Introduction of foreign genes into brain cells, such as neurons and astrocytes, is a powerful approach to study the gene function and regulation in the neuroscience field. Calcium phosphate precipitates have been shown to cause cytotoxicity in some mammalian cells and brain cells, thus leading to low transfection efficiency. Here, we describe a retrovirus-mediated gene delivery method to transduce foreign genes into brain cells. In an attempt to achieve higher gene delivery efficiency in these cells, we made several changes to the original method, including (1) use of a new packaging cell line, Phoenix ampho cells, (2) transfection of pMX retroviral DNA, (3) inclusion of 25 mM chloroquine in the transduction, and (4) 3- 5 h incubation of retroviruses with target cells. The results showed that the modified protocol resulted in a range of 40- 60% gene delivery efficiency in neurons and astrocytes. Furthermore, these results suggest the potential of the retrovirus-mediated gene delivery protocol being modified and adapted for other transfection-refractory cell lines and primary cells.
Transfection is a gene delivery tool that is a popular means of manipulating cellular properties, such as induced pluripotent stem cell (iPSC) generation by reprogramming factors (Yamanaka factors). However, the efficiency of transfection needs to be improved. In the present study, three transfection protocols - non-liposomal transfection (NLT), magnetofection and electroporation - were compared by analysis of their transfection efficiencies and cell viabilities using human dental pulp cells (hDPC) and bovine fetal fibroblasts (bFF) as cell sources. Enhanced green fluorescent protein gene was used as the delivery indicator. For magnetofection, Polymag reagent was administrated. NLT, FuGENE-HD and X-treme GENE 9 DNA transfection reagents were used for NLT. For electroporation, the $Neon^{TM}$ and $NEPA21^{TM}$ electroporators were tested. $Neon^{TM}$ electroporation showed highest transfection efficiency when compared with NLT, magnetofection, and $NEPA21^{TM}$ electroporation, with transfection efficiency of about 33% in hDPC and 50% in bFF, based on viable cell population in each cell type. These results suggest that transfection by $Neon^{TM}$ electroporation can be used to deliver foreign genes efficiently in human and bovine somatic cells.
The objective of this study was to establish conditions for transfection of a foreign gene into somatic cells using cationic lipid reagents and to evaluate the effects of transfection on in vitro development of somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos. Green fluorescent protein (GFP) gene was used as a foreign gene and a non-transfected somatic cell was utilized as a control karyoplast. Monolayers of porcine cells were established and subsequently transfected with a GFP-expressing gene (pEGFP-N1) using three types of transfection reagents (LipofectAMINE PLUS, FuGENE 6 or ExGen500). Donor cells used for SCNT included transfected fetal or adult fibroblasts and oviduct epithelial cells, either serum-fed or serum-starved. Oocytes matured in vitro for 42 h were reconstructed with either transfected or non-transfected porcine somatic cells by electric fusion and activation using a single DC pulse of 1.8 kV/cm for $30{\mu}s$ in $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}-containing$ 0.26 M mannitol solution. Reconstructed oocytes were subsequently cultured in NCSU-23 medium for 168 h and the developmental competence and cell number in blastocyst were compared. There were no significant differences (P>0.05) in fusion, cleavage rates or development to the blastocyst stage between non-transfected, transfected, serum-fed and serum-starved cells. However, the rates of GFP-expressing blastocysts were higher in the FuGENE 6 group (71.4%) among transfection reagents and in the fetal fibroblasts group (70.4%) for donor cells. These results indicate that fetal fibroblasts transfected with FuGENE 6 can be used as donor cells for porcine SCNT and that GFP gene can be safely used as a marker of foreign genes in porcine transgenesis.
Chicken primordial germ cells (cPGCs) are founder germ cells in embryonic stage of development that eventually give rise to sperms or oocytes. Currently cPGCs are only known cells enabling germline transmission in chicken and their cultivation protocols were recently established. Although genome modifications of chickens are now theoretically possible using cPGCs, there are still several hurdles to overcome to practically use cPGCs as mediators for chicken transgenesis. First, efficiency of gene delivery into cPGCs remains low with current methods. Second, there aregene silencing mechanisms against the expression of foreign genes in cPGCs. In this study, we successfully increased the efficiency of gene delivery in cPGCs by taking advantage of the TTAA-specific $piggybac$ transposon system. Moreover, a pipette-type electroporator significantly enhanced transfection efficiency up to 5-fold compared withcuvette-type methods. Taken together, the technological advances in our study will provide practical benefits for the application to fulfill genetic modifications of chicken genome.
