МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕПРОДУКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КРОЛИКОВ
Ключевые слова:
трансгенные животные, гормональная система, прокол конструкции, культивирование, эмбрионы, яйцеклетки, суперовуляция
Аннотация
В данной статье мы представляем некоторые практические рекомендации, разработанные нами в ходе двухлетней работы по получению нескольких линий кроликов с искусственно измененным геномом. Технология получения генетически модифицированных кроликов основана на получении датированных оплодотворенных яйцеклеток с дальнейшей микроинъекцией генетических конструкций, оценкой выживаемости и пересадкой эмбрионов лапароскопическим и лапаротомическим способами. Наибольшую эффективность продемонстрировала следующая схема: введение сывороточного гонадотропина (Фоллимаг, МОСАГРОГЕН, Россия) в дозе 4ME/кг подкожно и внутривенное введение хорионического гонадотропина человека (Хорулон, Merck Animal Health, США) в дозе 60MЕ/кг. Таким образом, разработанная в итоге операционная процедура позволяет оператору проводить микроинъекции с высокой эффективностью переноса и максимальной выживаемостью клеток. Микроинъекцию проводят через пневматический микроинъектор «Eppendorf FemtoJet 4i» с помощью гидравлических микроманипуляторов под визуальным контролем через инвертированный исследовательский микроскоп «NIKON ECLIPSE TS2R». Описанные результаты могут быть полезны в составлении стандартных операционных процедур, применяемых в лабораториях, которые занимаются получением генетически модифицированных животных кроликов.
Литература
1. Mahfouz M.M., Cardi T, Neal Stewart C.Jr. Next-generation precision genome engineering and plant biotechnology // Plant Cell Rep. 2016. Vol. 35, no. 7, P. 1397-1399. doi: 10.1007/s00299-016-2009-8.
2. Cameron D.E., Bashor C.J., Collins J.J. A brief history of synthetic biology // Nat Rev Microbiol. 2014. Vol. 12, no. 5. P. 381-390. doi: 10.1038/nrmicro3239.
3. Jiang Y., Chen B., Duan C., Sun B., Yang J., Yang S. Multigene editing in the Escherichia coli genome via the CRISPR-Cas9 system // Appl Environ Microbiol. 2015. Vol. 81, no. 7. P. 2506-2514, doi: 10.1128/AEM.04023-14
4. Yu H., Lin T., Meng X., Du H., Zhang J., Liu G., Chen M., Jing Y., Kou L., Li X., Gao Q., Liang Y., Liu X., Fan Z., Liang Y., Cheng Z., Chen M., Tian Z., Wang Y., Chu C., Zuo J., Wan J., Qian Q., Han B., Zuccolo A., Wing R.A., Gao C., Liang C., Li J. A route to de novo domestication of wild allotetraploid rice // Cell. 2021. Vol. 184, no. 5. P. 1156-1170. doi: 10.1016/j.cell.2021.01.013.
5. Phelps M.P., Seeb L.W., Seeb J.E. Transforming ecology and conservation biology through genome editing // Conserv Biol. 2020. Vol. 34, no. 1. P. 54-65. doi: 10.1111/cobi.13292.
6. Chen X, Gays D, Santoro MM. Transgenic Zebrafish // Methods Mol Biol. 2016. Vol. 1464. P. 107-114. doi: 10.1007/978-1-4939-3999-2_10.
7. Mashimo T, Serikawa T. Rat resources in biomedical research // Curr Pharm Biotechnol. 2009. Vol. 10, no. 2. P. 214-220. doi: 10.2174/138920109787315105.
8. Hickman-Davis JM, Davis IC. Transgenic mice // Paediatr Respir Rev. 2006. Vol. 7, no. 1. P. 49-53. doi: 10.1016/j.prrv.2005.09.005.
9. Lee C.S., Fang N.Z., Koo D.B., Lee Y.S., Zheng G.D., Oh K.B., Youn W.S., Han Y.M., Kim S.J., Lim J.H., Shin S.T., Jin S.W., Lee K.S., Ko J.H., Koo J.S., Park C.S., Yoo O.J., Lee K.K. Embryo recovery and transfer for the production of transgenic goats from Korean native strain, Capra hircus aegagrus // Small Rumin Res. 2000. Vol. 37, no. 1-2. P. 57-63. doi: 10.1016/s0921-4488(99)00139-x.
