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Este artículo tiene como objetivo proporcionar la metodología para la transgénesis lentiviral en embriones de rata utilizando múltiples inyecciones de una suspensión de virus en el espacio perivitelina cigota. Las ratas hembra que están apareadas con una cepa masculina fértil con un color de piel dominante diferente se utiliza para generar madres adoptivas pseudoembarazadas.
Los modelos animales transgénicos son fundamentalmente importantes para la investigación biomédica moderna. La incorporación de genes extraños en embriones de ratón o rata tempranos es una herramienta invaluable para el análisis de la función génica en organismos vivos. El método de transgénesis estándar se basa en la microinyección de fragmentos de ADN extraños en un pronúcleo de un ovocitos fertilizados. Esta técnica es ampliamente utilizada en ratones, pero sigue siendo relativamente ineficiente y técnicamente exigente en otras especies animales. El transgén también se puede introducir en embriones de una fase celular a través de una infección lentiviral, proporcionando una alternativa eficaz a las inyecciones pronucleares estándar, especialmente en especies o cepas con una estructura embrionaria más desafiante. En este enfoque, se inyecta una suspensión que contiene vectores lentivirales en el espacio perivelinal de un embrión de rata fertilizada, que es técnicamente menos exigente y tiene una mayor tasa de éxito. Se demostró que los vectores lentivirales incorporan eficientemente el transgén en el genoma para determinar la generación de líneas transgénicas estables. A pesar de algunas limitaciones (por ejemplo, requisitos de nivel 2 de bioseguridad, límites de tamaño de fragmentos de ADN), la transgénesis lentiviral es un método de transgénesis rápido y eficiente. Además, el uso de ratas hembra que se aparean con una cepa masculina fértil con un color de piel dominante diferente se presenta como una alternativa para generar madres adoptivas pseudoembarazadas.
Durante muchos años, los roedores de laboratorio, como ratas y ratones, se han utilizado para modelar condiciones fisiológicas y patológicas humanas. La investigación en animales ha dado lugar a descubrimientos que eran inalcanzables por cualquier otro medio. Inicialmente, estudios genéticos se centraron en el análisis de trastornos y fenotipos que ocurren espontáneamente y que se consideran para imitar de cerca la condición humana1. El desarrollo de métodos de ingeniería genética permitió la introducción o eliminación de genes específicos para obtener un fenotipo deseado. Por lo tanto, la generación de animales transgénicos es reconocida como una técnica fundamental en la investigación moderna que permite estudios de la función génica en organismos vivos.
La tecnología animal transgénica se ha hecho posible a través de una combinación de logros en embriología experimental y biología molecular. En la década de 1960, el embriólogo polaco A. K. Tarkowski publicó el primer trabajo sobre manipulación de embriones de ratón durante las primeras etapas del desarrollo2. Además, los biólogos moleculares desarrollaron técnicas para generar vectores de ADN (es decir, portadores) para la introducción, entre otras cosas, de ADN extraño en el genoma del animal. Estos vectores permiten la propagación de genes seleccionados y su modificación adecuada, dependiendo del tipo de investigación que se lleve a cabo. El término "animal transgénico" fue introducido por Gordon y Ruddle3.
La primera especie ampliamente aceptada que se utilizó en neurobiología, fisiología, farmacología, toxicología, y muchos otros campos de las ciencias biológicas y médicas fue la rata noruega, Rattus norvegicus4. Sin embargo, debido a la dificultad en la manipulación de embriones de rata, el ratón de la casa Mus musculus se ha convertido en la especie animal dominante en la investigación genética5. Otra razón para la primacía del ratón en dicha investigación fue la disponibilidad de tecnología de células madre embrionarias para generar animales noqueantes para esta especie. La técnica más utilizada de transgénesis (2–10% de la descendencia transgénica en relación con todos los animales nacidos) es la microinyección de fragmentos de ADN en un pronúcleo de un ovocitos fertilizados. En 1990, este enfoque, que se introdujo por primera vez en ratones, fue adaptado para ratas6,,7. La transgénesis de ratas por inyección pronuclear se caracteriza por una menor eficiencia8 en comparación con los ratones, que está estrictamente relacionada con la presencia de plasma elástico y membranas pronucleares9. Aunque la supervivencia de los embriones después de la manipulación es un 40-50% menor que en ratones, esta técnica se considera un estándar en la generación de ratas modificadas genéticamente10. Se han investigado enfoques alternativos que pueden garantizar una incorporación eficiente de transgenes y mayores tasas de supervivencia de los cigotos inyectados.
