Production of Apolipoprotein C-III Knockout Rabbits using Zinc Finger Nucleases

Dongshan Yang; Jifeng Zhang; Jie Xu; Tianqing Zhu; Yanbo Fan; Jianglin Fan; Y. Eugene Chen

doi:10.3791/50957

JoVE Journal > Medicine

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Medicine

ייצור של ארנבים נוק אפוליפופרוטאין C-III באמצעות nucleases אצבע האבץ

Published: November 18, 2013

doi:

10.3791/50957

Dongshan Yang¹, Jifeng Zhang¹, Jie Xu¹, Tianqing Zhu¹, Yanbo Fan¹, Jianglin Fan², Y. Eugene Chen¹

¹Center for Advanced Models for Translational Sciences and Therapeutics, Department of Internal Medicine,University of Michigan Medical Center, ²Department of Molecular Pathology,University of Yamanashi

Summary

ההתפתחות אחרונות בכלי מיקוד גן הופכת את הייצור של נוקאאוט ארנבים (KO) אפשרי. בעבודה הנוכחית, יצרו חמש ארנבות אפוליפופרוטאין (Apo) C-III KO באמצעות nucleases אבץ אצבע (ZFN). עבודה זו הראתה כי ZFN הוא שיטה יעילה ביותר כדי לייצר ארנבות KO.

Abstract

אפוליפופרוטאין (Apo) C-III (ApoCIII) שוכן על פני השטח של chylomicron פלזמה (CM), ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה מאוד (VLDL) ויפופרוטאינים בצפיפות גבוהים (HDL). זה כבר הכיר בכך שרמות גבוהות של גורם הפלזמה ApoCIII constitutea סיכון למחלות לב וכלי דם (CVD). רמת ApoCIII הפלזמה גבוהה לעתים קרובות בקורלציה עם תנגודת לאינסולין, השמנת יתר, וhypertriglyceridemia. ידע לא יסולא בפז על התפקידים של חילוף חומרים של שומנים וApoCIIIin CVD כבר מתקבל ממודלי עכבר מהונדסים כוללים נוקאאוט עכברי ApoCIII (KO), עם זאת, הוא ציין כי חילוף החומרים של ליפופרוטאין בעכברים שונים מזה של בני אדם בהיבטים רבים. לא ידוע עד עכשיו אם הפלזמה גבוהה ApoCIII הוא ישירות atherogenic. עבדנו לפתח ארנבות ApoCIII KO במחקר הנוכחי מבוסס על ההשערה שארנבים יכולים לשמש כreasonablemodelfor לומד את חילוף החומרים של שומנים בדם אדם וטרשת עורקת. ארנב nuclease אצבע אבץ סטים (ZFN) מיקוד ApoCIIIgene היו נתונים לאימות במבחנה לפני microinjection עובר. MRNA היה מוזרק לציטופלסמה של 35 עובר שלב pronuclear ארנב, והעריך את שיעורי המוטציה במדינת הבלסטוציסט. שישה עשרה בלסטוציטים שהיו assayed, קצב משביע רצון 50% מוטציה (8/16) באתר המיקוד הושג, התומך בשימוש של 1 סט לin vivo ניסויים. בשלב הבא, אנחנו microinjected 145 עוברים עם הסט 1-mRNA, והועברו עוברים אלה עד 7 ארנבי נמען. לאחר הריון 30 ימים, 21 ערכות נולדו, מתוכם חמישה אושרו כארנבות ApoCIII KO אחרי מבחני רצף ה-PCR. שיעור בעלי החיים KO (# נולד ערכות KO / סך הכל) היה 23.8%. יעילות הייצור הכוללת היא 3.4% (5 kits/145 עוברים הועברו). העבודה הנוכחית הוכיחה כי ZFN הוא שיטה יעילה ביותר כדי לייצר ארנבות KO. ארנבי ApoCIII KO אלה הם משאבי רומן ללמוד את התפקידים של ApoCIII בחילוף חומרים של שומנים.

Introduction

אפוליפופרוטאין (Apo) C-III (ApoCIII) הוא חלבון O-מסוכר קטן הפרשה כי הוא מסונתז בעיקר בכבד ובמעי. הוא שוכן על פני השטח של chylomicron הפלזמה (CM), ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה מאוד (VLDL) ויפופרוטאינים בצפיפות גבוהים (HDL). ApoCIII הוכר כגורם סיכון למחלות לב וכלי דם ^1. יש חולים עם חסר תורשתי של ApoCIII טריגליצרידים נמוכים פלזמה רמות (TG) וטרשת עורקים בעורקים הכליליים תת קליניים מופחתים ^2,3. רמת ApoCIII הפלזמה גבוהה, לעומת זאת, לעתים קרובות בקורלציה עם תנגודת לאינסולין, השמנת יתר, וhypertriglyceridemia (HTG) ^4,5.

