העברת גנים לתוך האיברים השמיעתיים עוף ידי<em> ב אובו</em> מיקרו electroporation
Summary
The auditory organ mediates hearing. Here we present a modified in ovo micro-electroporation method optimized for studying auditory progenitor cell proliferation and differentiation in the developing chicken auditory organ.
Abstract
עוברי עוף הם מערכות מודל אידיאלי ללימוד ההתפתחות העוברית מניפולציות של תפקוד הגן ניתן לבצע בקלות יחסית ב אובו. האורגן החושי השמיעה באוזן הפנימית הוא קריטי ליכולת שלנו לשמוע. זה בתים האפיתל חושי מאוד מיוחד שמורכב בתאי שיער transducing-mechano (HCS) וסביבת גליה דמוית תאים תומכים (SCS). למרות הבדלים מבניים באיברי השמיעה, מנגנונים מולקולריים להסדיר את הפיתוח של איבר השמיעה שמורים אבולוציונית בין יונקי עופות ב electroporation אובו מוגבל בעיקר בשלבים מוקדמים ב E1 -. E3. בשל ההתפתחות מאוחר יחסית של איבר השמיעה ב E5, מניפולציות של איבר השמיעה על ידי ב electroporation אובו בעבר E3 הן להיתקל בקשיים עקב הפיתוח המתקדם של עובר העוף בשלבים מאוחר יותר. השיטה המוצגת כאן היא שיטת העברת גנים חולפת למיקוד גנים של ריביתבשלב E4 – E4.5 באיבר חושי השמיעה עוף בפיתוח באמצעות in-electroporation מיקרו אובו. שיטה זו חלה על gain- ואובדן-של-פונקציות עם וקטורי ביטוי מבוסס DNA פלסמיד הקונבנציונלי יכולה להיות משולבת עם ב assay שגשוג תאי אובו ידי הוספת EDU (5-ethynyl-2'-deoxyuridine) לעובר השלם בבית זמן של electroporation. השימוש של חלבון פלואורסצנטי ירוק או אדום (GFP או RFP) פלסמידים הביטוי מאפשר הנסיין לברר במהירות אם electroporation בהצלחה ממוקד החלק השמיעתי של האוזן הפנימית בפיתוח. במאמר שיטה זו, דוגמאות מייצגות של דגימות electroporated GFP מומחשות; עובר נבצרו 18 – 96 שעות לאחר electroporation ומיקוד של GFP לאזור פרו-החושי של איבר השמיעה אושר על ידי RNA כלאה באתרה. עיתון השיטה גם מספק פרוטוקול אופטימיזציה עבור שימוש thymidine אנלוגי edu לנתח תא proliferation; דוגמא assay התפשטות תאים מבוססת edu המשלב תיוג חיסוני ולחץ כימית edu מסופקת.
Introduction
למרות הבדלים במורפולוגיה דפוסים הסלולר בין יונקי איבר חישת שמיעת עופות, הגורמים המולקולריים והשבילים אחראים לפיתוח HC חושי נחשבים ישומרו 1-3 אבולוציונית. את הגבשושיות basilar, שבו שוכנים HCS שמיעתי גיל שמסביב שלהם, מפתחת כקובץ outpocketing של otocyst האוזן הפנימית. מוקדם על מאגר של אבות HC ו SC המצוין בתוך placode otic / כוס otic עצבית-החושי התחום המוסמך (NSD). נתוני גורל מיפוי לספק ראיות כי שושלות עצביות ועל חושים תהיינה צמודות לנבוע NSD ממוקם באזור הגחון-אנטרו של כוס otic או otocyst בעכברים ועוף 4,5. ראשית, neuroblasts delaminate מן NSD להצמיח נוירונים של גנגליון השמיעתי-שיווי משקל, אשר בסופו של דבר התפצל גרעינים שמיעתיים שיווי משקל. נוירונים אלה מעצבב HCS החושית של האוזן הפנימית גרעינים בגזע המוח. תאי הב להישאר NSD נחשבים להצמיח טלאים חושיים שונים, כוללים איבר חישת השמיעה, מורכב של HCS החושית transducing-mechano ו SCS הקשורים בם.
