Эмбриологические аспекты создания новой гуманизированной трансгенной линии мышей с интегрированным геном человека HLA-A*02:01:01:01

Накопление научных данных в области фармакогенетики требует создания адекватных релевантных биомоделей, отражающих иммуногенетические особенности отдельных групп населения. Нами были получены родоначальники новой гуманизированной трансгенной линии мышей, несущих ген HLA-A*02:01:01:01 человека, характерный для населения России. Для создания новой биомодели был использован метод инъекции генно-инженерной конструкции в пронуклеусы зигот с последующим культивированием в СО₂-инкубаторе в течение ночи и переносом потенциально модифицированных эмбрионов на стадии двух бластомеров псевдобеременным самкам-реципиентам. Всего был получен и проанализирован 91 живой потомок, из которых 18 несли целевую модификацию генома. Полученные трансгенные животные были использованы для выведения новой линии животных-биомоделей, несущих ген HLA-A*02:01:01:01 человека.

1. Айзятулова Э.М., Носенко Е.Н., Волина В.В., Смолянинова Е.И., Айзятулова Д.Р., Овсяник М.А. Динамика изменений в эндометрии и миометрии маток мышей при экспериментальном моделировании синдрома гиперстимуляции яичников и влияние на них терлипрессина. Архив клинической и экспериментальной медицины. 2014;23(2):144–148.

2. Вагина И.Н., Евсиков С.В., Соломко А.П. Факторы, определяющие готовность бластоцист мышей к имплантации. Биополимеры и клетка. 1997;13(2):161–167.

3. Каркищенко В.Н., Болотских Л.А., Капанадзе Г.Д., Каркищенко Н.Н., Колоскова Е.М., Максименко С.В., Матвеенко Е.Л., Петрова Н.В., Рябых В.П., Ревякин А.О., Станкова Н.В., Семёнов Х.Х. Создание линий трансгенных животных-моделей с генами человека NAT1 и NAT2. Биомедицина. 2016;1:74–84.

4. Каркищенко В.Н., Рябых В.П., Болотских Л.А., Семенов Х.Х., Капанадзе Г.Д., Петрова Н.В., Езерский В.А., Жукова О.Б., Колоскова Е.М., Максименко С.В., Столярова В.Н., Трубицина Т.П. Физиолого-эмбриологические аспекты создания трансгенных мышей с интегрированными генами NAT1 и NAT2 человека. Биомедицина. 2016;1:52–65.

5. Каркищенко В.Н., Рябых В.П., Каркищенко Н.Н., Дуля М.С., Езерский В.А., Колоскова Е.М., Лазарев В.Н., Максименко С.В., Петрова Н.В., Столярова В.Н., Трубицина Т.П. Молекулярно-генетические аспекты технологии получения трансгенных мышей с интегрированными генами N-ацетилтрансферазы (NAT1 и NAT2) человека. Биомедицина. 2016;1:4–17.

6. Савченко Е.С., Огнева Н.С., Максименко С.В., Жукова О.Б. Сравнение способов хирургической трансплантации эмбрионов мыши псевдобеременным самкам-реципиентам. Биомедицина. 2021;3E:80–88.

7. http://www.allelefrequencies.net/hla.asp

8. Bai J., Wang J., Yang Y., Wang F., He A., Zhang W. Identification of HLA-A*0201-restricted CTL epitopes for MLAA-34-specific immunotherapy for acute monocytic leukemia. J. Immunother. 2021;44(4):141– 150. DOI: 10.1097/CJI.0000000000000350.

9. Ball B.A., Sabeur K., Allen W.R. Liposomemediated uptake of exogenous DNA by equine spermatozoa and applications in sperm-mediated gene transfer. Equine Vet. J. 2008;40(1):76–82. DOI: 10.2746/042516407X235786.

10. Beckford-Vera D.R., Gonzalez-Junca A., Janneck J.S., Huynh T.L., Blecha J.E., Seo Y., Li X., VanBrocklin H.F., Franc B.L. PET/CT imaging of human TNFα using [89Zr]certolizumab pegol in a transgenic preclinical model of rheumatoid arthritis. Mol. Imaging Biol. 2020;22(1):105–114. DOI: 10.1007/s11307-019-01363-0.

11. Chahal P.S., Schulze E., Tran R., Montes J., Kamen A.A. Production of adeno-associated virus (AAV) serotypes by transient transfection of HEK293 cell suspension cultures for gene delivery. J. Virol. Methods. 2014;196:163–173. DOI: 10.1016/j.jviromet.2013.10.038.

12. Chatterjee P., Cheung Y., Liew C. Transfecting and nucleofecting human induced pluripotent stem cells. J. Vis. Exp. 2011;(56):3110. DOI: 10.3791/3110.

