Manipulação genética do rato em desenvolvimento Hipotálamo através<em> In utero</em> Eletroporação
Summary
Apesar da importância funcional e clínico do hipotálamo,<em> In utero</em> Manipulação genética do seu desenvolvimento tem sido raramente tentada. Mostramos um procedimento detalhado para<em> In utero</em> Eletroporação no hipotálamo do rato e mostram resultados representativos (regional) transfecção hipotálamo total e parcial.
Abstract
A modificação genética das regiões específicas do cérebro de mamíferos é o desenvolvimento de uma abordagem experimental, muito poderoso. No entanto, a geração de novos mutantes do mouse é muitas vezes frustrantemente lento. Demonstrou-se que o acesso ao cérebro do rato em desenvolvimento in utero com a sobrevivência pós-operatório é razoável possível. Ainda assim, os resultados com este procedimento foram relatados quase exclusivamente para a parte mais superficial e facilmente acessível do cérebro em desenvolvimento, ou seja, o córtex. O tálamo, uma região mais estreita e mais medial, tem se mostrado mais difícil de atingir. Transfecção em núcleos mais profundo, especialmente aqueles do hipotálamo, é talvez o resultado mais difíceis e, por conseguinte, muito poucas têm sido relatados. Aqui demonstramos um procedimento para atingir todo o neuroepithelium hipotálamo ou parte dela (regiões do hipotálamo) para transfecção por eletroporação. As chaves para a nossa abordagem é mais narcose tempos, injeção na third ventrículo, e tipo e posicionamento dos eletrodos apropriada. Além disso, mostramos resultados de segmentação e posterior análise histológica do núcleo hipotalâmico mais rebaixado, o corpo mamilar.
Introduction
A manipulação genética do cérebro embrionário do rato é uma abordagem preferida para aprender sobre regulação do desenvolvimento. A geração de linhas mutantes de rato, porém, é lento e caro. Um método poderoso para introduzir alterações genéticas específicas no desenvolvimento de neurónios do cérebro de mamíferos está em electroporação útero. Essencialmente, a técnica consiste na transfecção de DNA para o neuroepitélio cérebro embrionário, por meio de impulsos eléctricos, em seguida, permitindo que o embrião para sobreviver durante um certo período de tempo, recolher o cérebro e examiná-las para possível nova, fenótipos informativos. Desta forma, o experimentador pode testar hipóteses quase imediatamente, sem longos períodos de espera necessários para a produção de mutantes de rato.
Transfecção de DNA em embriões em desenvolvimento começou com a eletroporação in ovo em embriões de galinha 1. A prova-de-conceito essencial para o rato foi realizado na cultura <sup> 2. Isso foi logo seguido pelas primeiras descrições da técnica no mouse no útero 3,4.
O principal problema é a transfecção do cérebro em desenvolvimento de embriões no útero, sem as matar ou a mãe. Aprender a realizar a cirurgia necessária (laparotomia, injeção, eletroporação) exige um longo período de treinamento. Uma vez que a cirurgia foi dominado até o ponto onde a taxa de sobrevivência do embrião é aceitável, a próxima pergunta chave é: quais estruturas cerebrais são acessíveis? Não surpreendentemente, os primeiros trabalhos publicados que mostram os resultados obtidos com a eletroporação utero focada no desenvolvimento cortical 5-9. O mesmo é válido para a maioria das publicações utilizando esta técnica, uma vez que a região do cérebro do rato em desenvolvimento mais acessíveis para procedimentos cirúrgicos é o córtex (Figura 1). O procedimento para a electroporação útero no córtex foi descritoem versão impressa e 10 em vídeo 11-14. Uma modificação da técnica pode ser usada para atingir uma parte ventral do telencéfalo, os gânglios da base 15.
Além do telencéfalo, diencéfalo (classicamente dividido em tálamo e hipotálamo) é uma região do cérebro anterior mais difícil de alcançar. Um pequeno número de relatórios de trabalhos de segmentação de sua parte dorsal e mais acessível, o tálamo 16-19.
O hipotálamo é a parte mais ventral do cérebro anterior, por conseguinte, a uma localizada mais profundamente da face dorsal (córtex) (Figura 1). Esta região continua a ser um desafio difícil para os pesquisadores comprometidos com a manipular geneticamente o cérebro do rato no útero. Para nosso conhecimento, só muito poucos artigos relatam os resultados de transfecção in utero no hipotálamo do rato 20,21. No entanto, a importância funcional do hipotálamo Canhãot ser exagerada, uma vez que regula comportamentos como comer e beber, acasalamento, reprodução e parentalidade 22. Além disso, alterações no desenvolvimento do hipotálamo contribuir para originar mais tarde, em condições de vida, como obesidade, hipertensão, diabetes e puberdade precoce 23. Ser capaz de alterar geneticamente o hipotálamo durante o desenvolvimento seria uma ferramenta muito poderosa para compreendê-lo.
