Name: direct gene knock-out of axolotl spinal cord neural stem cells via electroporation of cas9 protein-grna complexes
Uploaded: 2019-07-09T14:00:00
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Wir danken Prof. Elly M. Tanaka für ihre kontinuierliche und langfristige Unterstützung. Diese Arbeit wurde von einem Stipendium der National Natural Science Foundation of China (NSFC) (317716), Research Starting Grants der South China Normal University (S82111 und 8S0109) und einem China Postdoctoral Science Foundation Grant (2018M633067) unterstützt.

Alle Tierversuche müssen in Übereinstimmung mit den lokalen und nationalen Vorschriften über Tierversuche und mit Genehmigung des zuständigen institutionellen Überprüfungsausschusses durchgeführt werden.
1. Vorbereitung des CAS9-gRNA RNP-Mixes
<ol><li>Entwerfen und synthetisieren sie gRNAs. HINWEIS: Siehe andere Publikationen für das Entwerfen und Synthesisieren von gRNAs, einschließlich einer Publikation, die ausschließlich Axolotls15,<sup cla...

<ol>
	<li>O'Hara, C. M., Egar, M. W., Chernoff, E. A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reorganization+of+the+ependyma+during+axolotl+spinal+cord+regeneration:+Changes+in+intermediate+filament+and+fibronectin+expression.">Reorganization of the ependyma during axolotl spinal cord regeneration: Changes in intermediate filament and fibronectin expression.</a> Developmental Dynamics. 193 (2), 103-115 (1992).</li><li>Mchedlishvili, L., Mazurov, V., Tanaka, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstitution+of+the+Central+Nervous+System+During+Salamander+Tail+Regeneration+from+the+Implanted+Neurospheres.">Reconstitution of the Central Nervous System During Salamander Tail Regeneration from the Implanted Neurospheres.</a> Plant, Soil and Environment. 916 (8), 197-202 (2012).</li><li>Nordlander, R. H., Singer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+ependyma+in+regeneration+of+the+spinal+cord+in+the+urodele+amphibian+tail.">The role of ependyma in regeneration of the spinal cord in the urodele amphibian tail.</a> Journal of Comparative Neurology. 180 (2), 349-373 (1978).</li><li>Fei, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue-+and+time-directed+electroporation+of+CAS9+protein&#8211;gRNA+complexes+in+vivo+yields+efficient+multigene+knock-out+for+studying+gene+function+in+regeneration.">Tissue- and time-directed electroporation of CAS9 protein&#8211;gRNA complexes in vivo yields efficient multigene knock-out for studying gene function in regeneration.</a> npj Regenerative Medicine. 1 (1), 16002 (2016).</li><li>Fei, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CRISPR-mediated+genomic+deletion+of+Sox2+in+the+axolotl+shows+a+requirement+in+spinal+cord+neural+stem+cell+amplification+during+tail+regeneration.">CRISPR-mediated genomic deletion of Sox2 in the axolotl shows a requirement in spinal cord neural stem cell amplification during tail regeneration.</a> Stem Cell Reports. 3 (3), 444-459 (2014).</li><li>Flowers, G. P., Timberlake, A. T., McLean, K. C., Monaghan, J. R., Crews, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+efficient+targeted+mutagenesis+in+axolotl+using+Cas9+RNA-guided+nuclease.">Highly efficient targeted mutagenesis in axolotl using Cas9 RNA-guided nuclease.</a> Development. 141 (10), 2165-2171 (2014).</li><li>Flowers, G. P., Sanor, L. D., Crews, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lineage+tracing+of+genome-edited+alleles+reveals+high+fidelity+axolotl+limb+regeneration.">Lineage tracing of genome-edited alleles reveals high fidelity axolotl limb regeneration.</a> eLife. 6, (2017).</li><li>Fei, J. -. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+gene+knockin+in+axolotl+and+its+use+to+test+the+role+of+satellite+cells+in+limb+regeneration.">Efficient gene knockin in axolotl and its use to test the role of satellite cells in limb regeneration.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 201706855. , (2017).</li><li>Nowoshilow, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+axolotl+genome+and+the+evolution+of+key+tissue+formation+regulators.">The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators.</a> Nature. 554 (7690), 50-55 (2018).</li><li>Bryant, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Tissue-Mapped+Axolotl+De+Novo+Transcriptome+Enables+Identification+of+Limb+Regeneration+Factors.">A Tissue-Mapped Axolotl De Novo Transcriptome Enables Identification of Limb Regeneration Factors.</a> Cell Reports. 18 (3), 762-776 (2017).</li><li>Smith, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+chromosome-scale+assembly+of+the+axolotl+genome.">A chromosome-scale assembly of the axolotl genome.</a> Genome Research. 373548, (2019).</li><li>Smith, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sal-Site:+Integrating+new+and+existing+ambystomatid+salamander+research+and+informational+resources.">Sal-Site: Integrating new and existing ambystomatid salamander research and informational resources.</a> BMC Genomics. 6, 1-6 (2005).</li><li>Campbell, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=et+al+Gene+expression+profile+of+the+regeneration+epithelium+during+axolotl+limb+regeneration.">et al Gene expression profile of the regeneration epithelium during axolotl limb regeneration.</a> Developmental Dynamics. 240 (7), 1826-1840 (2011).</li><li>Stewart, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+RNA-seq+Analysis+in+the+Unsequenced+Axolotl:+The+Oncogene+Burst+Highlights+Early+Gene+Expression+in.">Comparative RNA-seq Analysis in the Unsequenced Axolotl: The Oncogene Burst Highlights Early Gene Expression in.</a> the Blastema. PLoS Computational Biology. 9 (3), (2013).</li><li>Fei, J. -. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+and+optimization+of+CRISPR&#8211;Cas9-mediated+genome+engineering+in+axolotl+(Ambystoma+mexicanum).">Application and optimization of CRISPR&#8211;Cas9-mediated genome engineering in axolotl (Ambystoma mexicanum).</a> Nature Protocols. 13 (12), 2908-2943 (2018).</li><li>Holder, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+growth+of+the+motor+system+in+the+axolotl.">Continuous growth of the motor system in the axolotl.</a> Journal of Comparative Neurology. 303 (4), 534-550 (1991).</li><li>Tazaki, A., Tanaka, E. M., Fei, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salamander+spinal+cord+regeneration:+The+ultimate+positive+control+in+vertebrate+spinal+cord+regeneration.">Salamander spinal cord regeneration: The ultimate positive control in vertebrate spinal cord regeneration.</a> Developmental Biology. 432 (1), 63-71 (2017).</li><li>Albors, A. R., Tanaka, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Efficiency+Electroporation+of+the+Spinal+Cord+in+Larval+Axolotl.">High-Efficiency Electroporation of the Spinal Cord in Larval Axolotl.</a> Salamanders in Regeneration Research: Methods and Protocols. 1290, 115-125 (2015).</li><li>Albors, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=et+al+Planar+cell+polarity-mediated+induction+of+neural+stem+cell+expansion+during+axolotl+spinal+cord+regeneration.">et al Planar cell polarity-mediated induction of neural stem cell expansion during axolotl spinal cord regeneration.</a> eLife. 4, 1-29 (2015).</li><li>Cong, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplex+Genome+Engineering+Using+CRISPR/Cas+Systems.">Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems.</a> Science. 339 (6121), 819-823 (2013).</li><li>Doench, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+sgRNA+design+to+maximize+activity+and+minimize+off-target+effects+of+CRISPR-Cas9.">Optimized sgRNA design to maximize activity and minimize off-target effects of CRISPR-Cas9.</a> Nature Biotechnology. 34 (2), 184-191 (2016).</li><li>Graham, D. B., Root, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resources+for+the+design+of+CRISPR+gene+editing+experiments.">Resources for the design of CRISPR gene editing experiments.</a> Genome Biology. 16 (1), 260 (2015).</li><li>Khattak, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+axolotl+(Ambystoma+mexicanum)+husbandry,+breeding,+metamorphosis,+transgenesis+and+tamoxifen-mediated+recombination.">Optimized axolotl (Ambystoma mexicanum) husbandry, breeding, metamorphosis, transgenesis and tamoxifen-mediated recombination.</a> Nature Protocols. 9 (3), 529-540 (2014).</li></ol>

Das beschriebene Protokoll ermöglicht zeit- und raumbeschränkte Gen-Knock-out in den NSCs im Axolotl-Rückenmark. Das aktuelle Protokoll ermöglicht eine spezifische Ausrichtung von NSCs zu einem definierten Zeitpunkt und Ort mit hoher Penetranz. Es vermeidet mögliche unerwünschte Effekte, die durch Gen-Knock-out in NSCs in anderen Regionen wie dem Gehirn entstehen, die bei der Verwendung des Cre-LoxP-Systems auftreten. Es vermeidet auch Entwicklungseffekte, die von einem anhaltenden Knock-out ausgehen, so dass die U...