13. Chen Z., Ruan P., Wang L., Nie X., Ma X., Tan Y. T and B cell epitope analysis of SARS-CoV-2 S protein based on immunoinformatics and experimental research. J. Cell Mol. Med. 2021;25(2):1274–1289. DOI: 10.1111/jcmm.16200.

14. Chu M.L., Moran E. The limb-girdle muscular dystrophies: Is treatment on the horizon? Neurotherapeutics. 2018;15(4):849–862. DOI: 10.1007/s13311-018-0648-x.

15. Coward K., Kubota H., Parrington J. In vivo gene transfer into testis and sperm: Developments and future application. Arch. Androl. 2007;53(4):187–197. DOI: 10.1080/01485010701426455.

16. Dass C.R. Biochemical and biophysical characteristics of lipoplexes pertinent to solid tumour gene therapy. Int. J. Pharm. 2002;241(1):1–25. DOI: 10.1016/s0378-5173(02)00194-1.

17. Dass C.R., Burton M.A. Lipoplexes and tumours. A review. J. Pharmacol. 1999;51(7):755–770. DOI: 10.1211/0022357991773113.

18. Dass C.R., Su T. Delivery of lipoplexes for genotherapy of solid tumours: Role of vascular endothelial cells. J. Pharmacol. 2000;52(11):1301–1317. DOI: 10.1211/0022357001777450.

19. Dong Zh., Dong X., Jia W., Cao Sh., Zhao Q. Improving the efficiency for generation of genome-edited zebrafish by labeling primordial germ cells. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2014; 55:329–334. DOI: 10.1016/j.biocel.2014.08.020.

20. Du Y., Xie W., Zhang F., Liu C. Chimeric mouse generation by ES cell blastocyst microinjection and uterine transfer. Methods Mol. Biol. 2019;1874:99–114. DOI: 10.1007/978-1-4939-8831-0_6.

21. Fan D., Liu T., Li C., Jiao B., Li S., Hou Y., Luo K. Efficient CRISPR/Cas9-mediated targeted mutagenesis in populus in the first generation. Sci. Rep. 2015;5:12217. DOI: 10.1038/srep12217.

22. Gaertner D., Hallman T., Hankenson F., Batchelder M. Anesthesia and analgesia in rodents. In: Fish R., Brown M., Danneman P., Karas A., ed. Anesthesia and analgesia in laboratory animals. 2nd ed. London, UK: Academic, 2011:239–282.

23. Gao X., Huang L. Cationic liposome-mediated gene transfer. Gene Ther. 1995;2(10):710–722.

24. Hensel J.A., Khattar V., Ashton R., Ponnazhagan S. Recombinant AAV-CEA tumor vaccine in combination with an immune adjuvant breaks tolerance and provides protective immunity. Mol. Ther. Oncolytics. 2018;12:41–48. DOI: 10.1016/j.omto.2018.12.004.

25. Hohenstein K.A., Pyle A.D., Chern J.Y., Lock L.F., Donovan P.J. Nucleofection mediates high-efficiency stable gene knockdown and transgene expression in human embryonic stem cells. Stem Cells. 2008;26(6):1436–1443. DOI: 10.1634/stemcells.2007-0857.

26. Koblischke P., Kindahl H., Budik S., Aurich J., Palm F., Walter I., Kolodziejek J., Nowotny N., Hoppen H.O., Aurich C. Embryo transfer induces a subclinical endometritis in recipient mares which can be prevented by treatment with non-steroid anti-inflammatory drugs. Theriogenology. 2008;70(7):1147–1158. DOI: 10.1016/j.theriogenology. 2008.06.037.

27. Lamas S., Franquinho F., Morgado M., Mesquita J.R., Gärtner F., Amorim I. C57BL/6J and B6129F1 embryo transfer: Unilateral and bilateral transfer, embryo number and recipient female background control for the optimization of embryo survival and litter size. Animals (Basel). 2020;10(8):1424. DOI: 10.3390/ani10081424.

28. Larson M.A. Blastocyst microinjection with embryonic stem cells. Methods Mol. Biol. 2020;2066:83–88. DOI: 10.1007/978-1-4939-9837-1_6.

29. Levedakou E.N., Popko B. Rewiring enervated: Thinking LARGEr than myodystrophy. J. Neurosci. Res. 2006;84(2):237–243. DOI: 10.1002/jnr.20896.

30. Lerch S., Tolksdorf G., Schütz P., Brandwein C., Dormann C., Gass P., Chourbaji S. Effects of embryo transfer on emotional behaviors in C57BL/6 mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2016;55(5):510–519.

31. Lin C.Y., Su Y.H. Genome editing in sea urchin embryos by using a CRISPR/Cas9 system. Dev. Biol. 2016;409(2):420–428. DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.11.018.

32. Lotti S.N., Polkoff K.M., Rubessa M., Wheeler M.B. Modification of the genome of domestic animals. Anim. Biotechnol. 2017;28(3):198–210. DOI: 10.1080/10495398.2016.1261874.

