Summary

タンパク質の削除の誘導を介して<em>子宮内で</em>エレクトロポレーションは、トランスジェニックモデルにおいて神経細胞の移動の欠損を定義する

Published: January 12, 2015
doi:

Summary

Neuron migration is regulated by numerous cell autonomous and non-cell autonomous factors. This protocol shows how in utero electroporation can be used to determine whether a phenotype in a transgenic mouse is due to disruption of a cell intrinsic mechanism or impairment of interaction between the neuron and its environment.

Abstract

トランスジェニックマウス系統でのCre-Lox系を用いた遺伝子欠失がタンパク質の機能を研究するために使用される強力なツールである。しかし、非常に特異的にCreモデルを除いて、組織または細胞集団全体のタンパク質の欠失は、しばしば複数の相互作用のメカニズムに起因する複雑な表現型をもたらす。問題になっている、またはそのセルの環境の障害から生じる非細胞自律的なメカニズム、から細胞に固有のものである細胞自律的な機構の混乱から表現型の結果は、識別することは困難であるかどうかを決定する。 in vivoでのコンテキストでタンパク質機能への洞察を得るために、 子宮内エレクトロポレーション(IUE) 開発皮質またはいくつかの他の選択された脳領域内の細胞の小さなサブセットで遺伝子欠失を可能にします。 IUE背側終脳、内側終脳、海馬、または神経節隆起を含む、特定の脳領域を標的とするために使用することができる。これは、観察oをを容易に健全な環境の文脈における細胞自律的な遺伝子欠失の結果、F。このプロトコルの目的は、IUEが細胞自律的タンパク質欠失の非細胞自律的効果とを区別するに重点を置いて、フロックスジェニックマウス系統におけるラジアル移行の欠陥を分析するために使用することができる方法を示すことである。制限された細胞集団におけるIUE媒介遺伝子欠失に対する全体皮質内の遺伝子欠失から生じる表現型と比較することにより、脳の発達におけるタンパク質機能へのより深い洞察は、分離のいずれかの技術を使用しても得ることができる。

Introduction

ラジアル移行が早い皮質の開発の中心的なプロセスです。このような正確な有糸分裂の終了と神経分化、細胞極性、細胞骨格の動態および膜貫通受容体の発現の調節、ならびにそのような放射状グリア足場の形成のような非細胞自律的因子などの細胞自律的な様々な要因に依存し渡り鳥ガイダンス分子1-3の分泌。これらのメカニズムのいずれかの破壊がトランスジェニックマウスモデル4-8にニューロン移動を損なうことができるので、マイグレーションの欠陥の根本原因を決定することは、複雑で困難なプロセスであることができる。 子宮内エレクトロポレーション(IUE) 補完し、簡素化するために使用することができるそれによって、遺伝子ノックアウトモデルの表現型との解釈は、放射状の移行7,9-11に必要な重要なメカニズムを解明。

子宮内エレクトロポレーションでは (IUE)はによるプラスミドcarryiプロセスであり、目的の遺伝子およびレポーターの両方をngのは、マウスまたはラット胚の脳内脳室に注入した後、電流12〜14の使用を介して心室の内側を覆う細胞に引き込まれる。これは研究者がアップまたは電気穿孔ニューロンの発生または機能の目的の遺伝子のダウンレギュレーションの効果を分析することができます。 IUE後、脳を免疫組織化学7,9-11、電気生理学15または細胞培養物16,17のために処理することができる。 IUEの主な利点は、遺伝子発現の高度に特異的な操作が可能である。さらに、IUE有向電流( 図2)を介して発達中の脳の特定の領域を標的化するために使用することができる。 IUEも10,18-21(テトラサイクリン誘導性遺伝子発現が一例である)は、種々のプロモーターまたはプラスミド活性化システムの制御下で遺伝子を担持するプラスミドの注入を介して特定の細胞型を標的化するために使用することができる。

jove_contentは"> IUEのCreのLox仲介遺伝子の切り出しシステム7-9,11,22と組み合わせて使用することができる。Creタンパク質のためのメッセージをコードする遺伝子を含むプラスミド(フロックス対立遺伝子についてホモ接合性の胚にエレクトロポレーションすることができる遺伝子または特異的なDNA領域)のCre媒介DNA組換えのための2つのloxP部位によって隣接される。Creがその後のフロックスallele.The効果のノックアウトを生成する、特にエレクトロポ神経前駆細胞に目的の遺伝子の組換えを誘導する神経遊走および個々のニューロン内の開発にノックダウンタンパク質は、次に検討することができる。Creリコンビナーゼのエレクトロポレーション、無傷の支援環境を残して、影響を受けた細胞のわずかな集団において組換えを誘導する。これとは対照的に、特定の細胞型の制御下のCreの組織特異的発現プロモーターは、全体の組織全体で発生した両方の移行神経芽細胞と周囲の環境が影響を受ける可能性があること。したがって、JUXので、これらの2つのアプローチのtapositionは、与えられた移行欠陥が自律的または細胞非自律的なメカニズムをセルに起因しているかどうかを判断できます。実験的なシステムの両方の不良移行は細胞自律的メカニズムから観察された表現型の結果を示唆している。組織特異的Creリコンビナーゼモデルにおける欠陥の移行とのCreのエレクトロポレーション後の通常の移行は、目的の遺伝子は、非細胞自律的な機構を介して作用していることを示している。

