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Method Article
Aqui, nós descrevemos um protocolo para gerar um modelo murino fêmea viável com inactivation não-aleatório do cromossoma de x, isto é, o cromossoma de x maternally-herdado é inativo em 100% das pilhas. Nós igualmente descrevemos um protocolo para testar a viabilidade, a tolerabilidade, e a segurança da reactivação farmacológica do cromossoma de X inativo in vivo.
A inactivação do cromossoma de x (XCI) é o silenciamento aleatório de um cromossoma de X nas fêmeas para conseguir o equilíbrio da dosagem do gene entre os sexos. Em conseqüência, todas as fêmeas são heterozygous para a expressão X-lig do gene. Um dos principais reguladores da XCI é o Xist, que é essencial para a iniciação e manutenção da XCI. Estudos prévios identificaram 13 fatores de inativação do cromossomo X de ação trans (XCIFs) usando uma tela genética de grande escala e perda de função. A inibição de XCIFs, tais como ACVR1 e PDPK1, usando o RNA Short-hairpin ou os inibidores pequenos da molécula, reativa genes cromossomo X-lig em pilhas cultivadas. Mas a viabilidade e tolerabilidade da reativação do cromossomo X inativo in vivo continua a ser determinada. Para este objetivo, um modelo Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mouse foi gerado com XCI não aleatório devido à exclusão de Xist em um cromossomo X. Usando este modelo, a extensão da reativação inativa de X foi quantificados no cérebro do rato depois do tratamento com nervos inibidores de xcif. Os resultados recentemente publicados mostram, pela primeira vez, que a inibição farmacológica de XCIFs reativa Mecp2 do cromossoma de X inativo em neurônios corticais do cérebro vivo do rato.
O inativação do cromossoma de x (XCI) é um processo da compensação de dosagem que equilibra a expressão de gene x-lig silenciando uma cópia do cromossoma de x nas fêmeas1. Como resultado, o cromossomo X inativo (XI) acumula características da heterocromatina incluindo metilação do DNA e alterações inibitórias da histona, como a histona H3-lisina 27 trimetilação (H3K27me3) e a histona H2A ubiquitinação (H2Aub) o regulador 2. The mestre do silenciamento do cromossoma de x é a região do centro da x-inactivação (xic), ao redor 100-500 KB, que controla a contagem e o emparelhamento dos cromossomas de x, a escolha aleatória do cromossoma de x para a inactivação, e a iniciação e propagação do silenciamento ao longo do cromossomo X3. O processo de inactivação de X é iniciado pelo transcrito específico inativo de X (Xist) que reveste o XI em cis para mediar o silenciamento do cromossoma-largo e remodela a estrutura tridimensional do cromossoma de x4. Recentemente, diversas telas proteômica e genéticas identificaram reguladores adicionais de XCI, tais como proteínas interagindo do Xist 5,6,7,8,9 , 10 de , 11 anos de , 12. por exemplo, um estudo prévio usando uma tela de interferência de RNA em todo o genoma não tendencioso identificou 13 fatores de XCI Trans-acting (xcifs)12. Mecanisticamente, XCIFs regulam a expressão Xist e, portanto, interferir com a função xcifs causa XCI defeituoso12. Juntos, avanços recentes no campo forneceram insights importantes sobre a maquinaria molecular que é necessária para iniciar e manter o XCI.
A identificação de reguladores de XCI e a compreensão de seu mecanismo em XCI são diretamente relevantes às doenças humanas X-lig, tais como a síndrome de Rett (RTT)13,14. RTT é uma desordem rara do neurodesenvolvimento causada por uma mutação heterozygous na proteína de ligação X-lig de methyl-CpG 2 (MeCP2) que afeta predominantly meninas15. Porque MeCP2 é ficada situada no cromossoma de X, as meninas de RTT são heterozygous para a deficiência de MeCP2 com as pilhas do ~ 50% que expressam o selvagem-tipo e o ~ 50% que expressam o mutante MeCP2. Notàvelmente, as pilhas do mutante de RTT abrigam uma cópia dormente mas selvagem-tipo de Mecp2 no XI, fornecendo uma fonte do gene funcional, que se reactivated, poderia potencial aliviar sintomas da doença. Além do que o RTT, há diversas outras doenças humanas lig X, para que o reativação de Xi representa uma aproximação terapêutica potencial, tal como a síndrome de DDX3X.