בשני האפרוח ואת Murine, יציאת אב חוש שמיעת איבר מחזור התא והבחנת HC להתרחש מנוגדים הדרגתיים. בשנת חומוס, יציאה-מחזור תא שמיעת אבי מתחילה בסביבות ~ E5 ומתקדם מהבסיס אל הקודקוד, ומן המרכז לפריפריה 6. יום אחד מאוחר יותר, בידול HC מתחיל ב איפקס ומתקדם לבסיס 7. לימוד הפיתוח של האוזן הפנימית עוף מספק יתרונות טכניים רבים ככל שניתן לחקור מנגנונים תפקודיים בקלות יחסית ב אובו בניגוד המניפולציה עוברת ברחם במערכות מודל אחרים, מחייב ניתוחים מורכבים. השיטה המתוארת כאן משתמשת במיקרו-electroporation אובו למקד הגנים של עניין באזילה משוערתr באזור פטמית-ventrally הקדמי של שלפוחית otic ספציפית E4.
Electroporation ב אובו הוא טכניקה כי הוא מבוסס היטב נפוץ 8-14. העיקרון של טכניקת electroporation מבוסס על העובדה כי נוקלאוטידים (למשל, ה- DNA פלסמיד, DNA הסינטטי, או RNA oligonucleotides) הם בעלי מטען שלילי. ה- DNA מוזרק לתוך הרקמה של עניין. כאשר זרם חשמלי ומוצבות הרקמות, הזרם פותח נקבוביים חולף מרכיבי דופן התא ומאפשר הספיג של DNA, כמו ה- DNA המטען השלילי זורם לכיוון האלקטרודה החיובית (האנודה). בניסויים הרווחים של פונקציה, גנים של עניין הם subcloned נפוץ לתוך פלסמידים ביטוי המכילים קלטות ביטוי מתאימות חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) או חלבון פלואורסצנטי אדום (RFP). בניסויים הפסד של פונקציה בונה מדכא שלילי דומיננטי מבוססי פלסמיד, או RNAi, או בונה morpholino הם גommonly בשימוש 15,16. כדי לעכב microRNA (מירנה) miRNAs פונקציה בונה ספוג, שהן בדרך כלל פלסמיד מבוסס, יכול לשמש 17. השיטה המתוארת כאן מאפשר לחקור את המנגנונים המולקולריים השולטים התפשטות והבחנה באיבר השמיעה, כמו בשיטה מיקרו-electroporation אובו ניתן לשלב בקלות עם ב assay שגשוג התאים אובו ידי הוספת edu לעובר שלם.