O protocolo cirúrgico de base para a laparotomia de ratas grávidas que usamos aqui é similar ao utilizado em outros protocolos 11,13,14,24. Vamos descrevê-los aqui brevemente para ser completo. A chave para o nosso processo, por outro lado, são do tipo de anestesia, o local de injecção, do tipo de eléctrodos e a posição de inserção e o eléctrodo positivo em relação à cabeça do embrião. Nós preferimos para induzir e manter a anestesia por inalação de gás sobre anestesia intraperitoneal simples, uma vez que a primeira permite que peloum pouco mais longos períodos de narcose necessária para uma cirurgia difícil. Isoflurano resultados inalação em uma recuperação mais rápida da anestesia, já que geralmente a mãe demonstra um comportamento normal já minutos após a cirurgia. O ponto de injecção mais fácil da solução de ADN com a micropipeta de vidro é o ventrículo lateral, que, contudo, é totalmente inadequado para electroporação hipotálamo. Injeção direta no terceiro ventrículo é de fato crucial para atingir estruturas diencefálica profundas. É possível transfecção do hipotálamo ou da E12.0 E12.5 com eletrodos padrão, off-the-shelf. Encontraram-se alguns dos eléctrodos fabricados por Nepa Gene (Chiba, Japão), particularmente adequado para esta finalidade.
Com o nosso procedimento obtemos transfecção de todo o neuroepitélio hipotalâmica ou transfecção parcial, dependendo da orientação da região do eléctrodo. Aqui vamos demonstrar a técnica de transfecção do corpo mamilar, sem dúvida,o mais profundo e recesso de todos os núcleos do hipotálamo. Além disso, mostramos análise histológica detalhada das células transfectadas até ao nível celular de resolução.
Uma comparação de electroporação no útero com outras abordagens para transfecção do cérebro do rato em desenvolvimento in utero pode ser encontrado na secção Discussão.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sobre a anestesia: Como no útero electroporação no hipotálamo pode ser tecnicamente difícil e narcose requerem tempos mais longos, preferimos para induzir e manter a anestesia por meio da administração de uma mistura de oxigénio e isoflurano. Na nossa experiência, os animais podem permanecer convenientemente anestesiados deste modo por períodos de até, pelo menos, uma hora, a recuperação da mãe é muito rápido, e melhorou a sobrevivência dos embriões. Outras abordagens para a anestesia, também…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (Deutsche Forschungsgemeinschaft).
Materials
| REAGENTS | |||
| Acepromazine | Sanofi GmbH | anesthetic | |
| Isoflurane | Baxter | HDG9623 | anesthetic |
| Ketamin | Pharma GmbH | anesthetic | |
| Fast Green | Fluka | 44715 | |
| Rimadyl | Pfizer | non-steroidal anti-inflammatory | |
| Braunoderm | Braun | 3887138 | povidone-iodine |
| Phosphate Buffer Saline PBS | Gibco | 14190 | |
| Temgesic (buprenorphine) | Essex Pharma | opioid analgesic | |
| Eye Ointment | Pan-Ophtal | 7136926 | |
| Xylazine | Bayer | ||
| EQUIPMENT | |||
| Anaesthetic Device Komesaroff Mark-5 | Medical Developments Australia | ACN 004 903 682 | |
| Capillary puller P-97 | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Compresstome | Precisionary Instr. | VF-300 | Vibratome-type device |
| Confocal Microscope | Zeiss | LSM700 | |
| Cryostat | Leica | CM3050S | |
| Electroporator | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY21EDIT | |
| Electrode 1 | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY550-10 | Stainless Steel Needle Electrode, 10 mm-Tip, 0. 5 mm diam. |
| Electrode 2 | Nepa Gene Co. Ltd. | CUY700P4L | Cover Round Platinum Plate 4 mm diameter |
| Fiberoptic cold light source | Leica | KL2500 LCD | |
| Glass capillaries | Harvard Apparatus | GC120T-15 | 1. 2 mm O.D. x 0. 94 mm I.D. |
| Glass bead sterilizer | Fine Science Tools | FST250 | |
| Heating pad | Harvard Apparatus | py872-5272 | |
| Injection device | World Precision Instruments | Pneumatic Pico Pump PV820 | |
| Suture Thread Coated Vicryl | Ethicon | V4914 | Peritoneal Suture |
| Suture Thr. Supramid | Serag Wiessner | TO07171L | Skin Suture |
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