胚移植による変異ハプロイド肢を用いたキメラ・アクセロリトの生成

歴史的に、両生類における胚組織移植は、発生生物学と再生の基本的なメカニズムを探求するための重要な技術であった。サンショウウオの種であるアキソロトルは、怪我や切断後に手足や臓器などの組織や複雑な構造を再生する印象的な能力を持っています。同様に印象的に、それらは、拒絶反応なしに、胚、少年、および成人段階^1、2、3で他の個体からの組織移植片^を受け取ることができる。手足、尾、目、頭部などの全構造を産生する胚の領域、および神経外膜およびsomiteのようなより具体的な組織を、胚間で移植してキメラ動物^{1、2、4、5、6}を産生することができる。ほぼ1世紀の間、このようなキメラ動物の研究は、再生、組織分化、サイズ制御、およびパターニング^1、7、8に関する重要な洞察を提供してきました。

過去10年間で、組織再生の多数の転写研究は、サンショウウオ再生^{9、10、11、12、13}の根底にある遺伝的プログラムに関する洞察を生み出した。これらの研究は、現在までに再生の文脈でほとんど特徴がない候補遺伝子の拡大リストに追加されました。CRISPR/Casなどの標的変異生成技術は、現在、そのような遺伝子の調査を可能にし、そのような遺伝的アプローチは、大規模なアキソロトルゲノム^14、15、16の最近のシーケンシングおよび組み立てによって大きく促進される。

我々は、再生のメカニズムを解剖することを目的として、古典的な発生生物学と新しい遺伝技術を組み合わせた技術を開発することを模索した。axolotlsおよび他のサンショウウオのハプロイド胚を生成するための方法は、数十年のために確立されています¹⁷.これらの技術は、遺伝的モデル生物¹⁸としてサンショウウオの利点であることが長い間注目されてきたが、その後の遺伝学的研究はほとんどハプロイド動物を組み込んでいる。アキソロトルのインビトロ活性化を使用して、移植のための組織ドナーとして機能するハプロイド胚を産生する^19.蛍光遺伝マーカーを持つ胚を用いて、ドナー組織からほぼ完全に導出される手足を生成するための信頼できる方法を考案しました(図1A)。これら2つの技術を組み合わせることで、ハプロイディに関連する後期胚性致死をバイパスし、完全に発達した移植されたハプロイド四肢の産生を可能にした(図1B、図1B’、および図2)。

移植前にハプロイド胚にCRISPR/Cas媒介変異を行い、変異型ハプロイド四肢を有するキメラ軸アキロリトを作り出すことで、特に四肢の発達と再生の文脈における遺伝子機能を調べる。これは潜在的に胚死性変異型から四肢の救助を可能にする。CRISPR/Casマイクロインジェクションは高度に変異した動物を生成することができるが、そのような動物は、通常、野生型対立遺伝子の保持度が高く、標的部位^14、20で様々な異なる突然変異を有する。ハプロイド細胞におけるCRISPRベースの突然変異誘発は、単一の対立遺伝子喪失機能突然変異の浸透を増加させる。このため、ハプロイド細胞株におけるCRISPRベースのスクリーニングは、多くの細胞プロセス^21、22、23の遺伝的基礎を調査するためにますます使用されている。CRISPRベースの系統トレースとハプロイド四肢芽移植プロトコルを組み合わせることで、ここで説明するアプローチは、生きている動物²⁰のハプロイド遺伝的スクリーンのプラットフォームとして役立つ。