את electroporation והוספת edu מתבצע E4 של שלפוחית otic, שהוא יום אחד לפני תחילת היציאה מחזור התא באיבר השמיעה. ניתוח של איבר השמיעה הוא בדרך כלל מבוצע 18 – 96 שעות לאחר electroporation ב E5 (תחילת יציאת מחזור תא ובתאים חושיים), E6 (תחילת בידול HC), ו E7 (במהלך התמיינות HC); ובהמשך עד ~ E9 (סוף בידול HC). שיטת electroporation זה של העברת גנים הוא חולף שנמשך כ ~ 4 ימים, because הגנים של עניין לא להשתלב בגנום, אבל השיטה ישימה לשימוש עם וקטורי ביטוי מבוסס DNA פלסמיד המתאים, אשר יש להם את היכולת להשתלב בגנום, כגון העברת גנים בתיווך Tol2 11. באמצעות שיטה זו GFP החזק או ביטוי RFP נמשך ~ 4 ימי השבלול, ולאחר מכן הם האותות לדעוך, עדיין מספקים חלון זמן מספיק כדי ללמוד על ההתפתחות הסבוכה של איבר השמיעה. זה בשיטת העברת גני אובו הוא רומן ומאפשר למקד את איבר השמיעה המשוער ספציפית E4, שבו הוא אופטימלי עבור חקירות המתמקדות בפיתוח HC באיבר השמיעה. זוהי תוספת טובה שיטות חלופיות, אשר electroporate בבית הרבה שלבי התפתחות צעירים 11,12 או בהשוואה לשימוש של תרבויות explant גבשושיות basilar במבחנת 18.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה המתוארת כאן של מיקרו-electroporation אובו מותאמת במיוחד עבור העברת גנים לתוך איבר השמיעה מתפתחות. זה תואם עם וקטורי ביטוי פלסמיד מבוסס DNA משמשים בדרך כלל כדי לתפעל גן פונקציה / ביטוי. העיתוי של electroporation ב E4 הוא אופטימלי עבור חקירות המתמקדות בפיתוח HC באיבר השמיעה. הש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לד"ר דוריס ק וו עבור פלסמידים הביטוי והן בדיקות באתרו, במרכז האוניברסיטאי ג'ונס הופקינס עבור מתקן הדמיה ביולוגיה חושי והמרכז השמיעה ושיווי המשקל. עבודה זו נתמכה על ידי NIDCD גרנט T32 DC000023 אל LE
Materials
| Sterile 1x PBS pH 7.4 | gibco | 10010-023 |
| Fast Green FCF Powder | Sigma | F7252-5G |
| EdU Powder | Invitrogen | E10187 |
| Click-IT EdU Alexa Fluor 555 Imaging Kit | Invitrogen | C10338 |
| HiSpeed Plasmid Midi Kit (25) | Qiagen | 12643 |
| ECM 830 ElectroSquarePorator | BTX Harvard Apparatus | |
| Banana to Micrograbber Cable Kit | BTX Harvard Apparatus | 45-0216 |
| Right Handed & Left Handed Micromanipulators | World Precision Instruments Inc. | M3301R & M3301L |
| Two 12 mm Magnetic Holding Device Stages with 7 inch vertical posts | World Precision Instruments Inc. | M10 |
| Metal Steel Base Plate 12×24 inch | World Precision Instruments Inc. | 5479 |
| Scissors for Eggs 12 cm long curved, 12 mm extrafine blades; Spring Scissors | World Precision Instruments Inc. | 14120 |
| Micropippette Puller for pulling needles | Sutter Instrument Co. | P-97 |
| 2.5×2.5 mm Box Platinum Heating Filament | Sutter Instrument Co. | |
| Glass Capillary Tubes/Needles/No Fiber/Borosil 1 mm | FHC | 27-30-0 |
| Hamilton Glass Syringe 100 μl | Hamilton | 80601 Model 710LT |
| Mineral Oil (Heavy) for Hamilton Glass Syringe | Fisher Scientific | O122-1 |
| Polyethylene Tubing for connecting the Glass Syringe and Glass Cappillary Needles/ Non Toxic | Becton Dickinson and Company (BD) | 427420 Intramedic Clay Adams Brand |
| 3 cc Disposable Syringes | Becton Dickinson and Company (BD) | 309657 |
| Disposable 21 Gauge Needles | Becton Dickinson and Company (BD) | 305122 |
| One pair of 2 mm Platinum Electrodes | Bulldog Bio. / Nepagene | CUY611P3-2 |
| Electrode Holder | Bulldog Bio. / Nepagene | CUY580 |
| One pair of Dumont fine forceps number 5 | Fine Science Tools (FST) | |
| Matte finish invisible tape for sealing eggs | Office Depot | 520-928 |
| Cotton-Tipped Swabs | Fisher Scientific | 23-400-101 |
| Sterile filter tips |
References
- Bissonnette, J. P., Fekete, D. M. Standard atlas of the gross anatomy of the developing inner ear of the chicken. The Journal of comparative neurology. 368, 620-630 (1996).
