通过“Acufection”和它的皮肤研究中的应用的经济型DNA递送系统的开发
Summary
这个协议是用于在小鼠皮肤中表达裸质粒DNA具有成本效益的选择。该协议的总体目标是提供免疫相关基因植入皮肤组织划定的皮肤炎症特定基因的功能作用。
Abstract
在皮肤的免疫反应的失调与许多人的皮肤疾病有关。免疫相关基因直接转移到皮肤组织是一个令人着迷的方法来研究人类疾病的小鼠模型皮肤炎症的免疫调节。这里，我们提出具有成本效益的协议，它在小鼠皮肤递送裸DNA，并导致转基因表达。该方法被精压“acufection”，表示ACU穿刺介导的DNA转染 。为了执行acufection，小鼠皮肤首先用DNA注入在磷酸盐缓冲盐水（PBS），然后与针灸针束轻轻一竖以促进DNA的吸收和转染到细胞中。质粒DNA被推测采取了由角质形成细胞和皮肤中的树突细胞（DC），并表示成蛋白质。用针本身的机械刺没有造成皮肤损伤或诱导角质细胞活化。表达方式转染基因的是在皮肤在以下acufection 2天转录和翻译水平检测和维持达7天。这种acufection方法发展的主要目标是调查IL-15的先前未定义的亚型。使用这种方法，一个可变剪接IL-15同种型有部分缺失的外显子7（IL-15ΔE7）是在皮肤中表达，随后与Toll样受体7（TLR7）激动剂，咪喹莫特（IMQ）处理，以诱导炎症。 Acufection递送皮肤IL-15ΔE7抑制角质形成细胞增殖，表皮厚度和中性粒细胞募集中IMQ诱导的皮肤炎症。与在确定皮肤炎症的调节机制越来越大的兴趣，所述这里描述的协议提供了一种成本效益的和通用的替代基因枪系统或microseeding用于体内 DNA递送。这可能潜在地允许一个新颖的功能的发现基因在皮肤或调查的用于皮肤疾病的新疗法。
Introduction
皮肤是机体防御的第一线。角质形成细胞（KCS）在人类和小鼠的皮肤中的主要细胞类型。响应环境刺激（ 例如阳光，氧气，化学品和病原侵入），枯否细胞被活化并产生宽促炎细胞因子和趋化因子如IL-8，IL-6，IL-1α，IL-1β，TNF-α的阵列α和GM-CSF 1。他们一起引发免疫细胞在皮肤的招聘。加重皮肤炎症常常与许多人类疾病，包括急性异位接触性皮炎，慢性T细胞介导的炎症（ 例如过敏性接触性皮炎和银屑病）2相关联。通过抑制KC活化调节皮肤炎症反应是治疗皮肤炎症一个可行的办法。本协议描述了一种新方法，瞬时表达在表皮细胞因子基因，以研究免疫RESponse继发于皮肤这样的处理。
表皮组成的皮肤最表面的一层。它作为一个物理屏障保持外部物质如核酸和病原体进入皮肤的更深层这样。一些无针技术已经建立了表皮DNA转移3，4。在溶液中的DNA或与阳离子脂质体或腺病毒载体相关联的已被直接施加到与技术修饰表皮如除去角质层的或与脱毛试剂的治疗。角化上皮的去除促进DNA交叉的表皮屏障，并与角质形成细胞和朗格汉斯细胞相互作用以诱导免疫应答5。虽然大的表面积可用于DNA转移而这种做法不涉及针，也有缺点，包括要求对于大批量DNA（10 – 100微克），在皮肤上的苛刻处理通过汽提，并且在没有诱导DNA递送增压器6在免疫动物的免疫应答的结果不一致。裸DNA到皮肤的微粒介导的细胞内递送已被证明是高效的和可再现的用于诱导免疫应答7,8。一种手持式基因枪已被用于轰击皮肤目标部位用质粒DNA包被的金颗粒直径微米大小2通过加压氦气气流9的装置。质粒DNA被想必在皮肤采取了由KCsand树突细胞（DC）和蛋白质被局部表示或树突10被输送到引流淋巴结。尽管基因枪系统简单，需要有限的技术经验，为准备和提供的“DNA BUL成本让“（ 即金粉末，氦气）和基因枪本身限制了它的一般应用。另外，当实验在不同的位置进行了氦气输送系统的要求限制了便于基因枪交通工具。Microseeding已经证明，以实现基因转移比单次注射和粒子轰击11的更高的效率。Microseeding使用纹身枪无需使用微粒珠递送DNA至皮肤11。振荡上使用该方法对皮肤的微针是有可能直接刮细胞膜，从而在同一时间传送到DNA多个小区。然而，随着大量注射用0.254毫米直径针相关的疼痛是不利的。
在这里，我们提供一种替代的方法来在体内 DNA递送。该“acufection” </str翁>我们在这里描述的方案提供了一种经济和有效的方式来在小鼠皮肤递送质粒DNA。简言之，将10针灸针（直径0.2mm×13毫米长）在通过胶粘带束被束缚。将10μL的PBS用含有感兴趣的转基因的质粒DNA的10微克体积置于剃毛，脱毛霜处理的侧面上的皮肤。通过使用针刺针束产生振荡的皮肤表面（1厘米×1cm）的，在角质层的角蛋白被松开，并且施加到所述表面上的质粒DNA被吸收进入表皮。皮肤损害进行监测，发现是最小的。在acufected皮肤转基因的表达通过定量实时PCR（定量RT-PCR）和ELISA证实。使用IMQ处理的小鼠模型12 acufection递送IL-15ΔE7对皮肤炎症的免疫调节效果进行了论证。虽然acufection证明是一个简单的，少DEMAnding方法用于体内 DNA递送，DNA为不同的基因和时代刺破皮肤的最佳量必须仔细优化以获得可再现的结果。
Protocol
Representative Results
Discussion
以确保acufected质粒DNA的表达中最关键的步骤是均匀振荡并松开皮肤的角质层。同时轻轻推针不切开皮肤，用力要够硬踏面。为了便于在上1厘米×1cm的表面积10μLDNA溶液吸收，针应当振荡在30秒为约100倍向上和向下。可以确定需要刺破皮肤上的力和通过注意的是需要得到acufected基因的最佳表达水平的次数。