Das Rückenmark der meisten Wirbeltiere kann sich nach verletzungen nicht regenerieren, was zu einer bleibenden Behinderung führt. Mehrere Salamander, wie das Axolotl, sind bemerkenswerte Ausnahmen. Das Axolotl kann ein strukturell identisches Rückenmark vollständig regenerieren und die Funktion des Rückenmarks vollständig wiederherstellen. Ein Großteil der Regenerationsfähigkeit des Axolotl Rückenmarks ist auf ependymale Zellen zurückzuführen. Diese Zellen säumen den zentralen Kanal, und im Gegensatz zu denen bei Säugetieren bleiben Axolotl-Ependymale Zellen als neuronale Stammzellen (NSCs) nach der embryonalen Entwicklung erhalten. Nach einer Rückenmarksverletzung (z.B. durch eine Schwanzamputation) vermehren sich diese NSCs, um die ependymale Röhre nachzuwachsen und sich zu unterscheiden, um verlorene Neuronen1,2,3zu ersetzen. Die Aufdeckung, wie Axolotl Rückenmarks-NSCs pluripotent bleiben und nach einer Verletzung aktiviert werden, kann wertvolle Informationen über die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien für menschliche Patienten liefern.
Aufgrund der Fortschritte in der CRISPR-Cas9-Gen-Knock-out-Technik ist die Durchführung von Knock-outs zur Entschlüsselung der Genfunktion einfacher geworden und hat sich bei verschiedenen Arten, einschließlich Axolotls4,5, 6 , 7 , 8. Die kürzliche Veröffentlichung des vollständigen Axolotl-Genoms und Transkriptoms ermöglicht es nun, jeden genomischen Ort gezielt zu betrachten und die Off-Target-Effekte9,10,11,12 besser zu bewerten. , 13 , 14. Optimierte Protokolle wurden für Knock-out und Knock-in in Axolotls mit dem CRISPR-Cas9 System15entwickelt. Die Lieferung der CRISPR-Cas9-Maschinerie in Form von CAS9-Protein-gRNA-Ribonucleoprotein (RNP) hat sich als effizienter erwiesen als die Verwendung von Cas9- und gRNA-kodierenden Plasmiden4. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die RNP kleiner ist als Plasmidvektoren, ihre Fähigkeit, DNA-Brüche sofort zu erstellen, und der Schutz der gRNA vor DEM RNA-Abbau. Darüber hinaus wird die Transkription und Übersetzung durch RNPs umgangen; Somit vermeidet es Probleme wie Diebesstärke und optimale Codon-Nutzung, wenn Plasmidelemente von einer anderen Spezies abgeleitet werden.
Funktionsverluststudien sind eine der allgemeinen Ansätze zur Untersuchung potenzieller Funktionen von Genen von Interesse. Um die Genfunktion während der Regeneration zu untersuchen, sollte idealerweise ein Knock-out kurz vor einer Verletzung durchgeführt werden, um Auswirkungen auf die Entwicklung zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Knock-out sowohl auf die NSCs als auch auf die Region der Regeneration beschränkt werden. Ein Knock-out des Zielgens in allen NSCs (einschließlich der im Gehirn, was bei Cre-LoxP-Systemen der Fall ist), kann Effekte erzeugen, die nicht mit der Regeneration zusammenhängen und die Interpretation der Ergebnisse verwirren können. Glücklicherweise bietet die Struktur des Axolotl Rückenmarks eine einzigartige Möglichkeit für zeit- und raumbeschränkte Knock-out in NSCs. Die meisten Spinalmark NSCs sind in Kontakt mit dem zentralen Kanal und bilden die überwiegende Mehrheit der Zellen in Kontakt mit dem zentralen Kanal16,17. Daher ermöglicht eine Injektion des CAS9-gRNA-Komplexes in den zentralen Kanal, gefolgt von Elektroporation, die Lieferung an Rückenmarks-NSCs in einem gewünschten Bereich zu einem bestimmten Zeitpunkt4,18,19. Dieses Protokoll zeigt, wie dies geschieht, was zu einem stark durchdringenden Knock-out in den zielgerichteten Rückenmarks-NSCs führt. Anschließend werden anschließend Analysen durchgeführt, um die Auswirkungen auf die Regeneration und das NSC-Verhalten zu untersuchen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1355px;" width="1354">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Agarose</td>
			<td style="width:455px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:241px;">A9539</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">&#65279;Benzocaine</td>
			<td style="width:455px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:241px;">E1501-100G</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="140">
			<td height="140" style="height:140px;width:492px;">&#65279;Benzocaine 0.03 % (wt/vol)</td>
			<td style="width:455px;">Mix 500 ml of 10&#215; TBS, 500 ml of 400% (wt/vol) Holtfreter&#8217;s solution and 30 ml of 10% (wt/vol) benzocaine stock solution. Fill up the volume to 10 L with dH2O. &#65279;The solution can be stored at room temperature for up to 6 months.</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:492px;">&#65279;Benzocaine 10 % (wt/vol)</td>
			<td style="width:455px;">Mix 50 g of benzocaine in 500 ml of 100% (vol/vol) ethanol. The solution can be stored at room temperature for up to 12 months.</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Borosilicate glass capillaries &#65279;1.2 mm O.D., 0.94 mm I.D.</td>