El determinante clave de la expresión transgénica estable y la transmisión a la progenie es su integración en el genoma de la célula huésped. Los lentivirus (LV) tienen la característica distintiva de ser capaz de infectar células divisorias y no divisorias. Su uso como herramienta para la incorporación de genes hetólogos en embriones demostró ser altamente eficiente11,y los individuos transgénicos se caracterizan por una expresión estable del fragmento de ADN incorporado. Se ha confirmado la eficacia de los vectores lentivirales para la modificación genética de ratones12,,13,ratas12,,14y otras especies11. En este método, la suspensión LV se inyecta bajo la zona pellucida del embrión en la etapa de dos pronuclei. Esta técnica garantiza esencialmente el 100% de supervivencia de los embriones porque el oolemma no se ve afectado. La producción de suspensiones LV de alta calidad y relativamente altamente concentradas son factores cruciales. Sin embargo, las concentraciones más bajas de suspensiones DE LV pueden ser superadas por inyecciones repetidas11,lo que aumenta la cantidad de partículas virales en la superficie del óvulo sin afectar a la integración de la membrana. Los embriones sometidos a inyecciones repetidas en el espacio perivelinal se desarrollan aún más, y los resortes transgénicos pueden transmitir el transgén a través de la línea germinal. La eficiencia de la generación de ratas transgénicas por transgénesis lentiviral puede ser tan alta como 80%12.
Aquí, describimos la producción de lentivirus recombinante derivado del VIH-1 que fue pseudotipofado con el virus de la estomatitis vesicular (VSV) G proteína de envoltura. El uso del pseudotipo VSV del sistema de envasado de segunda generación determina la amplia infectividad de partículas virales y permite la producción de vectores altamente estables que pueden ser concentrados por ultracentrifugación y crioconservado. Después de la verificación del diezmo, los vectores están listos para ser utilizados como un vehículo para la entrega de transgénicos en los cigotes albinos de rata Wistar. Después de una serie de inyecciones, los embriones pueden ser cultivados durante la noche y transferidos en la etapa de dos células a madres adoptivas. En este punto, se puede considerar uno de los dos enfoques alternativos. El procedimiento estándar utiliza hembras pseudoembarazadas como receptoras de embriones. Sin embargo, cuando la tasa de embarazo es baja después del apareamiento con machos vasectomizados, los embriones se pueden implantar en hembras embarazadas de Wistar/Sprague-Dawley (SD) que se aparean con ratas macho fértiles con un color de piel oscura (por ejemplo, ratas Brown Norway [BN]). El color del pelaje permite distinguir la descendencia del embarazo natural de la descendencia que se origina a partir de los embriones manipulados transferidos.
La producción y aplicación de vectores virales se ajustaba a las directrices de nivel 2 de seguridad de la bioseguridad y fue aprobada por el Ministerio de Medio Ambiente de Polonia. Todos los procedimientos animales experimentales que se describen a continuación fueron aprobados por el Comité Ético Local. Los animales fueron alojados en jaulas ventiladas individualmente a una temperatura estable (21–23 oC) y humedad (50-60%) con acceso ad libitum al agua y alimentos bajo un ciclo de luz/oscuridad de 12 h/12 h.
1. Producción de vectores lentivirales
2. Generación de ratas transgénicas
3. Vasectomía
NOTA: Antes del día de la cirugía, tijeras de autoclave, fórceps finos y soporte de aguja.
Usando el protocolo descrito en el presente documento, se produjeron vectores lentivirales que llevaban la construcción Syn-TDP-43-eGFP (titer físico de LV a 3,4 x 108/L) y luego se podrían utilizar para inyecciones subzonales de embriones en etapa de una célula. Sólo se sometieron al procedimiento embriones con dos pronúcleos visibles. El número de inyecciones de suspensiones virales se determinó experimentalmente. La alta eficiencia de implantación y la falta simultánea de descendencia transgénica...
Los avances en tecnologías transgénicas han hecho de los modelos de roedores una herramienta invaluable en la investigación biomédica. Proporcionan la oportunidad de estudiar las relaciones genotipo-fenotipo in vivo. Aquí, presentamos una alternativa ampliamente disponible para la transgénesis convencional por inyecciones pronucleares. El uso de la transducción génica lentiviral evita la necesidad de microinyecciones exigentes porque se pueden inyectar vectores virales bajo la zona pellucida. Este enfoque no afec...
El autor (W.K.) tiene derecho a la patente "Método de producción de un animal transgénico", de la oficina de patentes de la República de Polonia (n.o P 355353; 21.03.2008).