修饰质粒DNA的量施加到达到表达的令人满意的程度，可能需要acufection后，…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是由科学技术部资助项目（MOST 103-2633-B-002-002; 104-2320-B-002-048）。我们感谢博士。贝蒂吴和谢建库·李在台大，利·泽博尼在斯坦福大学和彼得·奥夫曼博士在夏威夷大学读书的手稿，尤恩·奇恩台大技术援助，以及文奇·韦博士在农业生物技术研究中心中央研究院的技术咨询。
Materials
| Accu Handy Needle | Accu | 36Gx0.5 | Medical device |
| NairTM Lotion | Church & Dwight | N/A | Use to remove hair |
| Shandon Xyline substitute | Thermo Fisher Scientific | 6764506 | Deparaffinization |
| Avertin (2,2,2-Tribromethanol) | Sigma-Aldrich | T4,840-2 | Anesthesia |
| 2-methyl-2-butanol | Sigma-Aldrich | 152463 | Solvent for the dissolution of avertin |
| DifcoTM LB broth, Miller | BD | 244620 | Propagation and maintenance of E. coli for molecular biology |
| QIAGENⓇ Plasmid Midi Kit | QIAGEN | 12143 | Purification of plasmid DNA from E. coli |
| Mouse IL-15/IL-15R Complex ELISA Ready-SET-Go kit | eBioscience | 88-7215 | Measure IL-15 protein |
| Anti-mouse Ly6G | BioLegend | 127601 | Antibody used for immunohistochemical stain |
| anti-mouse Ki-67 | eBioscience | 14-5698-80 | Antibody used for immunohistochemical stain |
| Simple Stain Mouse MAXPO (Rat) | Nichirei Biosciences | 414341F | Reagent to block background signal in mouse-on-mouse stain |
| DAB Peroxidase (HRP) Substrate Kit | Vector Laboratories | SK-4100 | Peroxidse substrate for immunohistochemical stain |
| Ultra V block | Thermo Fisher Scientific | TA-060-UB | Reduce nonspecific background staining |
| Methyl green | Sigma-Aldrich | M8884 | Nuclear staining |
| Vecta MountTM | Vector Laboratories | M-5000 | Permanently preserving histochemical stains |
| Protease inhibitor cocktail tablets | Roche | 04-693-116-001 | Inhibit protease activity in cell lysate |
| Aldara cream | 3M Parmaceuticals | N/A | 5% imiquimod cream |
| Bessman Tissue Pulverizer | Spectrum Labs | 189475 | Use to pulverize skin tissue |
| ABI7900HT cycler | Thermo Fisher Scientific | N/A | quantitative real-time PCR assay |
| Camcorder | Panasonic | HDC-SD60 | Image documentation |
| Axio Scope.A1 | ZEISS | N/A | Bright-field microscopy |
| ScanScopeⓇ XT | Aperio | N/A | Whole-field image scanner |
| MetaMorphⓇ Research Imaging | Molecular Devices | N/A | Quantitative analysis of skin thickness and immune-reactive cells |
Riferimenti
- Effendy, I., Loffler, H., Maibach, H. I. Epidermal cytokines in murine cutaneous irritant responses. Journal of applied toxicology : JAT. 20, 335-341 (2000).