			<td style="width:455px;">Stutter Instrument&#160;</td>
			<td style="width:241px;">BF120-94-8</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:492px;">CaCl2&#183;2H2O</td>
			<td style="width:455px;">Merck</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;102382</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:492px;">CAS9 buffer, 10x</td>
			<td style="width:455px;">Mix 200 mM HEPES and 1.5 M KCl in RNase-free water. Adjust pH to 7.5. Filter sterilize, aliquot and store at &#8722;20 &#176;C for up to 24 months</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">&#65279;CAS9-NLS protein&#160;&#160;</td>
			<td style="width:455px;">PNA Bio</td>
			<td style="width:241px;">CP03</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Cell culture dishes, 10cm</td>
			<td style="width:455px;">Falcon</td>
			<td style="width:241px;">351029</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Dumont #5 - Fine Forceps</td>
			<td style="width:455px;">Fine Scientific Instruments</td>
			<td style="width:241px;">11254-20</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Electroporator</td>
			<td style="width:455px;">Nepa Gene&#160;</td>
			<td style="width:241px;">NEPA21</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="56">
			<td height="56" style="height:56px;width:492px;"></td>
			<td style="width:455px;">BEX</td>
			<td style="width:241px;">Pulse Generator CUY21EDIT II</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Fast Green FCF</td>
			<td style="width:455px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:241px;">F7252-5G</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="56">
			<td height="56" style="height:56px;width:492px;">Fast Green FCF Solution, 5x</td>
			<td style="width:455px;">Dissolve 12.5 mg of Fast Green FCF powder in 10 mL of 1&#215; PBS.</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Flaming/Brown Micropipette Puller&#160;</td>
			<td style="width:455px;">Stutter Instrument&#160;</td>
			<td style="width:241px;">P-97</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:492px;">&#65279;Holtfreter&#8217;s solution 400% (wt/vol)&#160;</td>
			<td style="width:455px;">&#65279;Dissolve 11.125 g of MgSO4&#183;7H2O, 5.36 g of CaCl2&#183;2H2O, 158.4 g of NaCl and 2.875 g of KCl in 10 L of dH2O. The solution can be stored at room temperature for up to 6 months.</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">KCl</td>
			<td style="width:455px;">Merck</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;104936</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:492px;">MgSO4&#183;7H2O</td>
			<td style="width:455px;">Merck</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;105886</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Microloader pipette tips</td>
			<td style="width:455px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:241px;">5242956003</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Micromanipulator&#160;</td>
			<td style="width:455px;">Narishige</td>
			<td style="width:241px;">MN-153&#160;</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">NaCl</td>
			<td style="width:455px;">Merck</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;106404</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Pneumatic PicoPump</td>
			<td style="width:455px;">World Precision Instruments&#160;</td>
			<td style="width:241px;">SYS-PV830</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Ring Forceps</td>
			<td style="width:455px;">Fine Scientific Instruments</td>
			<td style="width:241px;">11103-09</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Stereomicroscope</td>
			<td style="width:455px;">Olympus</td>
			<td style="width:241px;">SZX10&#160;</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:492px;">Tris base</td>
			<td style="width:455px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;T6066</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="112">
			<td height="112" style="height:112px;width:492px;">Tris-buffered saline, 10x</td>
			<td style="width:455px;">&#65279;Dissolve 24.2 g of Tris base and 90 g of NaCl in 990 ml of dH2O. Adjust pH to 8.0 by adding 10 ml of 37% (vol/vol) HCl. The solution can be stored at room temperature for up to 6 months.</td>
			<td style="width:241px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="56">
			<td height="56" style="height:56px;width:492px;">Tweezers w/Variable Gap 2 Round Platinum Plate Electrode, 10mm diameter</td>
			<td style="width:455px;">Nepa Gene&#160;</td>
			<td style="width:241px;">&#65279;CUY650P10</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
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direct gene knock-out of axolotl spinal cord neural stem cells via electroporation of cas9 protein-grna complexes

