افزایش میزان بیان ژن Sox2 در سلول‌های فیبروبلاست گاوی با استفاده از TALE-TFs

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 8، دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 21، فروردین 1394، صفحه 87-95   

نوع مقاله: علمی پژوهشی- ژنتیک و اصلاح دام و طیور

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v7i1.23821

نویسندگان

یاسمن شمشیرگران¹؛ مجتبی طهمورث پور^{* 2}؛ حسام دهقانی³؛ محمدرضا نصیری⁴

¹گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند

²گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

³دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

⁴علوم دامی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

ژن Sox2 کد کننده یک فاکتور رونویسی موثر در ایجاد و پایداری خاصیت چند توانی سلول های بنیادین پستانداران می باشد. در این مطالعه توانایی Transcription Activator Like-Effector Transcription Factors (TALE-TFs) جهت افزایش بیان اندوژنوس ژن Sox2 در سلول‌های فیبروبلاست گاوی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور در ابتدا 320 جفت باز از منطقه پروموتری ژن Sox2 گاوی توالی یابی شد و در ادامه این توالی با اطلاعات ژنوم انسان موجود در بانک جهانی ژن مقایسه شد. هم‌ردیفی توالی های به دست آمده نشان داد که این منطقه دارای مشابهت 44/93 درصد با منطقه پروموتری ژن Sox2 انسانی است. لذا با توجه به شباهت موجود توالی ها، از یک Sox2-TALE-TF که قبلاً جهت افزایش بیان ژن Sox2 در سلول های انسانی استفاده شده بود برای تست فعالیت TALE-TF ها در سلول های فیبروبلاست گاوی استفاده گردید. جهت اندازه‌گیری میزان فعالیت TALE-TF ها در سلول های فیبروبلاست گاوی از آنالیز بیان ژن (qRT-PCR) و یک سیستم گزارشگر رنگ فلورسنت mCherry تحت کنترل پروموتر minCMV استفاده گردید. بررسی عکس های میکروسکوپ فلورسنت نشان داد که پروموتر minCMV در سلول‌های فیبروبلاست گاوی به شکل کاملاً قوی عمل می کند و به عنوان یک گزارشگر برای فعالیت TALE-TF ها قابل استفاده نیست. آنالیز نتایج بیان ژن Sox2 گاوی با استفاده از تکنیک qRT-PCR نشان داد که بیان ژن Sox2 در سلول های فیبروبلاست گاوی ترانسفکت شده با Sox2-TALE-TF به میزان 529/3 برابر افزایش داشته است. نتایج این تحقیق نشان داد که TALE-TF ها به عنوان فاکتور های رونویسی مصنوعی می‌توانند جهت افزایش بیان اندوژنوس ژن ها در سلول های گاوی به کار برده شوند.

کلیدواژه‌ها

فیبروبلاست گاوی؛ پروموتر minCMV؛ ژن Sox2؛ TALE-TFs

مراجع

1- Boch, J., H. Scholze, S. Schornack, A. Landgraf, S. Hahn, S. Kay, T. Lahaye, A. Nickstadt, and U. Bonas. 2009. Breaking the code of DNA binding specificity of TAL-type III effectors. Science 326(5959):1509-1512.

2- Buganim, Y., D. A. Faddah, and R. Jaenisch. 2013. Mechanisms and models of somatic cell reprogramming. Nature Review Genetics 14(6):427-439.

3- Bultmann, S., R. Morbitzer, C. S. Schmidt, K. Thanisch, F. Spada, J. Elsaesser, T. Lahaye, and H. Leonhardt. 2012. Targeted transcriptional activation of silent oct4 pluripotency gene by combining designer TALEs and inhibition of epigenetic modifiers. Nucleic Acids Research 40(12):5368-5377.

4- Cermak, T., E. L. Doyle, M. Christian, L. Wang, Y. Zhang, C. Schmidt, J. A. Baller, N. V. Somia, A. J. Bogdanove, and D. F. Voytas. 2011. Efficient design and assembly of custom TALEN and other TAL effector-based constructs for DNA targeting. Nucleic Acids Research 39(12):e82-e82.

5- Cong, L., R. Zhou, Y.-c. Kuo, M. Cunniff, and F. Zhang. 2012. Comprehensive interrogation of natural TALE DNA-binding modules and transcriptional repressor domains. Nature Communications 3:968.

6- Garg, A., J. J. Lohmueller, P. A. Silver, and T. Z. Armel. 2012. Engineering synthetic TAL effectors with orthogonal target sites. Nucleic Acids Research 40(15):7584-7595.

7- Geiβler, R., H. Scholze, S. Hahn, J. Streubel, U. Bonas, S.-E. Behrens, and J. Boch. 2011. Transcriptional activators of human genes with programmable DNA-specificity. PLoS ONE 6(5):e19509.

8- Huang, B., T. Li, L. Alonso-Gonzalez, R. Gorre, S. Keatley, A. Green, P. Turner, P. K. Kallingappa, V. Verma, and B. Oback. 2011. A virus-free poly-promoter vector induces pluripotency in quiescent bovine cells under chemically defined conditions of dual kinase inhibition. PLoS ONE 6(9):e24501.

9- Imamura, M., K. Miura, K. Iwabuchi, T. Ichisaka, M. Nakagawa, J. Lee, M. Kanatsu-Shinohara, T. Shinohara, and S. Yamanaka. 2006. Transcriptional repression and DNA hypermethylation of a small set of ES cell marker genes in male germline stem cells. BMC Developmental Biology 6(1):34.

10- Joung, J. K. and J. D. Sander. 2012. TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing. Nature Reviews Molecular Cell Biology 14(1):49-55.