10. He Z., Jiang L., Zhang T., Zhou M., Wu D., Yuan T., Yuan Y., Cheng Y. Efficient increase of the novel recombinant human plasminogen activator expression level and stability through the use of homozygote transgenic rabbits // Int J Mol Med. 2018. Vol. 42, no. 4. P. 2269-2275. doi: 10.3892/ijmm.2018.3754.
11. Fan J., Challah M., Watanabe T. Transgenic rabbit models for biomedical research: current status, basic methods and future perspectives // Pathol Int. 1999. Vol. 49, no. 7. P. 583-594. doi: 10.1046/j.1440-1827.1999.00923.x.
12. Bosze Z., Hiripi L., Carnwath J.W., Niemann H. The transgenic rabbit as model for human diseases and as a source of biologically active recombinant proteins // Transgenic Res. 2003. Vol. 12, no. 5. P. 541-553. doi: 10.1023/a:1025816809372.
13. Jänne J., Alhonen L., Hyttinen J.M., Peura T., Tolvanen M., Korhonen V.P. Transgenic bioreactors // Biotechnol Annu Rev. 1998. Vol. 4. P. 55-74, doi: 10.1016/s1387-2656(08)70067-x.
14. Castro F.O., Limonta J., Rodriguez A., Aguirre A., de la Fuente J., Aguilar A., Ramos B., Hayes O. Transgenic rabbits for the production of biologically-active recombinant proteins in the milk // Genet Anal. 1999. Vol. 15, no. 3-5. P. 179-187. doi: 10.1016/s1050-3862(99)00024-8.
15. Zhang S., Xiang S., Yang J., Shi J., Guan X., Jiang J., Wei Y., Luo C., Shi D., Lu F. Optimization of parthenogenetic activation of rabbit oocytes and development of rabbit embryo by somatic cell nuclear transfer // Reprod Domest Anim. 2019. Vol. 54, no. 2. P. 258-269. doi: 10.1111/rda.13344.
16. Takehashi M., Kanatsu-Shinohara M., Shinohara T. Generation of genetically modified animals using spermatogonial stem cells // Dev Growth Differ. 2010. Vol. 52, no. 3. P. 303-310, doi: 10.1111/j.1440-169X.2009.01167.x.
17. Zhang C., Ren Z., Gong Z. Transgenic Expression and Genome Editing by Electroporation of Zebrafish Embryos // Mar Biotechnol. New York, USA. 2020. Vol. 22, no. 5. P. 644-650. doi: 10.1007/s10126-020-09985-0.
18. Romeo C., Chen S.H., Goulding E., Van Gorder L., Schwartz M., Walker M., Scott G., Scappini E., Ray M., Martin N.P. AAV diffuses across zona pellucida for effortless gene delivery to fertilized eggs // Biochem Biophys Res Commun. 2020. Vol. 526, no. 1. P. 85-90. doi: 10.1016/j.bbrc.2020.03.026.
19. Tamm C., Kadekar S., Pijuan-Galitó S., Annerén C. Fast and Efficient Transfection of Mouse Embryonic Stem Cells Using Non-Viral Reagents // Stem Cell Rev Rep. 2016. Vol. 12, no. 5. P. 584-591. doi: 10.1007/s12015-016-9673-5.
20. Egorova T.V., Zotova E.D., Reshetov D.A., Polikarpova A.V., Vassilieva S.G., Vlodavets D.V., Gavrilov A.A., Ulianov S.V., Buchman V.L., Deykin A.V. CRISPR/Cas9-generated mouse model of Duchenne muscular dystrophy recapitulating a newly identified large 430 kb deletion in the human DMD gene // Dis Model Mech. 2019. Vol. 12, no. 4. dmm037655 p. doi: 10.1242/dmm.037655.