Das Axolotl hat die einzigartige Fähigkeit, sein Rückenmark vollständig zu regenerieren. Dies ist weitgehend auf die ependymalen Zellen zurückzuführen, die im Laufe des Lebens als neuronale Stammzellen (NSCs) verbleiben, die sich vermehren, um die ependymale Röhre zu reformieren und sich nach einer Rückenmarksverletzung in verlorene Neuronen zu differenzieren. Die Entschlüsselung, wie diese NSCs die Pluripotenz nach der Entwicklung beibehalten und sich bei Rückenmarksverletzungen vermehren, um die exakte Vorverletzungsstruktur zu reformieren, kann wertvolle Einblicke in die Art und Weise liefern, wie sich das Rückenmark von Säugetieren regenerieren kann, sowie mögliche Behandlungsmöglichkeiten. Die Durchführung von Gen-Knock-outs in bestimmten Teilmengen von NSCs innerhalb eines begrenzten Zeitraums wird es ermöglichen, die molekularen Mechanismen hinter diesen regenerativen Prozessen zu untersuchen, ohne durch entwicklungsstörende Effekte verwirrt zu werden. Hier wird eine Methode beschrieben, um Gen-Knock-out in Axolotl Rückenmarks-NSCs mit dem CRISPR-Cas9-System durchzuführen. Durch die Injektion des CAS9-gRNA-Komplexes in den Zentralkanal des Rückenmarks, gefolgt von Elektroporation, werden Zielgene in NSCs innerhalb bestimmter Regionen des Rückenmarks zu einem gewünschten Zeitpunkt ausgeschlagen, was molekulare Studien von Rückenmarks-NSCs während erneuerung.