The advantages of replicon vectors of RNA viruses include a high ability to stimulate innate immunity and exponential amplification of target mRNA leading to high expression of foreign antigens. The present study aimed to construct a DNA-layered nervous necrosis virus (NNV) replicon vector system in which the capsid protein gene was replaced with a foreign antigen gene and to compare the efficiency of foreign antigen expression between the conventional DNA vaccine vector and the present replicon vector. We presented the first report of a nodavirus DNA replicon-based foreign antigen expression system. Instead of a two-vector system, we devised a one-vector system containing both an NNV RNA-dependent RNA polymerase cassette and a foreign antigen-expressing cassette. This single-vector approach circumvents the issue of low foreign protein expression associated with the low co-transfection efficiency of a two-vector system. Cells transfected with a vector harboring hammerhead ribozyme-fused RNA1 and RNA2 (with the capsid gene ORF replaced with VHSV glycoprotein ORF) exhibited significantly higher transcription of the VHSV glycoprotein gene compared to cells transfected with either a vector without hammerhead ribozyme or a conventional DNA vaccine vector expressing the VHSV glycoprotein. Furthermore, the transcription level of the VHSV glycoprotein in cells transfected with a vector harboring hammerhead ribozyme-fused RNA1 and RNA2 showed a significant increase over time. These results suggest that NNV genome-based DNA replicon vectors have the potential to induce stronger and longer expression of target antigens compared to conventional DNA vaccine vectors.
This study was performed to determine the developmental potentials of nuclear transfer (NT) embryos using life-span extended cells transfected with a foreign gene as donor cells. A life-span extended bovine embryonic fibroblast cell line was transfected with an expression vector in which the human type II collagen (BOMAR) and ear fibroblasts were used as a donor cell. Cytogenetic analysis was performed to analyze the chromosomal abnormality of donor cells. The fusion rate of 1.8 kV/cm for $15{\mu}sec$ given twice was significantly higher than that of other groups (p<0.05) and the embryos lysed were significantly higher after 1.8 kV/cm for $20{\mu}sec$ given once compared to other groups (p<0.01). The blastocyst development in the ear cell group was statistically significant compared to both BOMAR groups (p<0.01). Both BOMAR groups cultured more than 40 passages (>40 passages) had a lower number of chromosomes; however, fresh granulosa cell (GC) and BOMAR groups cultured less than 20 passages had normal chromosome numbers. Both >40 passages BOMAR groups had numerous obscure debris in metaphase spreads. The transfected foreign gene was expressed in all BOMAR groups, but not in the GC group. Based on these results, the lower developmental potential of NT embryos using life-span extended donor cells transfected with a foreign gene might be a cause of chromosomal abnormality in donor cells.
A practical approach was proposed to produce transgenic chimeric chickens using blastodermal cells (BCs). The chicken BCs were mechanically dissociated and transferred into the recipient eggs that had been exposed to 500 rads irradiation of$^{60}Co$ and windowed on the equatorial plane. Chimeric chickens were generated using two models: the crosses (MXL) from Black Minors (ii,EE,b/b) ♂${\times}$Barred Leghorns (ii,ee,B/-) ♀ as donors and White Leghorns (WL, II) as acceptors (Model 1), or the Black Heifengs (BH, ii,EE,bb) as donors and Hua-xing white (HW, II) as recipients (Model 2). The treated eggs were incubated in their original shells in normal conditions until hatching. Green fluorescent protein (GFP) gene was transferred into the BCs derived from MXL and BH via lipofectamine and the pEGFP-C1, and transfection efficiency into the BCs was examined under a fluorescent microscope. Potential transgenic chimeras were selected based on the proposed methods in this study. Using the fresh BCs, the best rate of phenotypic chimeras was 6.7% and 26.0% in model-1 groups, and model-2 groups, respectively. We also described the optimized conditions for transfection. Although 30% of the BCs transfected in vitro emitted green light under an inverted fluorescent microscope, no embryos injected with the transfected BCs expressed foreign GFP gene at 3-4 days.