21. Руководство по проведению клинических исследований лекарственных средств, Часть 1 / Под ред. А.Н. Миронова А.В. M.: Гриф и К, 2012., 244 с.
22. Покровский В.М., Патраханов E.A., Лебедев П.Р., Белашова А.В., Карагодина А.Ю., Шабалин А.А., Нестеров А.В., Марковская В.А., Покровский М.В. Оценка эффективности групповой гормон-регулирующей синхронизации овуляции у самок мышей // Фармация и фармакология. 2020.Т. 8, № 4. С. 255-262. doi: 10.19163/2307-9266-2020-8-4-255-262.
23. Doudna J.A., Charpentier E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9 // Science. 2014. 346 (6213), 1258096 p. doi: 10.1126/science.1258096.
24. Hay A.N., Farrell K., Leeth C.M., Lee K. Use of Genome Editing Techniques to Produce Transgenic Farm Animals // Adv Exp Med Biol. 2022. Vol. 1354. P. 279-297. doi: 10.1007/978-3-030-85686-1_14.
25. Asmamaw M., Zawdie B. Mechanism and Applications of CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing // Biologics. 2021. Vol. 15. P. 353-361. doi: 10.2147/BTT.S326422.
26. Larson M.A. Embryo Transfer Surgery // Methods Mol Biol. 2020. Vol. 2066. P. 101-106. doi: 10.1007/978-1-4939-9837-1_8.
27. Khalil A.M. The genome editing revolution: review // J Genet Eng Biotechnol. 2020. Vol. 18, no. 1. 68 p. doi: 10.1186/s43141-020-00078-y.
28. Gordon K., Ruddle F.H. Gene transfer into mouse embryos // Dev Biol. New York, USA. 1986. Vol. 4. P. 1-36. doi: 10.1007/978-1-4613-2143-9_1.
29. Saito T. Embryonic in vivo electroporation in the mouse // Methods Enzymol. 2010. Vol. 477. P. 37-50. doi: 10.1016/S0076-6879(10)77003-8.
30. Hosseini S.M., Hajian M., Ostadhosseini S., Forouzanfar M., Abedi P., Jafarpour F., Gourabi H., Shahverdi A.H., Vosough A., Ghanaie H.R., Nasr-Esfahani M.H. Contrasting effects of G1.2/G2.2 and SOF1/SOF2 embryo culture media on pre- and post-implantation development of non-transgenic and transgenic cloned goat embryos // Reprod Biomed Online. 2015. Vol. 31, no. 3. P. 372-383. doi: 10.1016/j.rbmo.2015.06.008.
31. Goldstein C.A., O'Brien L.M., Bergin I.L., Saunders T.L. The effect of repeated light-dark shifts on uterine receptivity and early gestation in mice undergoing embryo transfer // Syst Biol Reprod Med. 2018. Vol. 64, no. 2. P. 103-111. doi: 10.1080/19396368.2017.1408715.
2. Cameron D.E., Bashor C.J., Collins J.J. A brief history of synthetic biology // Nat Rev Microbiol. 2014. Vol. 12, no. 5. P. 381-390. doi: 10.1038/nrmicro3239.
3. Jiang Y., Chen B., Duan C., Sun B., Yang J., Yang S. Multigene editing in the Escherichia coli genome via the CRISPR-Cas9 system // Appl Environ Microbiol. 2015. Vol. 81, no. 7. P. 2506-2514, doi: 10.1128/AEM.04023-14
4. Yu H., Lin T., Meng X., Du H., Zhang J., Liu G., Chen M., Jing Y., Kou L., Li X., Gao Q., Liang Y., Liu X., Fan Z., Liang Y., Cheng Z., Chen M., Tian Z., Wang Y., Chu C., Zuo J., Wan J., Qian Q., Han B., Zuccolo A., Wing R.A., Gao C., Liang C., Li J. A route to de novo domestication of wild allotetraploid rice // Cell. 2021. Vol. 184, no. 5. P. 1156-1170. doi: 10.1016/j.cell.2021.01.013.