11- Katoh, Y. and M. Katoh. 2005. Comparative genomics on SOX2 orthologs. Oncology Reports 14(3):797.

12- Lan, J., S. Hua, H. Zhang, Y. Song, J. Liu, and Y. Zhang. 2010. Methylation patterns in 5′ terminal regions of pluripotency-related genes in bovine in vitro fertilized and cloned embryos. Journal of Genetics and Genomics 37(5):297-304.

13- Leis, O., A. Eguiara, E. Lopez-Arribillaga, M. Alberdi, S. Hernandez-Garcia, K. Elorriaga, A. Pandiella, R. Rezola, and A. Martin. 2012. Sox2 expression in breast tumours and activation in breast cancer stem cells. Oncogene 31(11):1354-1365.

14- Li, Y., M. Cang, A. S. Lee, K. Zhang, and D. Liu. 2011. Reprogramming of sheep fibroblasts into pluripotency under a drug-inducible expression of mouse-derived defined factors. PLoS ONE 6(1):e15947.

15- Livak, K. J. and T. D. Schmittgen. 2001. Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2− ΔΔCT Method. Methods 25(4):402-408.

16- Maeder, M. L., S. J. Linder, D. Reyon, J. F. Angstman, Y. Fu, J. D. Sander, and J. K. Joung. 2013. Robust, synergistic regulation of human gene expression using TALE activators. Nature Methods (10), 243–245.

17- Maeder, M. L., S. Thibodeau-Beganny, A. Osiak, D. A. Wright, R. M. Anthony, M. Eichtinger, T. Jiang, J. E. Foley, R. J. Winfrey, and J. A. Townsend. 2008. Rapid “open-source” engineering of customized zinc-finger nucleases for highly efficient gene modification. Molecular Cell 31(2):294-301.

18- Miller, J. C., S. Tan, G. Qiao, K. A. Barlow, J. Wang, D. F. Xia, X. Meng, D. E. Paschon, E. Leung, and S. J. Hinkley. 2010. A TALE nuclease architecture for efficient genome editing. Nature Biotechnology 29(2):143-148.

19- Morbitzer, R., P. Römer, J. Boch, and T. Lahaye. 2010. Regulation of selected genome loci using de novo-engineered transcription activator-like effector (TALE)-type transcription factors. Proceedings of the National Academy of Sciences 107(50):21617-21622.

20- Page, R. L., S. Ambady, W. F. Holmes, L. Vilner, D. Kole, O. Kashpur, V. Huntress, I. Vojtic, H. Whitton, and T. Dominko. 2009. Induction of stem cell gene expression in adult human fibroblasts without transgenes. Cloning and Stem Cells 11(3):417-426.

21- Perez-Pinera, P., D. G. Ousterout, J. M. Brunger, A. M. Farin, K. A. Glass, F. Guilak, G. E. Crawford, A. J. Hartemink, and C. A. Gersbach. 2013. Synergistic and tunable human gene activation by combinations of synthetic transcription factors. Nature Methods (10) 239–242.

22- Rebar, E. J., Y. Huang, R. Hickey, A. K. Nath, D. Meoli, S. Nath, B. Chen, L. Xu, Y. Liang, and A. C. Jamieson. 2002. Induction of angiogenesis in a mouse model using engineered transcription factors. Nature Medicine 8(12):1427-1432.

23- Reyon, D., S. Q. Tsai, C. Khayter, J. A. Foden, J. D. Sander, and J. K. Joung. 2012. FLASH assembly of TALENs for high-throughput genome editing. Nature Biotechnology 30(5):460-465.

24- Sander, J. D., L. Cade, C. Khayter, D. Reyon, R. T. Peterson, J. K. Joung, and J.-R. J. Yeh. 2011. Targeted gene disruption in somatic zebrafish cells using engineered TALENs. Nature Biotechnology 29(8):697.

25- Sander, J. D., P. Zaback, J. K. Joung, D. F. Voytas, and D. Dobbs. 2009. An affinity-based scoring scheme for predicting DNA-binding activities of modularly assembled zinc-finger proteins. Nucleic Acids Research 37(2):506-515.

26- Sanjana, N. E., L. Cong, Y. Zhou, M. M. Cunniff, G. Feng, and F. Zhang. 2012. A transcription activator-like effector toolbox for genome engineering. Nature Protocols 7(1):171-192.

27- Schmid-Burgk, J. L., T. Schmidt, V. Kaiser, K. Höning, and V. Hornung. 2012. A ligation-independent cloning technique for high-throughput assembly of transcription activator-like effector genes. Nature Biotechnology 31(1):76-81.

28- Snowden, A. W., L. Zhang, F. Urnov, C. Dent, Y. Jouvenot, X. Zhong, E. J. Rebar, A. C. Jamieson, H. S. Zhang, S. Tan, C. C. Case, C. O. Pabo, A. P. Wolffe, and P. D. Gregory. 2003. Repression of Vascular Endothelial Growth Factor A in Glioblastoma Cells Using Engineered Zinc Finger Transcription Factors. Cancer Research 63(24):8968-8976.

29- Takahashi, K. and S. Yamanaka. 2006. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126(4):663-676.

30- Tremblay, J. P., P. Chapdelaine, Z. Coulombe, and J. Rousseau. 2012. Transcription Activator-Like Effector Proteins Induce the Expression of the Frataxin Gene. Human Gene Therapy 23(8):883-890.

31- Zhang, F., L. Cong, S. Lodato, S. Kosuri, G. M. Church, and P. Arlotta. 2011. Efficient construction of sequence-specific TAL effectors for modulating mammalian transcription. Nature Biotechnology 29(2):149-153.