Este estudio fue apoyado por el proyecto ANIMOD dentro del programa Team Tech Core Facility Plus de la Fundación para la Ciencia Polaca, cofinanciado por la Unión Europea en el marco del Fondo Europeo de Desarrollo Regional a WK.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
7500 Real Time PCR System | Applied Biosystems | ||
Aerrane (isoflurane) | Baxter | FDG9623 | |
Aspirator tube assemblies for calibrated microcapillary pipettes | Sigma | A5177-5EA | |
Atipam 5 mg/ml | Eurovet Animal Health BV | N/A | 0.5 mg/kg |
Baytril 25 mg/ml (enrofloksacin) | Bayer | N/A | 5-10 mg/kg |
Borosilicate glass capillaries with filament GC100TF-15 | Harvard Apparatus Limited | 30-0039 | injection capillary |
Bupivacaine 25 mg/ml | Advanz Pharma | N/A | 0.25% in 0.9% NaCl |
Butomidor 10 mg/ml (butorphanol tartrate) | Orion Pharma | N/A | 1 mg/kg |
CELLSTAR Tissue Cell Culture Dish 35-mm | Greiner Bio-One | 627160 | |
CELLSTAR Tissue Cell Culture Dish 60-mm | Greiner Bio-One | 628160 | |
CellTram Oil | Eppendorf | 5176 000.025 | |
Cepetor (Medetomidine) 1 mg/ml | cp-pharma | N/A | 0.5 mg/kg |
Chorulon, Human Chorionic Gonadotrophin | Intervet | N/A | 150 IU/ ml ml 0.9% NaCl |
DMEM low glucose | Sigma Aldrich | D6048 | |
DNase, RNase-free | A&A Biotechnology | 1009-100 | |
EmbryoMax Filtered Light Mineral Oil | Sigma | ES-005-C | |
Envelope protein coding plasmid for lentiviral vectors (VSVg plasmid) | ADDGENE | 14888 | |
FemtoJet | Eppendorf | 4i /5252 000.013 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma Aldrich | F9665-500ML | |
Folligon, Pregnant Mare’s Serum Gonadotropin | Intervet | N/A | 125 IU/ml in .9% NaCl |
HEK 293T cells | ATCC | ATCC CRL-3216 | |
Hyaluronidase from Bovine Testis | Sigma | H4272-30MG | 0.5 mg/ml in M2 medium |
Inverted Microscope | Zeiss | Axiovert 200 | |
Ketamine 100mg/ml | Biowet Pulawy | N/A | 50 mg/kg |
Liquid Paraffin | Merck Millipore | 8042-47-5 | |
M16 medium EmbryoMax | Sigma | MR-016-D | |
M2 medium | Sigma | M7167 | |
Magnesium Chloride 1M | Sigma Aldrich | 63069-100ML | |
Microforge | Narishige | MF-900 | |
Mineral Oil | Sigma | M8410-500ML | |
NaCl 0.9% | POLPHARMA OTC | N/A | sterile, 5ml ampules |
Operation microscope | Inami Ophthalmic Instruments | Deca-21 | |
Packaging system coding plasmid for lentiviral vectors (delta R8.2 plasmid) | ADDGENE | 12263 | |
PEI reagent (Polyethylenimine, Mw ~ 25,000,), | Polysciences, Inc | 23966-1 | |
Penicilin-streptomycin | Sigma Aldrich | P0781-100ML | |
Phosphate Buffered Saline, pH 7.4, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture | Sigma Aldrich | 806552-500ML | |
Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
Reflex Clip Applier/Reflex Clips | World Precision Instruments | 500345/500346 | |
Safil, polyglycolic acid, braided, coated, absorbable threads | B.Braun Surgical | 1048029 | |
Stereomicroscope | Olympus | SZX16 | |
Surgical Sewing Thread | B.Braun | C1048040 | |
SYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystem | 4334973 | |
Tolfedine 4% (tolfenamic acid) | Vetoquinol | N/A | 2 mg/kg |
TransferMan NK2 | Eppendorf | N/A | |
Trypsin EDTA solution | Sigma Aldrich | T3924-500ML | |
Ultracentrifuge | Beckman Coulter | Optima L-100 XP | |
VacuTip | Eppendorf | 5175108.000 | holders capillary |
Vita-POS | Ursapharm | N/A | eye ointment |
Warming Plate | Semic | N/A | |
Watchmaker Forceps | VWR | 470018-868 |
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