Die Injektion und Elektroporation des CAS9-gRNA-Komplexes gegen Sox2 in den Axolotl-Rückenmarks-Zentralkanal führte zu einem massiven Verlust der SOX2-Immunreaktivität bei der Mehrheit der Spinalband-NSCs, wobei gRNA gegen Tyrosinase (Tyr) als Kontrolle fungierte (Abbildung 2 A). B3-Tubulin (mit TUJ1 gefärbt) ist ein Marker für Neuronen und wurde nicht in NSCs exprimiert, und SOX2- TUJ1-Zellen, die den zentralen Kanal umgeben, wurden als Zellen betrachtet, die ...

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Direct Gene Knock-out of Axolotl Spinal Cord Neural Stem Cells via Electroporation of CAS9 Protein-gRNA Complexes

Direkter Gene Knock-out von Axolotl Spinal Cord Neural Stem Cells via Electroporation of CAS9 Protein-gRNA Complexes

Hier wird ein Protokoll zur Durchführung zeit- und raumbeschränkter Gen-Knock-out in Axolotl-Rückenmarksen vorgestellt, indem der CAS9-gRNA-Komplex in den Zentralkanal des Rückenmarks injiziert wird, gefolgt von Elektroporation.

The axolotl has the unique ability to fully regenerate its spinal cord. This is largely due to the ependymal cells remaining as neural stem cells (NSCs) ...

