גישת אובדן תפקוד ברשתית הגוזל העוברי באמצעות ביטוי טרנסגני בתיווך Tol2 של מיקרו-רנ"א מלאכותי

Summary

פיתחנו גישה חדשנית של אובדן תפקוד הכוללת החדרה ואינטגרציה גנומית של רצפי מיקרו-רנ"א מלאכותיים לעוברי אפרוחים באמצעות אלקטרופורציה ומערכת טרנספוזון Tol2. טכניקה זו מספקת מתודולוגיית פירוק גנים חזקה ויציבה לחקר תפקוד גנים במהלך ההתפתחות.

Abstract

רשתית האפרוחים היא כבר מזמן מערכת מודל חשובה בנוירוביולוגיה התפתחותית, עם יתרונות הכוללים את גודלה הגדול, התפתחותה המהירה ונגישותה להדמיה ולמניפולציות ניסיוניות. עם זאת, המגבלה הטכנית העיקרית שלה הייתה היעדר גישות חזקות לאובדן תפקוד עבור ניתוח תפקודי גנים. פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיה של השתקת גנים ברשתית האפרוחים המתפתחת הכוללת ביטוי מהונדס של מיקרו-רנ"א מלאכותי (miRNAs) באמצעות מערכת טרנספוזון Tol2. בגישה זו, פלסמיד טרנספוזון Tol2 המכיל קלטת ביטוי לסמן EmGFP (חלבון פלואורסצנטי ירוק אמרלד) ורצפי קדם-miRNA מלאכותיים כנגד גן מטרה מוכנס לרשתית האפרוח העוברי עם מבנה ביטוי טרנספוזאז Tol2 על ידי באלקטרופורציה של אובו . בתאי הרשתית הנגועים, הטרנספוזואז מזרז את כריתת קלטת הביטוי מווקטור הטרנספוזון ושילובה בכרומוזומי המאכסן, מה שמוביל לביטוי יציב של miRNA וחלבון EmGFP. במחקר הקודם שלנו, הראינו כי הביטוי של Nel, גליקופרוטאין המפעיל פונקציות מרובות בהתפתחות עצבית, יכול להיות מדוכא באופן משמעותי ברשתית אפרוח מתפתחת באמצעות טכניקה זו. התוצאות שלנו מצביעות על כך שמתודולוגיה זו גורמת לדיכוי יציב וחזק של ביטוי גנים ובכך מספקת גישה יעילה של אובדן תפקוד למחקרים על התפתחות הרשתית.

Introduction

רשתית בעלי החוליות היא מערכת מודל חשובה לחקר התפתחות עצבית. למרות מיקומה ההיקפי, הרשתית היא שלוחה אנטומית והתפתחותית של מערכת העצבים המרכזית, ועצב הראייה, המורכב מאקסונים של תאי גנגליון ברשתית, מייצג מערכת בתוך מערכת העצבים המרכזית. לרשתית האפרוחים יתרונות משמעותיים כמערכת מודל לחקר המנגנון המולקולרי של ההתפתחות העצבית: היא גדולה ומתפתחת במהירות; יש לו דמיון מבני ופונקציונלי לרשתית האנושית; הוא נגיש מאוד עבור ויזואליזציה ומניפולציות ניסיוניות. מנגנונים מולקולריים של התרבות תאים והתמיינותם, מורפוגנזה והנחיית אקסונים במהלך ההתפתחות העצבית נחקרו בהרחבה באמצעות רשתית העוף.

בשני העשורים האחרונים נעשה שימוש מוצלח באלקטרופורציה כדי להחדיר גנים חוץ רחמיים לתאים בעובר האפרוח המתפתח. טכניקה זו מאפשרת תיוג של תאים מתפתחים, מעקב אחר גורל התא ומעקב אחר נדידת תאים ודרכי אקסונים, כמו גם ביטוי גנים חוץ רחמי לניתוח in vivo של תפקוד גנים. התנאים של אלקטרופורציה לביטוי גנים חוץ רחמי יעיל בעוברי אפרוחים נקבעו היטב ^1,2,3.