נוקאאוט הגן (KO) הוא אמצעי רב עוצמה כדי לחקור את תפקודו של גן. עולה בקנה אחד עם התצפיות באוכלוסיות מוטציה אנושיות, בנוקאאוט של גן ApoCIII בעכברים הוביל לירידה של הפלזמה TG והגנה מפני HTG לאחר הארוחה ^6. תפקיד חיובי כזה של ApoCIII הופיעלהיות עצמאי של אפוליפופרוטאין E (ApoE), כעכברים החסרים של שני ApoE וApoCIII גם מוגנים מפני היפרליפידמיה לאחר הארוחה ^7. למרות שהמודלים של העכברים אלה ApoCIII KO סיפקו מידע רב ערך על הפונקציות אפשריות של ApoCIII בבני אדם, הוא ציין כי חילוף החומרים של ליפופרוטאין של עכברים שונים מזה של בני אדם בהיבטים רבים. לדוגמא, עכבר חסר חלבון הפלזמה כולסטריל העברת אסתר (CETP), אנזים מרכזי מעורב בהובלה של VLDL, LDL, HDL ^ו8. לכן, יש צורך לפתח מודל חיה מתאים כדי להבין את התפקיד הפיזיולוגי של ApoCIII in vivo נוסף.

הארנבת היא מינים של בעלי חיים מודל קלאסיים ^9-11. יש לו תקופה קצרה של הריון (30-31 ימים), גודל המלטה גדול (4-12/litter) ויכול להיות שוכנו בנוחות במתקן מקורה. בהשוואה לעכברים, ארנבים הם פילוגנטית קרובים יותר לבני אדם ^10. חשוב לציין, כמו huאדם, אך שלא כמו עכברים, ארנבים הם יונקי LDL-עשיר ויש רמות משמעותיות של CETP ^10,12. יתר על כן, הם רגישים לטרשת עורקת נגרם דיאטה עשיר בכולסטרול עם הנגעים דומים לאלה שראו בטרשת עורקת אדם ^13. מסיבות אלה, שערנו כי ארנבות ApoCIII KO יכולות לשמש מודל טוב יותר מאשר עמיתיהם בעכבר כדי לחקור את התפקידים של ApoCIIIplay בחילוף חומרים של שומנים בדם וטרשת עורקים בבני אדם.

ייצור של גן ממוקד מהונדס ארנבים (GTT) כבר אתגר. זאת בעיקר בשל חוסר בתאי מין העברת תאי גזע עוברי (ESC), ונמוכה ביותר היעילות של העברת סומטי תא גרעינית (SCNT) בארנבות. ESC הוא הכלי העיקרי ליצירת עכברי GTT, ואילו וSCNT יושם בהצלחה כדי ליצור חיות KO במינים חסרי ESCs העברת תאי מין, ובכלל זה חזירים, כבשים ובקר, אך לא ארנבות. לאחרונה אצבע Nuclease אבץ (ZFN), טראןscription Activator-Like Effector Nuclease (Talen) ^14, וendonuclease RNA מודרך (RGEN) ¹⁵ הגיחו אמצעי רב עוצמה כמו לעריכת הגנום. nucleases אלה, מה שנקרא "מספריים מולקולריים", הם יעילים ביצירת הפסקות גדיל פעמיים (DSB) בגנום שיכול להוביל לKO תפקודי של הגן הממוקד או משומשת לשלב רצף ה-DNA במוקד ספציפי בגנום ב מספר המינים ^16. ב2011, בין הראשונים התאמת טכנולוגית ZFN, אנחנו שנוצרנו גמא הופעל proliferator peroxisome הקולטן תאים חזיריים KO (PPARγ) באמצעות גישה זו וחזירים PPARγ KO נוצרו בהצלחה לאחר השימוש בתאים אלה לSCNT ^17. באותה השנה, שיבוש יעיל אימונוגלובולינים גן והחלפה ממוקדות בארנבים גם באמצעות ZFN דווחו ^18.

במחקר הנוכחי, חמש ארנבות ApoCIII KO נוצרו כפי שאושרה על ידי רצף ה-PCR, באמצעות ZFN סט 1 (ראה איור 1 </sטרונג>. להמחשה תרשים זרימה). בעלי חיים אלה הם משאבי רומן ללמוד את התפקידים של ApoCIII בחילוף חומרים של שומנים.