A inibição de XCIFs, A proteína quinase-1 dependente de 3-Fosfoinositídeo (PDPK1), e o tipo 1 do receptor do activina A (ACVR1), pelo RNA curto do hairpin (shRNA) ou pelos inibidores pequenos da molécula, reativam genes XI-lig12. O reativação farmacológico de genes XI-lig é observado em vários modelos ex vivo que incluem linhas de pilha do fibroblasto do rato, neurônios corticais adultos do rato, fibroblasto embrionário do rato, e as linhas de pilha do fibroblasto derivadas de um paciente de RTT12. Entretanto, se a reactivação farmacológica de genes XI-lig é viável in vivo permanece ser demonstrado. Um fator limitante é a falta de modelos animais eficazes para medir com precisão a expressão de genes de Xi reativado. Para este objetivo, um Xistδ: Mecp2/Xist: modelo do rato de Mecp2-GFP foi gerado que carreg um Mecp2 genetically etiquetado em XI em todas as pilhas devido ao apagamento heterozygous em Xist no cromossoma de X materno16. Usando este modelo, a expressão de Mecp2 de Xi foi quantificados depois do tratamento com nervos inibidores de xcifs no cérebro de ratos vivos. Aqui, a geração do modelo xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mouse e metodologia para quantificar XI reativação em neurônios corticais usando ensaios baseados em imunofluorescência é descrita.
O trabalho envolvendo camundongos foi aprovado pelo Comitê institucional de cuidados e uso de animais da Universidade de Virginia (IACUC; #4112).
1. gere um modelo de mouse XCI não aleatório com Mecp2 geneticamente rotulado em Xi
Nota: As cepas de camundongo utilizadas no estudo foram as seguintes: Mecp2-GFP/Mecp2-GFP (Mecp2TM 3.1 Bird, tabela de materiais) e Xist/δxist (B6; 129-Xist < tm5Sado >; fornecido por Antonio bedalov, Fred Centro do cancer de Hutchinson, Seattle). Estratégias de reprodução entre as respectivas cepas foram projetadas para expandir as colônias de camundongo para cada cepa.
2. projetar a estratégia de criação de mouse para gerar Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP
3. isolar Xistδ fêmea: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP fibroblastos embrionários do rato (mefs)
4. Confirme a falta de expressão de proteína verde fluorescente (GFP) no cérebro de Xistδ: Mecp2/Xist: camundongos Mecp2-GFP usando um ensaio baseado em classificação de células ativadas por Ffluorescência
5. Determine a viabilidade do modelo Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mouse para XI reactivation
6. demonstrar a reativação farmacológica do XI no cérebro do modelo Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mouse
Para demonstrar a viabilidade do modelo Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mouse para estudos de reativação XI, a reativação mediada pelo inibidor de Xcif de Mecp2-GFP ligada a XI foi testada em fibroblastos embrionários do camundongo (mefs). Os MEFs fêmeas foram isolados do dia 15,5 Xistδ: Mecp2/Xist: embriões de Mecp2-GFP como descrito na seção 3 (Figura 1a). Os genótipos das fêmeas Xistδ: Mecp2/Xist: Mecp2-GFP mefs foram conf...
Previamente, os XCIFs que são seletivamente exigidos para silenciar de genes XI-lig em pilhas fêmeas mamíferas foram identificados12. Nós otimizamos ainda mais potentes inibidores de moléculas pequenas para direcionar XCIFs, como ACVR1 e efetores a jusante de PDPK1, que reativam eficientemente Mecp2 em linhas de células de fibroblastos do mouse, neurônios corticais do mouse e uma célula de fibroblastos humanos linha derivada de um paciente com RTT. Estes resultados sugerem que o r...
Os autores não têm nada a revelar.
