBP ARNm (secuencia TRBP shRNA: GCAGTGATGGATATGCATCTTCTCGAGAAGATGCATATCCATCACTCG). A scramble shRNA se utilizó como control negativo (CCTAAGGTTAAGTCGCCCTCGCTCGAGCGAGGGCGACTTAACCTTAGG).
2. Transfección de células HEK293 con plásmidos rAAV9
3. Cosecha de células HEK293 transfectadas y purificación de vectores rAAV9
4. Medición del título de rAAV9
5. rAAV9 inyección en ratones recién nacidos y los ensayos de expresión génica en el corazón
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Las estrategias para la construcción de plásmidos rAAV9 rAAV9.U6 :: shRNA rAAV9.cTNT :: GFP o se muestran en las figuras 1 y 2, respectivamente. Como muestran los ejemplos, el vector rAAV9 fue generado para sobreexpresar el gen de la GFP en los corazones de ratón. El plásmido resultante contiene el cTNT :: casete de GFP flanqueado por dos ITR sitios (Figura 1). El vector rAAV9.U6 :: shRNA se construyó para desmontables TRBP mRNA
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Es importante minimizar la recombinación ITR no deseado durante la construcción del plásmido. Antes de generar el virus, hay que vigilar siempre la integridad de los plásmidos ITR de AAV mediante digestión de restricción y electroforesis en gel de agarosa. Es imposible obtener 100% plásmidos intactos, pero la relación de recombinación debe minimizarse tanto como sea posible. Menos de 20% es aceptable para el envasado rAAV9 éxito. Es de destacar que el cultivo de las bacterias a menor temperatura (30 ° C) con ...
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The authors have nothing to disclose.
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).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
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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A correction was made to the Authors section in: Preparation of rAAV9 to Overexpress or Knockdown Genes in Mouse Hearts.
One of the authors names and affiliation was corrected from:
Jian-Ming Jiang3,4
3 Department of Genetics, Harvard Medical School
4 Howard Hughes Medical Institute
to:
Jianming Jiang5
5 Department of Biochemistry, Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore
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