Dieses Protokoll ermöglicht schnelle und stark durchdringende Zeit und raumbeschränkte Gen-Knock-outs in axolotl spinalen Neuronalstammzellen für die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Rückenmarksregeneration. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung der Genfunktion in neuronalen Stammzellen, deren medizinische Regeneration, ohne durch Entwicklungseffekte oder Effekte anderer Zelltypen verwirrt zu werden. Axolotl neuronale Stammzellen tragen wesentlich zu ihrer Fähigkeit bei, ihre Rückenmarkse zu regenerieren.Das Verständnis von Regenerationsmechanismen könnte zu Erkenntnissen für die Entwicklung von Behandlungen für menschliche Rückenmarksverletzungen führen. Diese Methode gibt Einen Einblick, wie axolotl neuronale Stammzellen eine regenerative Reaktion auf Rückenmarksverletzungen montieren. Die richtige Positionierung der Injektionskapillare in die Mittelsäule des Rückenmarks kann eine Herausforderung sein und das Üben an Versuchstieren hilft bei der Beherrschung der Technik.Ein Blick auf die Verwaltung kann zeigen, wie die Injektion durchzuführen und wie eine erfolgreiche Injektion aussieht. Um die Cas9-Führung RNA ribonuclear Protein-Mischung vorzubereiten, mischen Sie fünf Mikrogramm Cas9 KernlokalisierungSequenz Protein, vier Mikrogramm Guide RNA, und 0,9 Mikroliter von 10X Cas9 Puffer. Dann bringen Sie das Gesamtvolumen auf 10 Mikroliter mit nukleasefreiem Wasser und speichern Sie die Cas9-Führung RNA ribonukleare Proteinmischung bei minus 80 Grad Celsius, wenn sie nicht sofort verwendet wird.Für die Herstellung von Agarose-Elektroporationsplatten 200 Milliliter 2%Agarose in Dulbeccos PBS zubereiten und das Gemisch in einer Mikrowelle auflösen. Nach leichter Abkühlung die flüssige Agarose in 10-Zentimeter-Petrischalen in eine Tiefe von etwa 10 Millimetern gießen und die Platten bei Raumtemperatur erstarren lassen. Wenn die Agarose fest an der Berührung ist, verwenden Sie ein chirurgisches Skalpell, um einen Schlitz in der Agarose jeder Schale zu schneiden, um den Schwanz gerade zu halten, einen Brunnen, um den Körper des Tieres zu passen, und zwei zusätzliche Brunnen, um die Elektroden zu halten.Dann legen Sie die Platten auf Eis und füllen Sie sie bis zum Rand mit eiskalten DPBS. Um den Elektroporator zu konfigurieren, stellen Sie den Poring-Impuls auf einen bipolaren Impuls bei 70 Volt mit einer Dauer von fünf Millisekunden, einem Intervall von 50 Millisekunden und ohne Spannungsabfall ein. Stellen Sie den Übertragungsimpuls auf vier bipolare Impulse von 40 Volt mit einer Dauer von 50 Millisekunden, einem Intervall von 999 Millisekunden und einem Spannungsabfall von 10 % ein.Dann verbinden Sie die Elektroden mit dem Elektroporator und stellen Sie die Pinzette so ein, dass sie sieben Millimeter voneinander entfernt sind, bevor sie die Elektroden in ein Becherglas von PBS eintauchen. Um Glas-Mikroinjektionskapillaren vorzubereiten, führen Sie einen Rampentest an einem Mikropipette-Zieher gemäß den Anweisungen des Herstellers durch, um den Wärmewert zu bestimmen. Dann ziehen Sie Injektionskapillaren mit verjüngten Enden mit den angegebenen Parametern.Nach dem Ziehen verwenden Sie ein Stereomikroskop und feine Zangen, um die Kapillare in einem Winkel zu brechen, so dass sie eine schräge Spitze an einer Position hat, wo die Spitze dünn genug ist, um den zentralen Kanal der Axolotl-Wirbelsäule anzugreifen, während sie stark genug bleibt, um die Haut zu durchbohren. Vor dem Beladen der Spitze eine schnelle grüne FCF-Lösung in das ribonukleare Proteingemisch im Verhältnis eins bis 30 geben und mit einer Gel-Ladepipettenspitze etwa fünf Mikroliter der Injektionsmischung in die Kapillare laden. Dann montieren Sie die Kapillare auf der pneumatischen Pumpe mit der geneigten Spitze nach unten.Um die pneumatische Pumpe zu konfigurieren, stellen Sie den Haltepunkt auf 0,5 Pfund pro Quadratzoll, den Auswurf auf zwei Pfund pro Quadratzoll-Halt und die Dauer auf Gated. Um die Kapillar- und Pumpeneinstellungen zu testen, tauchen Sie die Kapillare in einen Tropfen Wasser und drücken Sie das Fußpedal, um sie zu injizieren. Die Injektionsmischung