IUEもノックアウト動物を7,9,10に潜在的に相互作用する遺伝子をエレクトロポレーションによって、レスキュー実験を行うために使用することができる。例えば、研究者は下流のターゲットを電気穿孔すると、移行欠陥が電気穿孔ニューロンで修正されているかどうかを決定することによってトランスジェニックモデルにおける移行の表現型を救出しようとする可能性があり。これが成功したレスキューが通常移行がSPEの中でタンパク質の発現を操作することによって復元することができることを示している付加的な利点を有しているcificニューロン、周囲の環境は依然として標的遺伝子を欠損であっても。再び、このアプローチは、欠陥のあるメカニズムは、細胞自律的であるかどうかを決定するという利点を、トランスジェニック系統を交配または生成するより効果的な、より多くの時間とコストである。

IUEはノックアウト胚( 図4C)にレポータープラスミドの電気穿孔を通って移動するニューロンを追跡するために使用することができる。手術時に心室の内側を覆うだけのニューロンが17エレクトロポレーションされると、IUEは、 インビボでのそれらの形態の視覚化の利点を有する特定の時間に生まれたニューロンを追跡するために使用することができる。

最後に、このような内側または背側終脳、海馬または神経節隆起( 図2)のような脳の領域を標的とするIUEを使用することが可能である。これは、研究者の合併症の結果の特定の領域とは独立に遺伝子機能を調査するために力を与える近隣の構造にノックダウンタンパク質からる。

網膜芽細胞腫タンパク質(pR​​bの)のp107およびp130のポケットタンパク質ファミリーを含んでよく、細胞周期の出口のレギュレータを設置している。しかしながら、これらのタンパク質はまた、神経発生の細胞周期の独立した側面を調節するという証拠が増えている。我々は以前に示したように、pRbのとP107は、接線4,23とラジアル移行6の両方で重要な役割を果たしている。ここでは、トランスジェニックモデルでのCreの子宮内エレクトロポレーションの使用を例示するために、神経遊走6にポケットタンパク質ファミリーのメンバーのpRbおよびp107の役割を実証する。要約すると、IUEは遺伝子欠失(または過剰発現)の細胞自律的な効果を分析する強力な方法を提供します。モデルをノックアウト特定の組織と組み合わせると、IUEは、神経移行を制御するメカニズムに関する追加情報を提供することができます。

Protocol

注:全ての実験は、動物管理上のカナダ人評議会のガイドラインに付着し、オタワの動物ケアの倫理委員会の大学によって承認された。 1.手術前の準備と材料プラスミド準備: 製造業者のプロトコルに従ってキアゲンMegaPrepを使用してプラスミドを準備します。高いDNA収量を確保し、一晩インキュベートする形質転換された細菌をLBブロスの少なくとも400ミ…

Representative Results

Different regions of the brain can be targeted for electroporation by varying the orientation of the paddle electrodes over the embryo’s head (Figure 2). For all parts of the forebrain, the plasmid is injected into the lateral ventricle (the hind brain can be targeted by injecting into the fourth ventricle). In general, place the electrodes so that the straight line between them passes through the region of interest, with DNA being drawn toward the positive electrode. To target the lateral cortex (…

Discussion

子宮内エレクトロポレーション行う際の主要な課題の二つは胚致死性および2)エレクトロ間の変動を減少させることを防止)1である。鈍い針が胚にダメージを与えるような致死性を防止する上で最も重要な要因の一つは、針の品質である。針を切断する場合、まだ足のパドル(図1J)のポンプ以下の表示される流体の0.1〜0.2μlと見える小滴を可能にしながら、で…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We are indebted to Pierre Mattar and Freda Miller for their assistance with the in utero electroporation and to Noel Ghanem and Bensun Fong for creating diagrams. We thank Linda Jui and Jason G. MacLaurin for excellent technical assistance. Equipment was supported by the Centre for Stroke Recovery.

This work was supported by a scholarship from HSFO and OGS to D.S.S. and a CIHR grant to R.S.S.

Materials

Table 1: Equipment and Materials
Product Name Company Catalog Number Description
ECM 830 Square Wave Electroporator BTX Harvard Apparatus 45-0052 Electroporator only – buy cables separately (45-0204)
1250FS Footswitch for ECM 830 BTX Harvard Apparatus 45-0211 Foot paddle is necessary for hands-free electroporation
Tweezertrodes BTX Harvard Apparatus 45-0489 (5mm)         45-0488 (7mm) Platinum forcep style electrodes
Femtojet Eppendorf 920010504 Microinjector
Griphead 0 Eppendorf 920007414 Holds the pulled needle
Universal Capillary Holder Eppendorf 920007392 Connects griphead to tube
Injection Tube Eppendorf 920007431 Connects capillary holder to Femtojet
Foot Control Eppendorf 920005098 Foot paddle for hands-free injection
Microloader Tips Eppendorf 930001007 Tips for loading the pulled capillary tubes
Plasmid Mega Kit Qiagen 12181 5 QIAGEN-tip 2500, Reagents, Buffers
Fast Green FCF Sigma-Aldrich F7252-5G Non-toxic dye
Extra Fine Bonn Scissors Fine Science Tools 14084-08 For trimming the needles
Bonn Strabismus Scissors Fine Science Tools 14084-09
Graefe Forceps Fine Science Tools 11050-10 Straight
Colibri Retractors Fine Science Tools 17000-03
Stapler Fine Science Tools 12031-07 For 7mm clips
Castroviejo Needle Holder Medical Tools SNH-6737 Straight, with lock
Needle Puller Narishige PC-10 For pulling microcappillaries
Microcapillaries Drummond 1-000-800 0.4 mm inner diameter glass capillary tubes

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Svoboda, D. S., Clark, A., Park, D. S., Slack, R. S. Induction of Protein Deletion Through In Utero Electroporation to Define Deficits in Neuronal Migration in Transgenic Models. J. Vis. Exp. (95), e51983, doi:10.3791/51983 (2015).

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