A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מוטציה אחת M213L ב- Gja1 השומרת על דור Connexin43 באורך מלא אך מונעת תרגום של איזופורם קטן יותר של GJA1-20k שתורגם באופן פנימי.
מערכת עריכת הגנים CRISPR-Cas9, המבוססת על מנגנוני תיקון גנום, מאפשרת ליצור מודלים של עכברים שעברו שינוי גנטי במהירות ובקלות רבה יותר ביחס לשילוב ההומולוגי המסורתי. מערכת CRISPR-Cas9 אטרקטיבית במיוחד כאשר נדרשת מוטציה של נקודה אחת. חלבון צומת הפערים, Connexin 43 (Cx43), מקודד על ידי הגן Gja1, שיש לו אקסון קידוד יחיד ולא ניתן לחבר אותו. עם זאת, Gja1 מייצר לא רק חלבון Cx43 באורך מלא אלא עד שישה איזופורמים חתוכים N-טרמינוס על ידי תהליך המכונה תרגום פנימי, תוצאה של חניכת תרגום ריבוזומלי באתרי התחלה פנימיים AUG (מתיונין). GJA1-20k הוא האיזופורם החתוך הנפוץ ביותר שנוצר של Cx43 שיזם בקודון AUG במיקום 213 של Gja1 mRNA. מכיוון שאריות 213 מתרחשת בסוף תחום transmembrane האחרון של Cx43, GJA1-20k הוא למעשה זנב 20 kDa C-terminus של Cx43 כחלבון עצמאי. חוקרים קודמים זיהו, בתאים, כי תפקיד קריטי של GJA1-20k הוא להקל על סחר של hemichannels צומת פער Cx43 באורך מלא לקרום הפלזמה. כדי לבחון תופעה זו ב- vivo, נוצר עכבר מוטנטי עם מוטציה נקודתית Gja1 המחליף את ה- ATG (מתיונין) בשאריות 213 עם TTA (לאוצין, מוטציה M213L). התוצאה של M213L היא כי Gja1 mRNA ו Cx43 באורך מלא עדיין נוצרים, עדיין התרגום של Gja1-20k מופחת באופן משמעותי. דו"ח זה מתמקד בבחירת אתר אנזימי ההגבלה לפתח מודל עכבר מוטציה אחת של חומצת אמינו (Gja1M213L/M213L). פרוטוקול זה מתאר עכברים מהונדסים גנטית על ידי מערכת CRISPR-Cas9 וגנוטיפינג מהיר על ידי שילוב של PCR וטיפולי אנזימי הגבלה.
קונקסין 43 (Cx43) באורך מלא ואיזופורם טרמינל N-terminus, GJA1-20k, מקודד על ידי אותו GJA1 mRNA אך משתמשים בקודוני התחלה שונים1 כדי ליזום תרגום. תרגום Cx43 מתרחש בקודון ההתחלה הראשון של AUG, בעוד שתרגום GJA1-20k יוזם ב- AUG בשאריות 213. בעבר נמצא כי GJA1-20k יש תפקידים חיוניים עבור סחר Cx43 באורך מלא, ייצוב actin, ורגולציה של מורפולוגיה מיטוכונדריאלית במבחנה 1,2,3.
כדי להבין את התפקיד של GJA1-20k ב vivo, GJA1-20k "לדפוק החוצה" מודל העכבר נוצר ששומר על היכולת ליצור Cx43 באורך מלא. הגישה הייתה להשתמש במערכת CRISPR-Cas9 כדי להחליף את השאריות הבודדות ב-213 ממתיונין (ז) ללאוצין (L) (Gja1M213L/M213L)4. מוטציה פנימית M ל- L מקטינה באופן דרמטי את הסבירות לתרגום פנימי המתרחש אך שומרת על התרגום והתפקוד של חלבון באורך מלא4. מכיוון שלסוג הפראי (WT) ולאלל שעבר מוטציה יש גדלים זהים ומוצרי mRNA כמעט זהים, קיים קושי ניכר באישור גנוטיפ בעכברים. ריצוף דנ"א יכול לזהות את המוטציה, אך הוא יקר מדי וגוזל זמן רב מדי לשימוש שגרתי. באופן כללי, הוקמו מספר שיטות גנוטיפינג מהיר יותר, כגון תגובת שרשרת פולימראז בזמן אמת (RT-PCR), מיני-קשירה-קשירה, ניתוח היתוך ברזולוציה גבוהה, ומערכת מוטציה עקשן הגברה טטרה-פריימר PCR (נשק-PCR)5,6,7,8. עם זאת, שיטות חלופיות אלה דורשות שלבים מרובים, משאבים ייחודיים ו/או מספר ערכות פריימר ספציפיות אשר יכולות לגרום למוצרי PCR שאינם ספציפיים.