sollte in einem langsamen, aber stetigen Strom herauskommen.Um das ribonukleare Proteingemisch zu injizieren, kippen Sie die Axolotls, die kopfüber in das Wasser injiziert werden sollen, um die Sedierung zu bestätigen, und verwenden Sie Ringzange, um ein Tier auf ein Silikonbett zu übertragen, wobei die linke Seite des Tieres nach oben zeigt und der Schwanz nach rechts zeigt. Positionieren Sie die Injektionsstelle in der Mitte des Sichtfeldes des Stereomikroskops und stellen Sie den Mikromanipulator so ein, dass die Kapillare in einem 60-Grad-Winkel von der rechten Seite des Sichtfeldes in das Tier eindringt. Nach der Identifizierung des Rückenmarks und des zentralen Kanals, bewegen Sie die Kapillare langsam in Richtung des zentralen Kanals des Rückenmarks, bis es sanft die Haut und den Muskel durchdringt.Wenn die Kapillare in Position ist, drücken und halten Sie das Fußpedal gedrückt, um die Mischung in den zentralen Kanal zu injizieren. Wenn die Kapillare richtig platziert wurde, breitet sich das ribonukleare Proteingemisch entlang des zentralen Kanals als blaue Linie in beide Richtungen aus. Es kann schwierig sein, die Kapillare richtig zu positionieren.Wenn sich die Mischung nicht richtig ausbreitet, stellen Sie die Kapillarposition in kleinen Schritten ein, während Sie das Fußpolster gedrückt halten. Halten Sie das Fußpedal so lange gedrückt, bis die Mischung das Terminalvesikel am Ende des Rückenmarks und die Ventrikel im Gehirn erreicht. Es kann notwendig sein, den Auswurfdruck während der Injektion einzustellen.Unmittelbar nach der Injektion verwenden Sie Ringzange, um das Tier auf die vorbereitete Agarose-Elektroporationsplatte auf Eis zu übertragen und den Schwanz in den Schlitz zu legen, so dass er von der Agarose eingeklemmt wird. Legen Sie die Elektroden in die Brunnen auf beiden Seiten des Schwanzes, wobei darauf zu achten ist, dass das gesamte Tier und die Elektroden mit eiskaltem PBS bedeckt sind, und drücken Sie den Fußschalter, um die Elektroporation zu starten. Dann geben Sie das Tier mit Überwachung bis zur vollständigen Genesung ins Wasser zurück und injizieren und elektroporate die nachfolgenden Tiere auf die gleiche Weise.Um die Effizienz des Knock-out auf Proteinebene zu bewerten, erhalten Sie einen Querschnitt des Schwanzes und führen Sie immunhistochemische Analysen nach Standardprotokollen durch. Alternativ extrahieren Sie das elektroporated Rückenmark und lyse die Probe, um die DNA zu erhalten. Führen Sie dann genotypiierende PCR durch, gefolgt von Sanger-Sequenzierung oder Sequenzierung der nächsten Generation, um den Prozentsatz der bearbeiteten genetischen Loci zu bewerten.Die Injektion und Elektroporation von Cas9-Führungs-RNA-Komplexen gegen Sox2 in den Axolotl-Rückenmarks-Zentralkanal führt zu einem massiven Verlust der Sox2-Immunreaktivität in der Mehrheit der neuralen Stammzellen des Rückenmarks, die die Injektion und Elektroporation von Cas9-Führungs-RNA-Komplexen gegen Tyrosinase als Kontrolle verglichen. Die Quantifizierung von Sox2-positiven Zellen in Gewebeproben des Rückenmarksgewebes zeigt eine signifikant reduzierte Anzahl von Sox2-exezierenden Zellen in Cas9 Sox2-Führungs-RNA-Elektroporation-Knock-out-Tieren, was darauf hindeutet, dass diese Methode zu einem effizienten und stark durchdringenden Gen-Knock-out in neuronalen Stammzellen des Rückenmarks führt. Nach gleichzeitiger Injektion und Elektroporation von zwei Cas9-Führungs-RNA-Komplexen gegen Sox2 und GFP in transgene Axolotle mit allgegenwärtiger GFP-Expression wird ein hoher Anteil an neuronalen Doppel-Knock-out-Stammzellen beobachtet, was darauf hindeutet, dass das Protokoll verwendet werden kann, um mehrere Gene flexibel auszuschalten.Es ist hilfreich, zu üben, den zentralen Kanal mit einer Kapillare zu zielen und Formel mit den Fehlerbehebungsschritten für wenn die Injektion nicht wie erwartet funktioniert. Diese Technik ermöglicht es Forschern, die Funktionen von Genen in neuronalen Stammzellen zu untersuchen, die spezifisch für die Regeneration sind. Achten Sie bei der Manipulation der Kapillare darauf, dass Sie nicht auf Ihre eigenen Finger stechen.