- Cantos, R., Cole, L. K., Acampora, D., Simeone, A., Wu, D. K. Patterning of the mammalian cochlea. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 11707-11713 (2000).
- Whitfield, T. T. Development of the inner ear. Current opinion in genetics & development. 32, 112-118 (2015).
- Raft, S., et al. Cross-regulation of Ngn1 and Math1 coordinates the production of neurons and sensory hair cells during inner ear development. Development. 134, 4405-4415 (2007).
- Satoh, T., Fekete, D. M. Clonal analysis of the relationships between mechanosensory cells and the neurons that innervate them in the chicken ear. Development. 132, 1687-1697 (2005).
- Katayama, A., Corwin, J. T. Cell production in the chicken cochlea. The Journal of comparative neurology. 281, 129-135 (1989).
- Cotanche, D. A., Sulik, K. K. The development of stereociliary bundles in the cochlear duct of chick embryos. Brain Res. 318, 181-193 (1984).
- Alsina, B., et al. FGF signaling is required for determination of otic neuroblasts in the chick embryo. Developmental biology. 267, 119-134 (2004).
- Chang, W., et al. Bmp4 is essential for the formation of the vestibular apparatus that detects angular head movements. PLoS genetics. 4, e1000050 (2008).
- Evsen, L., Sugahara, S., Uchikawa, M., Kondoh, H., Wu, D. K. Progression of neurogenesis in the inner ear requires inhibition of Sox2 transcription by neurogenin1 and neurod1. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33, 3879-3890 (2013).
- Freeman, S., Chrysostomou, E., Kawakami, K., Takahashi, Y., Daudet, N. Tol2-mediated gene transfer and in ovo electroporation of the otic placode: a powerful and versatile approach for investigating embryonic development and regeneration of the chicken inner ear. Methods in molecular biology. 916, 127-139 (2012).
- Kamaid, A., Neves, J., Giraldez, F. Id gene regulation and function in the prosensory domains of the chicken inner ear: a link between Bmp signaling and Atoh1. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30, 11426-11434 (2010).
- Neves, J., Kamaid, A., Alsina, B., Giraldez, F. Differential expression of Sox2 and Sox3 in neuronal and sensory progenitors of the developing inner ear of the chick. The Journal of comparative neurology. 503, 487-500 (2007).
- Neves, J., Uchikawa, M., Bigas, A., Giraldez, F. The prosensory function of Sox2 in the chicken inner ear relies on the direct regulation of Atoh1. PLoS One. 7, 30871 (2012).
- Das, R. M., et al. A robust system for RNA interference in the chicken using a modified microRNA operon. Developmental biology. 294, 554-563 (2006).
- Wu, C. Y., Hooper, R. M., Han, K., Taneyhill, L. A. Migratory neural crest cell alphaN-catenin impacts chick trigeminal ganglia formation. Developmental biology. 392, 295-307 (2014).
- Kumar, M. S., et al. Suppression of non-small cell lung tumor development by the let-7 microRNA family. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 3903-3908 (2008).
- Jacques, B. E., Dabdoub, A., Kelley, M. W. Fgf signaling regulates development and transdifferentiation of hair cells and supporting cells in the basilar papilla. Hearing research. 289, 27-39 (2012).
- Korn, M. J., Cramer, K. S. Windowing chicken eggs for developmental studies. Journal of visualized experiments: JoVE. , e306 (2007).
- Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. Journal of morphology. 88, 49-92 (1951).
- Oh, S. H., Johnson, R., Wu, D. K. Differential expression of bone morphogenetic proteins in the developing vestibular and auditory sensory organs. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 16, 6463-6475 (1996).
- Bell, D., et al. Spatial and temporal segregation of auditory and vestibular neurons in the otic placode. Developmental biology. 322, 109-120 (2008).