- Nestle, F. O., Di Meglio, P., Qin, J. Z., Nickoloff, B. J. Skin immune sentinels in health and disease. Nature reviews. 9, 679-691 (2009).
- Liu, L. J., et al. Topical application of HIV DNA vaccine with cytokine-expression plasmids induces strong antigen-specific immune responses. Vaccine. 20, 42-48 (2001).
- Lu, B., Federoff, H. J., Wang, Y., Goldsmith, L. A., Scott, G. Topical application of viral vectors for epidermal gene transfer. J Invest Dermatol. 108, 803-808 (1997).
- Partidos, C. D. Delivering vaccines into the skin without needles and syringes. Expert Rev Vaccines. 2, 753-761 (2003).
- Peachman, K. K., Rao, M., Alving, C. R. Immunization with DNA through the skin. Methods. 31, 232-242 (2003).
- Yang, N. S., Burkholder, J., Roberts, B., Martinell, B., McCabe, D. In vivo and in vitro gene transfer to mammalian somatic cells by particle bombardment. Proc Natl Acad Sci U S A. 87, 9568-9572 (1990).
- Tang, D. C., DeVit, M., Johnston, S. A. Genetic immunization is a simple method for eliciting an immune response. Nature. 356, 152-154 (1992).
- Haynes, J. R. Particle-mediated DNA vaccine delivery to the skin. Expert Opin Biol Ther. 4, 889-900 (2004).
- Tuomela, M., et al. Biodistribution and general safety of a naked DNA plasmid, GTU-MultiHIV, in a rat, using a quantitative PCR method. Vaccine. 23, 890-896 (2005).
- Eriksson, E., et al. In vivo gene transfer to skin and wound by microseeding. J Surg Res. 78, 85-91 (1998).
- Lee, T. L., et al. An alternatively spliced IL-15 isoform modulates abrasion-induced keratinocyte activation. J Invest Dermatol. 135, 1329-1337 (2015).
- Rudy, S. J. Imiquimod (Aldara): modifying the immune response. Dermatol Nurs. 14, 268-270 (2002).
- van der Fits, L., et al. Imiquimod-induced psoriasis-like skin inflammation in mice is mediated via the IL-23/IL-17 axis. J Immunol. 182, 5836-5845 (2009).
- Sumida, H., et al. Interplay between CXCR2 and BLT1 facilitates neutrophil infiltration and resultant keratinocyte activation in a murine model of imiquimod-induced psoriasis. J Immunol. 192, 4361-4369 (2014).
- Bamford, R. N., DeFilippis, A. P., Azimi, N., Kurys, G., Waldmann, T. A. The 5′ untranslated region, signal peptide, and the coding sequence of the carboxyl terminus of IL-15 participate in its multifaceted translational control. J Immunol. 160, 4418-4426 (1998).
- Horton, R. M., Hunt, H. D., Ho, S. N., Pullen, J. K., Pease, L. R. Engineering hybrid genes without the use of restriction enzymes: gene splicing by overlap extension. Gene. 77, 61-68 (1989).
- Tan, X., Lefrancois, L. Novel IL-15 isoforms generated by alternative splicing are expressed in the intestinal epithelium. Genes Immun. 7, 407-416 (2006).
- Basner-Tschakarjan, E., Mirmohammadsadegh, A., Baer, A., Hengge, U. R. Uptake and trafficking of DNA in keratinocytes: evidence for DNA-binding proteins. Gene Ther. 11, 765-774 (2004).
- Fan, H., Lin, Q., Morrissey, G. R., Khavari, P. A. Immunization via hair follicles by topical application of naked DNA to normal skin. Nat Biotechnol. 17, 870-872 (1999).
- Kennedy-Crispin, M., et al. Human keratinocytes’ response to injury upregulates CCL20 and other genes linking innate and adaptive immunity. J Invest Dermatol. 132, 105-113 (2012).