Research

JoVE Journal

Genetics

Selection-dependent and Independent Generation of CRISPR/Cas9-mediated Gene Knockouts in Mammalian Cells

Selektionsabhängige und unabhängige Erzeugung von CRISPR / Cas9-vermittelten Gen-Knockouts in Säugetierzellen

The CRISPR/Cas9 genome engineering system has revolutionized biology by allowing for precise genome editing with little effort. Guided by a single guide ...

Forschung

Genetik

A Standard Methodology to Examine On-site Mutagenicity As a Function of Point Mutation Repair Catalyzed by CRISPR/Cas9 and SsODN in Human Cells

Eine Standardmethodik, vor-Ort-Mutagenität als Funktion der Punktmutation Reparatur katalysiert durch CRISPR/Cas9 und SsODN in den menschlichen Zellen zu untersuchen

Combinatorial gene editing using CRISPR/Cas9 and single-stranded oligonucleotides is an effective strategy for the correction of single-base point ...

Microinjection of CRISPR/Cas9 Protein into Channel Catfish, Ictalurus punctatus, Embryos for Gene Editing

Microinjection of CRISPR/Cas9 Protein into Channel Catfish, Ictalurus punctatus, Embryos for Gene Editing

Mikroinjektion CRISPR/Cas9 Protein in Channel Catfish, Ictalurus Punctatus, Embryonen für Gene Editing

The complete genome of the channel catfish, Ictalurus punctatus, has been sequenced, leading to greater opportunities for studying channel catfish gene ...

A Protocol for the Production of Integrase-deficient Lentiviral Vectors for CRISPR/Cas9-mediated Gene Knockout in Dividing Cells

Ein Protokoll für die Produktion der Integrase-defizienten Lentivirale Vektoren für CRISPR/Cas9-vermittelte Gen Knockout in teilenden Zellen

Lentiviral vectors are an ideal choice for delivering gene-editing components to cells due to their capacity for stably transducing a broad range of cells ...

Highly Efficient Gene Disruption of Murine and Human Hematopoietic Progenitor Cells by CRISPR/Cas9

Hocheffiziente gen Störung der murinen und menschlichen hämatopoetischen Vorläuferzellen von CRISPR/Cas9

Advances in the hematopoietic stem cell (HSCs) field have been aided by methods to genetically engineer primary progenitor cells as well as animal models. ...

Endogenous Protein Tagging in Human Induced Pluripotent Stem Cells Using CRISPR/Cas9

Endogene Protein Tagging in menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen mit CRISPR/Cas9

A protocol is presented for generating human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) that express endogenous proteins fused to in-frame&#160;N- or ...

Preparation and Gene Modification of Nonhuman Primate Hematopoietic Stem and Progenitor Cells

Vorbereitung und gentechnische Veränderung von Nichtmenschen Primas hämatopoetischen Stammzellen und Vorläuferzellen

Hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) transplantation has been a cornerstone therapy for leukemia and other cancers for nearly half a century, ...

Using Sniper-Cas9 to Minimize Off-target Effects of CRISPR-Cas9 Without the Loss of On-target Activity Via Directed Evolution

Verwendung von Sniper-Cas9, Off-Target Auswirkungen von CRISPR-Cas9 ohne den Verlust der Zielaktivität durch gerichtete Evolution

The development of clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated protein 9 (Cas9) into therapeutic modalities requires the ...

CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein-mediated Precise Gene Editing by Tube Electroporation

CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein-vermittelte präzise Genbearbeitung durch Tube Electroporation

Gene editing nucleases, represented by CRISPR-associated protein 9 (Cas9), are becoming mainstream tools in biomedical research. Successful delivery of ...

Generation of Defined Genomic Modifications Using CRISPR-CAS9 in Human Pluripotent Stem Cells

Generierung definierter genomischer Modifikationen mit CRISPR-CAS9 in humanen pluripotenten Stammzellen

Human pluripotent stem cells offer a powerful system to study gene function and model specific mutations relevant to disease. The generation of precise ...