Primordial germ cells (PGCs) were manipulated as part of the system to produce transgenic chickens. PGCs were isolated from the germinal crescent of developmental stage 6 to 8 donor emhryos of the Korean Native Ogol Chickens (KNOC). These PGCs were transfected with plasmid DNA containing the lac Z gene by liposome mediated transfection methods. The lac Z gene was transfected and expressed in the PGCs. These transfected PGCs were injected into the germinal crescent of White Leghorn embryos (stage 6 to 8). The injected transfected PGCs migrated via the circulatory system into the future gonad and expression observed in the gonads of 3 day old chick. Of the 47 embryos and 3 day old chickens, one positive PGCs gonad from sacrificed young chickens was detected by appearance of blue cells. Plasmid DNA with the foreign gene was incorporated into the population of germ cells in the gonad. These results demonstrate that PGCs can he transfected and then transferred for colonization into the gonad, and show the potential to ultimately manipulate the genetic material of the chicken gernline.
Su-Kang Kong;Byung Soo Kim;Sae Mi Hwang;Hyune Hwan Lee;Il Yup Chung
IMMUNE NETWORK
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제16권3호
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pp.176-182
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2016
CCR3 is a chemokine receptor that mediates the accumulation of allergic inflammatory cells, including eosinophils and Th2 cells, at inflamed sites. The regulatory sequence of the CCR3 gene, contains two Runt-related transcription factor (RUNX) 1 sites and two PU.1 sites, in addition to a functional GATA site for transactivation of the CCR3 gene. In the present study, we examined the effects of the cis-acting elements of RUNX1 and PU.1 on transcription of the gene in EoL-1 eosinophilic cells and Jurkat T cells, both of which expressed functional surface CCR3 and these two transcription factors. Introduction of RUNX1 siRNA or PU.1 siRNA resulted in a modest decrease in CCR3 reporter activity in both cell types, compared with transfection of GATA-1 siRNA. Cotransfection of the two siRNAs led to inhibition in an additive manner. EMSA analysis showed that RUNX1, in particular, bound to its binding motifs. Mutagenesis analysis revealed that all point mutants lacking RUNX1- and PU.1-binding sites exhibited reduced reporter activities. These results suggest that RUNX1 and PU.1 participate in transcriptional regulation of the CCR3 gene.
To examine the feasibility of using a sperm vector system for gene transfer, we have investigated the binding and the uptaking of foreign DNA into the sperm nucleus by PCR, in situ hybridization and LSC. We have also examined the transportation of exogenous DNA into oocytes by immunofluorescene via PCR. Sperm cells were incubated with DNA/liposome complexes (1:4 ratio) in fertilization medium with BSA or without BSA. In situ hybridization demonstrated that the transfection rate of sperm cells with and without BSA was 41 and 68% respectively, when the cells were treated with liposome/DNA complexes and 13% for DNA alone. LSC analysis showed that the binding of exogenous DNA was greatly reduced by DNase I treatment which digests DNA bound onto spermatozoa, suggesting that some of the DNA was internalized into the sperm membrane. To find out whether transfected DNA was internalized into sperm intracytomembrane, sperm DNA was amplified by inverse PCR. No PCR products were detected from sperm cells, indicating that the foreign DNA was simply bound onto the sperm membrane. To investigate transfer rates of exogenous DNA into oocytes via sperm cells, we used immunofluorescene method to follow the distribution of foreign DNA via spermatozoa: a few exogenous DNA was located in the cytoplasm of early embryos (13/60, 21.7% for DNA+/liposome+/BSA) and was not located in the pronucleus and/or nucleus. These results suggest that most of the transfected sperm cells could carry the foreign DNA into the egg by in vitro fertilization, but that the transferred DNA is degraded in the developing embryos without stable integration into the zygote genome. Therefore, we have directly injected with transfected sperm cell into oocyte cytoplasm and observed that some of the exogenous DNA was detected in preimplantation embryonic cytoplasm and expressed at preimplantation stages, suggesting that exogenous DNA in early zygote has their integrity. In this study, we have not identified a noble mechanism that interfering transportation of foreign DNA into zygote genome via spermatozoa. Our data, however, demonstrated that inverse PCR and immunofluorescene methods would be used as a new tool for follow-up of gene distribution in oocyte via sperm cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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