Protocol

כל נהלי תחזוקת בעלי החיים, הטיפול ושימוש היו נבדקו ואושרו על ידי ועדת האוניברסיטה בשימוש וטיפול של בעלי חיים של אוניברסיטת מישיגן. 1. ZFN עיצוב ובחירה לספק את מידע רצף הגנומי של הגן של עניין (למשל ארנב ApoCIII) ליצרן. בחר קבוצת ZFN (ים) לניסויים המבוססים על ציוני ZFN. 2. אוסף עובר ארנב Superovulate מיני התבגר (6-18 חודשים) ניו זילנד לבנה (NZW) ארנבות נשיות על ידי הזרקה תת עורית (SC) של FSH פעמיים / יום עם מינון של 3 מ"ג לשתי הזריקות הראשונות, 5 מ"ג לשתי הזריקות הבאות ו6 מ"ג לשתי הזריקות האחרונות. לנהל (iv) הזרקה תוך ורידית אחת של 200 IU hCG ב72 שעות לאחר הזרקת FSH הראשונה כדי לגרום לביוץ. Mate נקבות superovulated עם ארנב זכר מייד לאחר הזרקת hCG. Euthanize ארנבות תורם superovulated עם נתרן pentobarbital (150 מ"ג / קילוגרם, ד) בשעה 16-18 לאחר שעה הזרעה (psi). לשחזר ampullae oviduct ידי איסוף מבנה oviducts והשחלות כל זהירות. רוקן כל oviduct עם מדיום מניפולציה 10 מיליליטר של HEPES נאגר TCM 199 תוספת 10% בסרום שור עוברי, על ידי הזרקה בינונית מקצה הרחם של oviduct. אסוף הבינוני הסמוק בפתיחת השחלה-end של oviduct לצלחת פטרי. להתבונן ולזהות עוברים התאוששו במדיום הסמוק, לשטוף את העוברים שלוש פעמים במדיום המניפולציה, לשמור אותם במדיום המניפולציה ב38.5 מעלות צלזיוס באוויר, ולבחון אותם תחת סטראו להתרחשות של הפריה. היכונו microinjection על עוברי שלב pronuclear 19-21 h psi 3. הכנת ZFN mRNA לטהר את ה-mRNA וכתוצאה מכך לפני resuspension בRNAse ללא 0.1X TE (1 מ"מ טריס-Cl-pH8.0, 0.1 mM EDTA). למדוד את הריכוז ולאחסן את ה-mRNA ב-80 מעלות צלזיוס עד לשימוש. הכן את mRNAs קידוד זוג ZFN (4-10 ng / μl ב1 mMTris-Cl, 0.1 mM EDTA ב-pH 7.5), aliquot לתוך 10 בקבוקוני μl. אחסן אותם ב-80 º C עד מוכן לשימוש. לפני microinjection, להפשיר את בקבוקון RNA (ים), ולשמור אותו על קרח. 4. Microinjection עובר הכן את פלטפורמת microinjection ידי הצבת ירידה של 5 μl של מדיום מניפולציה בשקופית קאמרית 1 היטב שיש לו את תא התקשורת הוסר. כסה את הירידה בינונית עם שמן מינרלים ומקום על הבמה מיקרוסקופ המחוממת. הנח פיפטה מחזיקה (120 מיקרומטר קוטר) לתוך זרוע בעל micromanipulator ולמקם אותו לירידה של מדיום מניפולציה. לפברק micropipettes הזרקה על ידי חימום ומושך צינורות זכוכית נימי ורוסיליקט במכשיר חולץ micropipette. טען את ה-mRNA להיות מוזרק בפיפטה ההזרקה. הפעל את אספקת האוויר הדחוס שמחוברת לmicroinjector. הנח פיפטה הזרקה לבעל ההזרקה, לשים אותו על micromanipulator ומקם אותה לירידה של מדיום מניפולציה. התקנת microinjector, עם הפרמטרים הציעו הבאים: holdP = 2 psi, InjP = 20 psi, ClearP = 60 psi, שניות Injtime = 1, אשר תגרום נפח הזרקה של 1-5 pl. פתח את קצה פיפטה הזריקה בעדינות על ידי הקשה עליו נגד פיפטה מחזיק. העבר את העוברים (30-50) עד טיפת המיקרומניפולציה על הרציף. השתמש פיפטה מחזיקה ללכוד עובר וליישר את מחט הזריקה, עובר ופיפטה מחזיק לאורך ציר ה-x. תחת הגדלה 400X, לקדם את פיפטה ההזרקה דרך את העובר. להיות זהיר, כדי למנוע את הגרעין. ברגע שקרום הפלזמה הוא פירסינג, דוושת רגל העיתונות להזריק. לאחר הזרקה, למשוך את המחט, שחרר את העובר. חזור על התהליך עבור כל אותם שנותרוbryos. שטוף עוברים הזריקו שלוש פעמים במדיום תרבות עובר, אשר מורכב מתמיסת מלח מאוזנת של ארל (EBSS) בתוספת חומצות אמינו חיוני (NEAA), חומצות אמינו חיוניות (EAA), 1 מ"מ L-גלוטמין, פירובט נתרן 0.4 מ"מ, ו10% FBS. דגירה עובר ב38.5 ° C ב 5% CO 2 באוויר במשך 1-2 שעות לפני שהם מועברים בניתוח לתוך oviducts של ארנב NZW נשי נמען מסונכרן (ראה שלב 5.1). לחלופין, תרבות העוברים עד שהם מגיעים שלב הבלסטוציסט לפני שהם משמשים במבחנת אימות או מבחני. 