5. Phelps M.P., Seeb L.W., Seeb J.E. Transforming ecology and conservation biology through genome editing // Conserv Biol. 2020. Vol. 34, no. 1. P. 54-65. doi: 10.1111/cobi.13292.
6. Chen X, Gays D, Santoro MM. Transgenic Zebrafish // Methods Mol Biol. 2016. Vol. 1464. P. 107-114. doi: 10.1007/978-1-4939-3999-2_10.
7. Mashimo T, Serikawa T. Rat resources in biomedical research // Curr Pharm Biotechnol. 2009. Vol. 10, no. 2. P. 214-220. doi: 10.2174/138920109787315105.
8. Hickman-Davis JM, Davis IC. Transgenic mice // Paediatr Respir Rev. 2006. Vol. 7, no. 1. P. 49-53. doi: 10.1016/j.prrv.2005.09.005.
9. Lee C.S., Fang N.Z., Koo D.B., Lee Y.S., Zheng G.D., Oh K.B., Youn W.S., Han Y.M., Kim S.J., Lim J.H., Shin S.T., Jin S.W., Lee K.S., Ko J.H., Koo J.S., Park C.S., Yoo O.J., Lee K.K. Embryo recovery and transfer for the production of transgenic goats from Korean native strain, Capra hircus aegagrus // Small Rumin Res. 2000. Vol. 37, no. 1-2. P. 57-63. doi: 10.1016/s0921-4488(99)00139-x.
10. He Z., Jiang L., Zhang T., Zhou M., Wu D., Yuan T., Yuan Y., Cheng Y. Efficient increase of the novel recombinant human plasminogen activator expression level and stability through the use of homozygote transgenic rabbits // Int J Mol Med. 2018. Vol. 42, no. 4. P. 2269-2275. doi: 10.3892/ijmm.2018.3754.
11. Fan J., Challah M., Watanabe T. Transgenic rabbit models for biomedical research: current status, basic methods and future perspectives // Pathol Int. 1999. Vol. 49, no. 7. P. 583-594. doi: 10.1046/j.1440-1827.1999.00923.x.
12. Bosze Z., Hiripi L., Carnwath J.W., Niemann H. The transgenic rabbit as model for human diseases and as a source of biologically active recombinant proteins // Transgenic Res. 2003. Vol. 12, no. 5. P. 541-553. doi: 10.1023/a:1025816809372.
13. Jänne J., Alhonen L., Hyttinen J.M., Peura T., Tolvanen M., Korhonen V.P. Transgenic bioreactors // Biotechnol Annu Rev. 1998. Vol. 4. P. 55-74, doi: 10.1016/s1387-2656(08)70067-x.
14. Castro F.O., Limonta J., Rodriguez A., Aguirre A., de la Fuente J., Aguilar A., Ramos B., Hayes O. Transgenic rabbits for the production of biologically-active recombinant proteins in the milk // Genet Anal. 1999. Vol. 15, no. 3-5. P. 179-187. doi: 10.1016/s1050-3862(99)00024-8.
15. Zhang S., Xiang S., Yang J., Shi J., Guan X., Jiang J., Wei Y., Luo C., Shi D., Lu F. Optimization of parthenogenetic activation of rabbit oocytes and development of rabbit embryo by somatic cell nuclear transfer // Reprod Domest Anim. 2019. Vol. 54, no. 2. P. 258-269. doi: 10.1111/rda.13344.
16. Takehashi M., Kanatsu-Shinohara M., Shinohara T. Generation of genetically modified animals using spermatogonial stem cells // Dev Growth Differ. 2010. Vol. 52, no. 3. P. 303-310, doi: 10.1111/j.1440-169X.2009.01167.x.
17. Zhang C., Ren Z., Gong Z. Transgenic Expression and Genome Editing by Electroporation of Zebrafish Embryos // Mar Biotechnol. New York, USA. 2020. Vol. 22, no. 5. P. 644-650. doi: 10.1007/s10126-020-09985-0.