למרות יתרונות אלה, היעדר טכניקת אובדן תפקוד יציבה למחקרים על תפקוד גנים היה מגבלה טכנית משמעותית של עובר האפרוח. בעוד שעוברי אפרוחים שהתחשמלו באמצעות רנ"א מפריע קטן (siRNAs)⁴ או וקטורי ביטוי לרנ"א קצר סיכת שיער (shRNAs)⁵ מראים הפלה של גן המטרה, דיכוי גנים בגישות אלה הוא חולף מכיוון שההשפעות נעלמות ברגע שהתאים מאבדים את הרנ"א או הדנ"א שהוכנסו. דיכוי גנים יציב יותר יכול להיות מושג על ידי העברת siRNA לעוברי אפרוחים על ידי RCAS (Replication Competent Avian sarcoma-leukosis virus (ASLV) long terminal repeat (LTR) with a Splice acceptor) retrovirus^{system 6}. הווקטור הנגיפי משתלב בגנום המארח, והגנים החוץ-רחמיים באים לידי ביטוי יציב. עם זאת, הרטרו-וירוס יכול להשתלב בגנום של תאים מתחלקים רק בשלב המיטוטי (M) של מחזור התא, מה שעשוי להטיל מגבלה על שלבי ההתפתחות ו / או סוגי התאים שעבורם ניתן ליישם גישה זו של אובדן תפקוד. בנוסף, ביטוי טרנסגנים על ידי RCAS נראה איטי יותר ופחות חזק מזה המושרה על ידי אלקטרופורציה⁷.

טרנספוזונים הם אלמנטים גנטיים הנעים ממקום אחד בגנום למשנהו. אלמנט Tol2 הוא חבר במשפחת האלמנטים הניתנים לטרנספוזון hAT ומכיל גן פנימי המקודד טרנספוזאז המזרז את תגובת הטרנספוזון^{של אלמנט} Tol2 8. כאשר וקטור פלסמיד הנושא קלטת ביטוי גנים שמשני צדדיה רצפים של הקצה השמאלי והימני של יסודות Tol2 (200 bp ו-150 bp, בהתאמה) מוכנס לתאי חוליות עם מבנה ביטוי טרנספוזאז Tol2, קלטת הביטוי נכרתת מהפלסמיד ומשולבת בגנום המארח, אשר תומך בביטוי יציב של הגן החוץ רחמי (איור 1). הוכח כי היסוד הטרנספוזי Tol2 יכול לגרום לטרנספוזיציה גנטית ביעילות רבה במינים שונים של בעלי חוליות, כולל דגי זברה^9,10, צפרדעים 11, אפרוחים 12 ועכברים ^13, ולכן הוא שיטה שימושית של טרנסגנזה ומוטגנזה החדרתית. מערכת הטרנספוזון Tol2 שימשה בהצלחה להפלה מותנית של גן מטרה על ידי אינטגרציה גנומית של siRNA המעובד מ-RNA דו-גדילי ארוך¹⁴.

פרוטוקול זה מתאר גישת אובדן תפקוד בעובר אפרוח הכוללת החדרת מיקרו-רנ"א מלאכותי (miRNAs) על ידי מערכת טרנספוזון Tol2^15,16. בגישה זו, קלטת ביטוי עבור סמן EmGFP (חלבון פלואורסצנטי ירוק אמרלד) ו- miRNA מלאכותי כנגד גן מטרה משובטת לווקטור טרנספוזון Tol2. לאחר מכן מכניסים את מבנה הטרנספוזון Tol2 לרשתית הגוזל העוברי עם מבנה ביטוי טרנספוזון Tol2 על ידי באלקטרופורציה של אובו. בתאי הרשתית הנגועים, הטרנספוזואז מזרז את כריתת קלטת הביטוי מווקטור הטרנספוזון ושילובה בכרומוזומי המאכסן, מה שמוביל לביטוי יציב של miRNA וחלבון EmGFP. במחקרים הקודמים שלנו, הצלחנו להפיל את הביטוי של Nel, גליקופרוטאין חוץ-תאי המתבטא בעיקר במערכת העצבים, ברשתית האפרוח המתפתחת (ראו תוצאות מייצגות). התוצאות שלנו מצביעות על כך שניתן להשיג דיכוי גנים יציב ויעיל באמצעות טכניקה זו.