5. העברת עובר בחר ארנב נשי NZW ישן 5-12 חודשים, בבריאות טובה, במשקל של כ. 4.0-5.0 קילוגרם כחית נמען. לנהל גונדוטרופין הורמון משחרר (GnRH) לשריר בהזרקה (IM, 50 מק"ג / מיליליטר, 0.3 מיליליטר / בעלי חיים) לנמען באותה נקודת הזמן עם זה של הזרקת hCG לבעלי חי התורם (ים) (ראה שלב 2.2). </li> לאחר השלמת microinjection, להכין את ארנב הנמען להעברת עובר (בדרך כלל 16-24 שעה לאחר הזרקת GnRH). להרדים את הארנב עם 10-40 מ"ג / קילוגרם קטמין (IM), ו / או isoflurane מתאדה (2-4%) באמצעות שאיפה. להגן על העיניים של הארנב מייבוש יתר על ידי היישום של משחת עיניים סטרילית. שים לב לבעלי החיים עד שהוא לא מודע באופן מלא, כלומר. אינו מגיב לרפלקסים דוושה; לסחוט את כרית כף הרגל משמשת לבדיקה לחוסר רפלקס דוושה שהוא אינדיקציה להרדמה נאותה. לגלח את בטנו של הארנב, לשטוף עם לשפשף חיטוי, ואחריו פתרון אנטיספטי, ולנגב את האזור המגולח עם ספוגים גזה סטרילית. לבצע ניתוח בתנאים סטריליים, להקליט סימנים חיוניים של ארנב הנמען בערך כל דקות 15 לאורך כל הניתוח. העבר 10-25 עוברים לחית נמען אחד, תלוי במספר זמין של עוברים. בסופו שלפרוצדורות כירורגיות, סגרו את שכבת השריר עם תפר נספג מצופה. לתפור את העור עם או תפר subcuticular באמצעות תפר נספג או עם תפרי עור הופסקו פשוטים באמצעות תפר nonabsorable (למשל ניילון monofilament או דומה). שמור החמים לבעלי החיים ולפקח על זה עד שעינת חזה תושג. לפקח על בעלי החיים מדי יום. עקוב אחר ההוראות של הווטרינר לטפל בבעלי החיים. לנהל meloxicam (1.0 מ"ג / קילוגרם sc) כדי להקל על כאב ו / או להפחית את הפוסט יומי חום פעולה אם נקבע צורך על ידי הווטרינר. הסרת תפרי עור nonabsorable בכ 10-14 לאחר ימי מבצע. 6. איתור של שיבוש גנטי ZFN מושרה לאימות במבחנה, לבצע גנוטיפ בעוברים בתרבית במבחנה. עוברי אדם Lyse שפיתחו לשלבי morula / הבלסטוציסט ב5 פתרון NP40 μl (NP40 1% בתוספת 1 ug / מיליליטר proteinase K בתקי הצפת) ל0.5-1 שעות ב55 מעלות צלזיוס, ו10 דקות ב 95 ° C. לגנוטיפ של הצאצאים, לאסוף דגימות עור אוזן מערכות שזה עתה נולדו, לחלץ הדנ"א הגנומי, ולהשתמש בם כתבניות עבור סידור ה-PCR. החל Kwik-Stop לאזור הדגימה לאחר איסוף כדי לעצור את הדימום ולהפחית את אי הנוחות. השתמש תמוגה מצעד 6.2 או 6.3 כתבנית לPCR באמצעות LA-תקי וזוג PCR פריימר, אשר ממוקמים במעלה הזרם (5'-TGAGGCCGGGAAGGGAGCAGTCG-3 ") ומורד הזרם (5'-GCCAGGCCCACCCACGGAACAGC-3") של אתר יעד ZFN . לטהר את מוצרי ה-PCR ורצף אותם עם פריימר רצף (5'-TCTGCACGCTTGGGGCTGGAG-3 "). לזהות דגימות מוטציה על ידי מחפש עקומה כפולה בתרשים הרצף סביב אתר המיקוד. לתייג את אלה עם קימורים כפולים כמו "חיובי". לשכפל את המוצרים "חיוביים" PCR לוקטור שיבוט ת"א, להרים 10-20 שיבוטים, רצף מוסיף, ולאשר את המוטציות סביב tאתר argeting.