18. Romeo C., Chen S.H., Goulding E., Van Gorder L., Schwartz M., Walker M., Scott G., Scappini E., Ray M., Martin N.P. AAV diffuses across zona pellucida for effortless gene delivery to fertilized eggs // Biochem Biophys Res Commun. 2020. Vol. 526, no. 1. P. 85-90. doi: 10.1016/j.bbrc.2020.03.026.
19. Tamm C., Kadekar S., Pijuan-Galitó S., Annerén C. Fast and Efficient Transfection of Mouse Embryonic Stem Cells Using Non-Viral Reagents // Stem Cell Rev Rep. 2016. Vol. 12, no. 5. P. 584-591. doi: 10.1007/s12015-016-9673-5.
20. Egorova T.V., Zotova E.D., Reshetov D.A., Polikarpova A.V., Vassilieva S.G., Vlodavets D.V., Gavrilov A.A., Ulianov S.V., Buchman V.L., Deykin A.V. CRISPR/Cas9-generated mouse model of Duchenne muscular dystrophy recapitulating a newly identified large 430 kb deletion in the human DMD gene // Dis Model Mech. 2019. Vol. 12, no. 4. dmm037655 p. doi: 10.1242/dmm.037655.
21. Руководство по проведению клинических исследований лекарственных средств, Часть 1 / Под ред. А.Н. Миронова А.В. M.: Гриф и К, 2012., 244 с.
22. Покровский В.М., Патраханов E.A., Лебедев П.Р., Белашова А.В., Карагодина А.Ю., Шабалин А.А., Нестеров А.В., Марковская В.А., Покровский М.В. Оценка эффективности групповой гормон-регулирующей синхронизации овуляции у самок мышей // Фармация и фармакология. 2020.Т. 8, № 4. С. 255-262. doi: 10.19163/2307-9266-2020-8-4-255-262.
23. Doudna J.A., Charpentier E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9 // Science. 2014. 346 (6213), 1258096 p. doi: 10.1126/science.1258096.
24. Hay A.N., Farrell K., Leeth C.M., Lee K. Use of Genome Editing Techniques to Produce Transgenic Farm Animals // Adv Exp Med Biol. 2022. Vol. 1354. P. 279-297. doi: 10.1007/978-3-030-85686-1_14.
25. Asmamaw M., Zawdie B. Mechanism and Applications of CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing // Biologics. 2021. Vol. 15. P. 353-361. doi: 10.2147/BTT.S326422.
26. Larson M.A. Embryo Transfer Surgery // Methods Mol Biol. 2020. Vol. 2066. P. 101-106. doi: 10.1007/978-1-4939-9837-1_8.
27. Khalil A.M. The genome editing revolution: review // J Genet Eng Biotechnol. 2020. Vol. 18, no. 1. 68 p. doi: 10.1186/s43141-020-00078-y.
28. Gordon K., Ruddle F.H. Gene transfer into mouse embryos // Dev Biol. New York, USA. 1986. Vol. 4. P. 1-36. doi: 10.1007/978-1-4613-2143-9_1.
29. Saito T. Embryonic in vivo electroporation in the mouse // Methods Enzymol. 2010. Vol. 477. P. 37-50. doi: 10.1016/S0076-6879(10)77003-8.
30. Hosseini S.M., Hajian M., Ostadhosseini S., Forouzanfar M., Abedi P., Jafarpour F., Gourabi H., Shahverdi A.H., Vosough A., Ghanaie H.R., Nasr-Esfahani M.H. Contrasting effects of G1.2/G2.2 and SOF1/SOF2 embryo culture media on pre- and post-implantation development of non-transgenic and transgenic cloned goat embryos // Reprod Biomed Online. 2015. Vol. 31, no. 3. P. 372-383. doi: 10.1016/j.rbmo.2015.06.008.
31. Goldstein C.A., O'Brien L.M., Bergin I.L., Saunders T.L. The effect of repeated light-dark shifts on uterine receptivity and early gestation in mice undergoing embryo transfer // Syst Biol Reprod Med. 2018. Vol. 64, no. 2. P. 103-111. doi: 10.1080/19396368.2017.1408715.
Поступила в редакцию
2022-11-29
Опубликована 2022-12-27
Опубликована 2022-12-27