פרוטוקול זה מציג גישה מפורטת של פילוח ועריכה של גנים על ידי CRISPR-Cas9 כדי ליצור מוטציה אחת בחומצת אמינו, וגנוטיפינג מהיר מוצג כדי לאשר את המוטציה. זיהוי גנוטיפ כרוך בשימוש יצירתי באנזימי הגבלה המשתמשים רק בערכה אחת של פריימרים כדי לזהות את גן היעד. הקוראים מופנים Reference4 כדי לבחון את ההשפעה האלקטרופיזיולוגית העמוקה של מוות לבבי פתאומי הנגרמת על ידי שאריות אחת Gja1M213L / M213L מוטציה החלפת אשר עדיין מייצר חלבון באורך מלא עדיין לא מצליח לייצר איזופורם חיתוך קטן יותר מתורגם פנימית. פרוטוקול זה יסייע להפוך מודלים עכברים אחרים להשתמש מוטציה נקודתית כדי להקטין את התרגום הפנימי של איזופורם של עניין תוך שמירה על הביטוי של חלבון אנדוגני באורך מלא.
כל פרוטוקולי הטיפול והלימוד בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדות המוסדיות לטיפול בבעלי חיים ולשימוש במרכז הרפואי סידרס-סיני ובאוניברסיטת יוטה. עכברות C57BL/6J שהתקבלו ממקורות מסחריים בגיל 8-9 שבועות (ראו טבלת חומרים) שימשו לניסויים.
1. הכנה למיקוד גנים
2. אינדוקציה של superovulation, קצירת ביצים, מיקרו-חדיר פרונוקלארי של תערובת CRISPR, והקרנת בלסטוציסט
הערה: הליך זה פועל בהתאם לפרוטוקול כללי14 שפורסם בעבר.
3. מיצוי דנ"א
הערה: עכברים ביום שלאחר הלידה 10 שימשו לניסוי זה עקב מוות פתאומי של עכבר נוקאאוט GJA1-20k סביב 2-4 שבועות לאחר הלידה4. ניתן גם להחיל פרוטוקול כללי יותר בעקבות דוח18 שפורסם בעבר.
4. הגברת DNA על ידי PCR
5. דגירה עם אנזים הגבלה
6. זיהוי רצועת DNA
מערכת עריכת הגנים CRISPR/Cas9 מייצרת מוטציה ATG ל- TTA ומוטציה שקטה של TCC ל- TCG ב-56,264,279 עד 56,264,281 וב-56,264,291 עד 56,264,293 בכרומוזום עכבר 10, או ב-869 עד 871 ו-881 עד 883 ב-Gja1 mRNA, בהתאמה. מוטציה זו גורמת למוטציה של מתיונין 213 עד לאוצין (M213L) בחלבון GJA1 והמוטציה TTC ל- TTG משבשת רצף PAM סמוך כדי להימנע ממהדורת גנים לא רצויה (
מודל עכבר שעבר שינוי גנים הוא גישה נפוצה להבנת תפקוד הגנים. עם זאת, מאז GJA1-20k בתרגום פנימי איזופורם מתורגם מאותו Gja1 mRNA כמו Cx43 באורך מלא, אסטרטגיה יצירתית הומצאה כדי לשמור על ביטוי Cx43 באורך מלא עדיין לדכא ביטוי GJA1-20k. הגישה מבוססת על מוטציה של קודון ההתחלה הפנימי של GJA1-20k. עם מוטציה של נקוד?...
למחברים אין מה לחשוף.
הפרויקט נתמך על ידי מכונים לאומיים של מענקי בריאות (R01HL152691, R01HL138577, ו R01HL159983) ל 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