Representative Results

באימות מבחנה של זוגות ZFN זוגות שש עשרה ZFN בתחילה תוכננו. רצף השיבוש הממוקד של 1 סט ממוקם באקסון 2 של ארנב ApoCIII (איור 2 א). שלושה זוגות (1 סט, 2, ו -3, איור 2 א) נבחרו ובכפופים לassay כתב השמרים MEL-1 כדי לקבוע את פעילות ZFN (איור 2). הגדר יש 1 ציון ZFN של 224.2%, גבוה מאלה של סט 2 (196.9%) ו -3 סט (177.8%) וגבוה בהרבה מהסף לבחירה (כלומר 50% מהשליטה הפנימית החיובית). לכן 1 סט נבחר לניסויי אימות במבחנה. קבוצה מסוימת צריכה לגרום לשיעורים חיוביים בעוברים של 10% או גבוהים יותר כדי לעבור את אימות עובר במבחנה, המבוסס על קריטריוני אימות הפנימיים. MRNA (5 מיקרוגרם / מיליליטר) של 1 סט היה microinjected לציטופלסמה של 35 עוברי ארנב שלב pronuclear (איור 3 א </ Strong>). עוברים סמוקים ללא טיפול microinjection (n = 31 ב) שימשו כקבוצת ביקורת. שמונה עשר עוברים של קבוצת microinjected פיתחו לבמת BL בD5, מתוכם שישה עשר היו רצף, ושמונה (# BL אייפוק-3, 4, 5, 7, 11, 13, 15, 17, איור 3B, אדום עם קו תחתון) מוצגים מוטציה רצפים באתר המיקוד (שחורה בארגזים, איור 2, שורה העליונה, apoC3wt.seq). שיעור BL של קבוצת microinjected (51.4%) הוא נמוך מזה של קבוצת הביקורת (77.4%), המצביעה על יכולת התפתחותי מעט לקויה של עוברי microinjected. שיעור המוטציות החיובי של עוברי microinjected הוא 50.0% (8/16), גבוהים בהרבה מהסף לבחירה (כלומר 10%). תוצאות אלו עולות כי 1 סט הוא סט ZFN יעיל כדי לגרום למוטציות באתר המיקוד של ApoCIII ארנב. לכן 1 סט נבחר לייצור vivo של ארנבות ApoCIII KO. ייצור של ארנבי ApoCIII KO MRNA oו ZFN סט 1 היה microinjected לציטופלסמה של עוברי שלב pronuclear ארנב, והועבר 145 עוברי microinjected ל7 ארנבים פסאודו הריון נמען (איור 4 א). עוברים סמוקים טרי (n = 75) ללא microinjection ZFN הועברו לנמענים (n = 6) כקבוצת ביקורת. לאחר 30 ימים של הריון, 21 ערכות נולדו בקבוצת microinjected. רצף ה-PCR זיהה חמש (apoC3-R1, R9, R11, R12 וR16) כערכות חיוביות KO (איור 4). שיעור הטווח מחושב כערכות לטווח סך הכל / עוברים כולל הוא 14.5% (21/145), ואילו השיעור הוא 29.3% (22/75) בקבוצת הביקורת. שיעור KO מחושב כסך ערכות KO / טווח כולל הוא 23.8% (5/21). ערכה אחת KO (אייפוק-R16) מתה חמש לאחר לידה ימים (20.0%, 1/5). Indelsat אתר המיקוד כולל שתי תוספות ושלוש מחיקות, הם areΔ1, +1, +1, Δ20 וΔ21, לארנבים # R1, R9, R11, R12, R16 ו, בהתאמה (איור 4). Biניתוח oinformatics שימש לזיהוי ZFN הפוטנציאלי מחוץ למטרות עם 7 או פחות אי התאמות להגדרת רצף 1, כפי שתואר לעיל 17. היחיד שחזה אתר מחוץ יעד אפשרי, הממוקם על כרומוזום 14, היה מזוהה עם 7 bps תואם. assay PCR זוהה אין אירועים מחוץ יעד בכל אחת מהחיות המייסד.

Discussion

בעבודה הנוכחית, חמש ארנבות ApoCIII KO היו שנוצרו באמצעות טכנולוגית ZFN. בעבר הדיווח רק מהייצור של ארנבי GTT גם השתמש בטכנולוגית ZFN ^18. העבודה הנוכחית אישרה כי ZFN שימושי למקד ביעילות גנים בארנבות.

במחקר הנוכחי, השיעור המהונדס (נולד ערכות / סך חיובי) is23.8% (5/21), שהיא דומה לזו של הדו"ח הקודם ZFN בארנבים (30.8%, 16/52) ^18, ודיווחו אלה של שימוש ZFN בבעלי חיים אחרים, כוללים דגי זברה ^19, עכברים ^20, חולדות ²¹ וחזירים ^17. שיעור זה הוא למעשה גבוה יותר מהשיעורים של רבים מחקרי ייצור ארנב מהונדס קונבנציונליים, אשר בדרך כלל נופלים בטווח של 5-20%. לדוגמא, במאמץ ארנבות מהונדסים המוצר ApoCIII באמצעות microinjection דנ"א הקונבנציונלי, דינג et al. השיג 3 מייסדים חיוביים מתוך 54 גורים נולדו (5.6%) ^22.