Os autores agradecem a Antonio Bedalov por fornecer reagentes; Universidade do núcleo da histologia do tecido de Virgínia para cryosectioning; Núcleo de citometria de fluxo da Universidade de Virginia para análise de citometria de fluxo; Christian Blue e SALONI Singh para assistência técnica com genotipagem. Este trabalho foi apoiado por uma concessão da pesquisa dobro do hoo a Z.Z., e por um prêmio do programa piloto do projeto da Universidade do prêmio da semente do fundo da tecnologia de Virgínia-Virgínia e do prêmio de pesquisa biomédico individual da Fundação de Hartwell a SB
Name | Company | Catalog Number | Comments |
MICE | |||
Mecp2tm3.1Bird | The Jackson Laboratory | #014610 | |
B6;129-Xist (tm5Sado) | provided by Antonio Bedalov, Fred Hutchinson Cancer Center, Seattle | ||
REAGENTS | |||
22x22 mm coverslip | FISHERfinest (Fisher Scientific) | 125488 | |
32% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
50 ml syringe | Medline Industries | NPMJD50LZ | |
60mm culture dish | CellStar | 628160 | |
7-AAD | BioLegend | 420403 | |
ammonium chloride (NH4Cl) | Fisher Chemical | A661-3 | |
anti-GFP-AlexaFluor647 | Invitrogen | A-31852 | |
anti-MAP2 | Aves Labs | MAP | |
BSA | Promega | R396D | |
Buprenorphine SR | Zoopharm | ||
citric acid | Sigma | C-1857 | |
DMSO | Fisher Bioreagents | BP231-100 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning Cellgro | 10-013-CV | |
Ethanol | Decon Labs | 2701 | |
fetal bovine serum (FBS) | VWR Life Science | 89510-198 | |
gelatin | Sigma-Aldrich | G9391 | |
glass slides | Fisherbrand | 22-034-486 | |
goat anti-chicken FITC-labeled secondary antibody | Aves Labs | F-1005 | |
GSK650394 | ApexBio | B1051 | |
hamilton 10μl syringe | Hamilton Sigma-Aldrich | 28615-U | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco | 14025-092 | |
Ketamine | Ketaset | NDC 0856-2013-01 | |
Large blunt/blunt curved scissors | Fine Science Tools | 14519-14 | |
LDN193189 | Cayman Chemicals | 11802 | |
lodixanol | Sigma | 1343517 | |
magnesium chloride (MgCl2) | Fisher Chemical | M35-212 | |
Methylcelulose | Sigma | M0262-100G | |
mounting medium with DAPI | Vectashield | H-1200 | |
Needle tip, 26 GA x 1.25" | PrecisionGlide | 305111 | |
ophthalmic ointment | Refresh Lacri-Lube | 93468 | |
optimal cutting temperature (O.C.T.) | ThermoFisher | ||
PCR mix | |||
Penicillin/Streptomycin (Pen/Strep) | Corning | 30-002-Cl | |
Phosphate buffered saline pH 7.4 (PBS) | Corning Cellgro | 46-103-CM | |
Potassium chloride (KCl) | Fisher Scientific | P330-500 | |
scalpel blades | |||
Shallow glass or plastic tray | |||
skin glue/tissue adhesive | 3M Vetbond | 1469SB | |
sodium azide | Fisher Scientific | CAS 26628-22-8 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Chemical | S642-212 | |
standard hemostat forceps | Fine Science Tools | 13013-14 | |
Standard tweezers | Fine Science Tools | 11027-12 | |
Straight iris scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | |
sucrose | Fisher Scientific | BP220-1 | |
Tris-base | Fisher Bioreagents | BP152-5 | |
Triton X-100 | Fisher Bioreagents | BP151-500 | |
Trypsin-EDTA | Gibco | 15400-054 | |
Xylazine | Akorn | NDC: 59399-111-50 | |
EQUIPMENT | |||
Zeiss AxioObserver Live-Cell microscope | Zeiss | Zeiss AxioObserver | |
0.45mm burr | IDEAL MicroDrill | 67-1000 | |
BD FACScalibur | |||
centrifuge | |||
glass homogenizer | |||
cell culture incubator | Thermo Scientific HERACELL VIOS 160i | 13-998-213 | |
Leica 3050S research cryostat | |||
stereotactic platform | |||
thermocycler | |||
Timer | |||
ultracentrifuge | Beckman Coulter Optima L-100 XP | ||
Water bath (37 ºC) | Fisher Scientific Isotemp 2239 |
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