עולה בקנה אחד עם ממצאים קודמים, המוטציות באתרי המיקוד משתנות, כוללים מחיקות או הוספות מורכבות מספר שונה של בסיסים (החל 1-21 בחמש ארנבות KO). בהתבסס על מידע שרצף המסוים של בעלי החיים המייסד, הוא ניבא כי לפחות ארבעה (כלומר. אלה המכילים Δ1, +1, +1, או Δ20 מוטציות) היו אובדן פונקציה של ApoCIII. בעלי החיים R-16 עם Δ21 עשוי שלא להציג אובדן פונקציונלי, כמוטציה זו צפויה ירידה בגורם היחידה של שבע חומצות אמינו, אך לא לשינוי מסגרת קריאה. סופו של דבר, מבחני הפנוטיפ נחוצים כדי לקבוע אם חיות מייסד אלה באמת להציג את האובדן של פונקציות ApoCIII.

אף אחד מחמש ארנבות KO שנוצרו במחקר הנוכחי מכיל שינויי biallelic. מעניין, זה גם המקרה בדו"ח ארנב ZFN הקודם. לעומת זאת, כאשר ZFNs מיקוד ,3-galactosyltransferase α1 יושמו חזירתאים, את התדר של מיקוד אלל אחד נע 7-46%, עם כשליש ממוטציות יוצרות בשלב יחיד biallelic knockouts ^23. עולה בקנה אחד עם זה, כאשר Talen היה מוחל על תאי פיברובלסטים חזיר, שינויי biallelic נמצאו בכ 15-40% מהשיבוטים החיוביים בסך הכל ^14. יתכן כי הכישלון לייצר ארנבות KO biallelic במחקר הנוכחי עשוי להצביע על הבדל מינים (כלומר ארנבים לעומת חזירים) עבור כגון קיבולת של גן nuclease מבוסס מיקוד. היא, לעומת זאת, סבירה יותר שזה פשוט כי מספר ארנבי KO שנוצרו בפרויקט זה הוא קטן יחסית. אנו מאמינים כי ZFN היא מסוגל לייצר מוטציות bialleic בארנבים, שצריך להיחשב כעוד יתרון פוטנציאלי של ייצור ארנב GTT מבוסס ZFN. יש צורך בניסויים נוספים כדי לאשר כגון קיבולת של ZFN בארנבות.

לסיכום, העבודה הנוכחית מדגימה כי Zהגן מבוסס FN גישת יעדים הוא יעיל בייצור ארנבות KO. בפרט, אנו נוצרו חמש ארנבות ApoCIII KO עם שיעור מהונדס משביע רצון של 23.8%. הם האמינו בעלי חיים אלה כדי לספק מידע משמעותי יותר על תפקידו של חלבון זה בחילוף חומרים של שומנים בבני אדם מאשר המודלים העכבר המתאימים. אנו צופים מיקוד מבוסס ZFN גן, כמו גם טכנולוגיות nuclease מבוססות אחרות כגון Talen וRGEN, בבעלי החיים nonmurine באופן משמעותי להקל על הפיתוח של מודלים של בעלי חיים רומן ללמוד מחלות אנושיות שונות.

איור 1. תרשים זרימה של ייצור של ארנבים בנוקאאוט תוך שימוש בטכנולוגית ZFN. ייצור של ארנבי KO באמצעות טכנולוגיית ZFN מתחיל עם הבחירה של הגן של עניין. מידע הרצף מסופק, ערכות ZFN נועדו, וSubjected לשמרי אימות בבית מבוסס. בעת ביצוע צ'ק 1 נקודה (CP-1) (CP), רק אלה סטים עברו אימות בבית (50% או גבוהים יותר של השליטה הפנימית החיובית) יינתנו למשתמשים לבחירה. אם לא סטים יעברו CP-1, רצף נוסף עשוי להיות נחוץ לעיצוב סטי ZFN יעילים. אימות עובר במבחנה ואחריו על מנת להבטיח את סט ZFN נבחר יכול לגרום למוטציות באתרים נבחרים (CP-2). סט ZFN (ים) ישמש רק אם הוא עובר CP-2 (> = שיעורי מוטציה 10% בעוברים במבחנה). כישלון בCP-2 ידרוש תכנון מחדש של ערכות ZFN. תורמי עובר יהיו מוכנים ועוברים שלב pronuclear יהיה microinjected עם סטי ZFN אומתו. עוברי microinjected אלה יועברו למקבלי עובר מסונכרנים. לאחר תקופת הריון חודש אחד, תינוקות יהיו genotyped (CP-3). אם אף אחד מהתינוקות הם חיוביים, microinjection נוסף יבוצע. זה לוקח 2-3 חודשים מתחילת הפרויקט לCP-2, בהנחת nכישלון o במהלך התהליך. זה לוקח 2-3 חודשים נוספים מCP-2 לCP-3. לכן זה אפשרי ליצור ארנב בנוקאאוט במסגרת זמן 4-6 חודש באמצעות טכנולוגית ZFN. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 2. עיצוב ZFN. שלושה סטי ZFN (Set 1, 2, ו -3) נועדו מיקוד רצפים שונים על אקסון 1 או אקסון 2 של הארנב ApoCIII (א '). כל שלוש הקבוצות היו נתונים assay הכתב MEL-1 שמרים כדי לקבוע את פעילות ZFN. על פי הפרוטוקולים של הייצור, ZFNs המציג פעילויות> 50% מזה של השליטה הפנימית החיובית של הייצור נחשבים שימושי עבור במבחנה ובניסויים בעריכת הגנום vivo.פעילויות ZFN היו 224.2% עבור 1 סט, 196.9% לסט 2 ו177.8% לסט 3 (ב), ולכן הגדרה 1 נבחר במחקר הנוכחי. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 3. אימות עובר במבחנה של ZFN. MRNA (5 מיקרוגרם / מיליליטר) של 1 סט היה microinjected לציטופלסמה של 35 עוברי ארנב שלב pronuclear (א '). עוברים סמוקים ללא טיפול microinjection (n = 31 ב) שימשו כקבוצת ביקורת. קצב פיתוח BL היה 77.4% בקבוצת הביקורת. בקבוצת microinjected, שיעור BL היה 51.4%. 16 BLS נתון רצף ה-PCR, 8 (50%) זוהו כחיובי, המעיד על 1 סט הוא סט ZFN יעיל כדי לגרום למוטציות בtargeאתר טינג (B, apoc3wt.seq, שחור בקופסה) של ApoCIII בארנבות. BLS המכיל מוטציות הם # אייפוק-3 BL, 4, 5, 7, 11, 13, 15, ו17 (B, אדום עם קו תחתון). BLS שנותר (# אייפוק-2, 6, 9, 10, 12, 14 ו16) אין לי מוטציות באתר המיקוד. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 4. ייצור של ארנבי ApoCIII KO. מאה וארבעים וחמישה עוברים microinjected עם mRNAs 1 ZFN הסט הועברו ל7 ארנבים פסאודו הריון נמען (א '). עוברים סמוקים טרי (n = 75) ללא microinjection ZFN הועברו לנמענים (n = 6) כקבוצת ביקורת. שיעור הטווח מחושב כערכות לטווח סך הכל / עוברי סך הכל בקבוצת ניסוי הוא 14.5% (21/145), ואילו השיעור הוא 29.3% (22/75) בקבוצת הביקורת (א '). מתוך 21 ערכות נולדו בקבוצת microinjected, חמש (R1, R9, R11, R12 וR16) זוהו ערכות KO חיוביות לאחר רצף PCR (ב '). Indels באתר המיקוד כולל שתי תוספות (+1 עבור שני R9 וR11) ושלוש מחיקות (Δ1, Δ 20, Δ 21 לR1, R12 וR16, בהתאמה). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה בחלקה על ידי מענקים מהמוסד הלאומי לבריאות (HL105114, HL088391, NS066652, וHL068878 לYEC), איגוד הלב האמריקאי (National מדען פיתוח 0835237N לJZ). YEC נתמך כלכלית כמו פרדריק Huetwell פרופ ניחן של לב וכלי דם לרפואה במרכז הרפואי של אוניברסיטת מישיגן (UMMC). עבודה זו מנוצל שירותי ליבה נתמכים על ידי מרכז למודלים מתקדמים למדעי Translational וTherapeutics (CAMTraST) בUMMC.

Materials

APOC3-ZFN	Sigma Aldrich	CSTZFNY-1KT	Target Gene: APOC3, Lot Number: 12201118MN
mMESSAGE kit	Invitrogen	AM1344M	mRNA synthesis
MEGAclear Kit	Invitrogen	AM1908M	mRNA purification
Follicle-stimulating hormone	Bioniche Life Sciences	Folltropin-V	Treating embryo donor rabbits
Human chorionic gonadotropin	Intervet	Chorulon	Treating embryo donor rabbits
Gonadotropin-releasing hormone	Prospecbio	HOR-255	Treating embryo recipient rabbits
Earle's Balanced Salt Solution (EBSS)	Thermo Fisher Scientific	SH30029.02	Embryo culture, base medium
MEM (nonessential amino acid)	Sigma Aldrich	M7145	Embryo culture, supplements
BME AMINO ACIDS solution	Sigma Aldrich	B6766	Embryo culture, supplements
Glutamine	Gibco	25030-149	Embryo culture, supplements
Sodium pyruvate	Gibco	11360-070	Embryo culture, supplements
Fetal bovine serum	Sigma Aldrich	12003C	Embryo culture, supplements
HEPES buffered TCM 199	Gibco	12350039	Embryo manipulation medium
Incubator	Eppendorf	Galaxy 170	Embryo culture equipment
Micromanipulator	Eppendorf	TransferMan NK 2	Embryo manipulation equipment
Micropipette puller	Sutter Instruments Inc.	P-1000	Embryo manipulation equipment
Microinjector	Tritech Research	MINJ-D	Embryo manipulation equipment
Borosilicate glass capillary tubes	World Precision Instruments, Inc.	TW100F-6	Embryo manipulation supply
Euthasol (pentobarbitol sodium)	Virbac AH, Inc.	ANADA#200-071	Euthanization of embryo donor rabbits

References

Ooi, E. M., Barrett, P. H., Chan, D. C., Watts, G. F. Apolipoprotein C-III: understanding an emerging cardiovascular risk factor. Clinical Science. 114, 611-624 (2008).
Pollin, T. I., et al. A null mutation in human APOC3 confers a favorable plasma lipid profile and apparent cardioprotection. Science. 322, 1702-1705 (2008).
Ginsberg, H. N., et al. Apolipoprotein B metabolism in subjects with deficiency of apolipoproteins CIII and AI. Evidence that apolipoprotein CIII inhibits catabolism of triglyceride-rich lipoproteins by lipoprotein lipase in vivo. The Journal of Clinical Investigation. 78, 1287-1295 (1986).
Cohn, J. S., et al. Increased apoC-III production is a characteristic feature of patients with hypertriglyceridemia. Atherosclerosis. 177, 137-145 (2004).
Cohn, J. S., Patterson, B. W., Uffelman, K. D., Davignon, J., Steiner, G. Rate of production of plasma and very-low-density lipoprotein (VLDL) apolipoprotein C-III is strongly related to the concentration and level of production of VLDL triglyceride in male subjects with different body weights and levels of insulin sensitivity. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 89, 3949-3955 (2004).
Maeda, N., et al. Targeted disruption of the apolipoprotein C-III gene in mice results in hypotriglyceridemia and protection from postprandial hypertriglyceridemia. The Journal of Biological Chemistry. 269, 23610-23616 (1994).
Jong, M. C., et al. Apolipoprotein C-III deficiency accelerates triglyceride hydrolysis by lipoprotein lipase in wild-type and apoE knockout mice. Journal of Lipid Research. 42, 1578-1585 (2001).
James, J. F., Hewett, T. E., Robbins, J. Cardiac physiology in transgenic mice. Circ. Res. 82, 407-415 (1998).
Duranthon, V., et al. On the emerging role of rabbit as human disease model and the instrumental role of novel transgenic tools. Transgenic Research. 21, 699-713 (2012).
Fan, J., Watanabe, T. Transgenic rabbits as therapeutic protein bioreactors and human disease models. Pharmacol. Ther. 99, 261-282 (2003).
Shiomi, M., Ito, T. The Watanabe heritable hyperlipidemic (WHHL) rabbit, its characteristics and history of development: a tribute to the late Dr. Yoshio Watanabe. Atherosclerosis. 207, 1-7 (2009).
Morehouse, L. A., et al. Inhibition of CETP activity by torcetrapib reduces susceptibility to diet-induced atherosclerosis in New Zealand White rabbits. Journal of Lipid Research. 48, 1263-1272 (2007).
Getz, G. S., Reardon, C. A. Animal models of atherosclerosis. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 32, 1104-1115 (2012).
Carlson, D. F., et al. Efficient TALEN-mediated gene knockout in livestock. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2012).
Jiang, W., Bikard, D., Cox, D., Zhang, F., Marraffini, L. A. RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems. Nature Biotechnology. 31, 233-239 (2013).
Petersen, B. Update on ‘molecular scissors’ for transgenic farm animal production. Reproduction, Fertility, and Development. 25, 317-318 (2012).
Yang, D., et al. Generation of PPARgamma mono-allelic knockout pigs via zinc-finger nucleases and nuclear transfer cloning. Cell Research. 21, 979-982 (1038).
Flisikowska, T., et al. Efficient immunoglobulin gene disruption and targeted replacement in rabbit using zinc finger nucleases. PLoS ONE. 6, e21045 (2011).
Foley, J. E., et al. Targeted mutagenesis in zebrafish using customized zinc-finger nucleases. Nature Protocols. 4, 1855-1867 (2009).
Carbery, I. D., et al. Targeted genome modification in mice using zinc-finger nucleases. Genetics. 186, 451-459 (2010).
Mashimo, T., et al. Generation of knockout rats with X-linked severe combined immunodeficiency (X-SCID) using zinc-finger nucleases. PLoS ONE. 5, e8870 (2010).
Ding, Y., et al. Hypertriglyceridemia and delayed clearance of fat load in transgenic rabbits expressing human apolipoprotein CIII. Transgenic Research. 20, 867-875 (2011).
Hauschild, J., et al. Efficient generation of a biallelic knockout in pigs using zinc-finger nucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 12013-12017 (2011).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Yang, D., Zhang, J., Xu, J., Zhu, T., Fan, Y., Fan, J., Chen, Y. E. Production of Apolipoprotein C-III Knockout Rabbits using Zinc Finger Nucleases. J. Vis. Exp. (81), e50957, doi:10.3791/50957 (2013).

Automatically Generated