33. Ma X., Zhang Q., Zhu Q., Liu W., Chen Y., Qiu R., Wang B., Yang Zh., Li H., Lin Y., Xie Y., Shen R., Chen Sh., Wang Z., Chen Y., Guo J., Chen L., Zhao X., Dong Zh., Liu Y.-G. A robust CRISPR/Cas9 system for convenient, high-efficiency multiplex genome editing in monocot and dicot plants. Mol. Plant. 2015; 8(8): 1274–1284. DOI: 10.1016/j.molp.2015.04.007.

34. Madrigal J.L., Shams S., Stilhano R.S., Silva E.A. Characterizing the encapsulation and release of lentivectors and adeno-associated vectors from degradable alginate hydrogels. Biomater. Sci. 2019;7(2):645–656. DOI: 10.1039/c8bm01218k.

35. Mahabir E., Volland R., Landsberger A., Manz S., Na E., Urban I., Michel G. Reproductive performance after unilateral or bilateral oviduct transfer of 2-cell embryos in mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2018;57(2):110–114.

36. Mianné J., Codner G.F., Caulder A., Fell R., Hutchison M., King R., Stewart M.E., Wells S., Teboul L. Analysing the outcome of CRISPR-aided genome editing in embryos: Screening, genotyping and quality control. Methods. 2017;121–122:68–76. DOI: 10.1016/j.ymeth.2017.03.016.

37. Mizuno S., Dinh T.T.H., Kato K., Mizuno-Iijima S., Tanimoto Y., Daitoku Y., Hoshino Y., Ikawa M., Takahashi S., Sugiyama F., Yagami K. Simple generation of albino C57BL/6J mice with G291T mutation in the tyrosinase gene by the CRISPR/Cas9 system. Mamm. Genome. 2014;25(7–8):327–334. DOI: 10.1007/s00335-014-9524-0.

38. Munné S., Alikani M., Tomkin G., Grifo J., Cohen J. Embryo morphology, developmental rates, and maternal age are correlated with chromosome abnormalities. Fertil. Steril. 1995;64(2):382–391.

39. Nidetz N.F., McGee M.C., Tse L.V., Li C., Cong L., Li Y., Huang W. Adeno-associated viral vector-mediated immune responses: Understanding barriers to gene delivery. Pharmacol. Ther. 2020;207:107453. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2019.107453.

40. Ochakovski G.A., Bartz-Schmidt K.U., Fischer M.D. Retinal gene therapy: Surgical vector delivery in the translation to clinical trials. Front Neurosci. 2017;11:174. DOI: 10.3389/fnins.2017.00174.

41. Oliver D., Yuan S., McSwiggin H., Yan W. Pervasive genotypic mosaicism in founder mice derived from genome editing through pronuclear injection. PLoS ONE. 2015;10(6):e0129457. DOI: 10.1371/journal.pone.0129457.

42. Paquet D., Kwart D., Chen A., Sproul A., Jacob S., Teo S., Olsen K.M., Gregg A., Noggle S., Tessier-Lavigne M. Efficient introduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/Cas9. Nature. 2016;533(7601):125–129. DOI: 10.1038/nature17664.

43. Park F. Lentiviral vectors: Are they the future of animal transgenesis? Physiol. Genomics. 2007;31(2):159–173. DOI: 10.1152/physiolgenomics.00069.2007.

44. Qin W., Dion S.L., Kutny P.M., Zhang Y., Cheng A.W., Jillette N.L., Malhotra A., Geurts A.M., Chen Y.G., Wang H. Efficient CRISPR/Cas9-mediated genome editing in mice by zygote electroporation of nuclease. Genetics. 2015;200(2):423–430. DOI: 10.1534/genetics.115.176594.

45. Rghei A.D., van Lieshout L.P., Santry L.A., Guilleman M.M., Thomas S.P., Susta L., Karimi K., Bridle B.W., Wootton S.K. AAV vectored immunoprophylaxis for filovirus infections. Trop. Med. Infect. Dis. 2020;5(4):169. DOI: 10.3390/tropicalmed5040169.

46. Russell W.M.S., Burch R.L. The principles of humane experimental technique. London: Methuen & Co Ltd., 1959: 238.

47. Sarvari A., Naderi M.M., Sadeghi M.R., Akhondi M.M. A technique for facile and precise transfer of mouse embryos. Avicenna J. Med. Biotechnol. 2013;5(1):62–65.

48. Scherer O., Maeß M.B., Lindner S., Garscha U., Weinigel C., Rummler S., Werz O., Lorkowski S. A procedure for efficient non-viral siRNA transfection of primary human monocytes using nucleofection. J. Immunol. Methods. 2015;422:118–124. DOI: 10.1016/j.jim.2015.04.007.

49. Schlapp G., Goyeneche L., Fernández G., Menchaca A., Crispo M. Administration of the nonsteroidal anti-inflammatory drug tolfenamic acid at embryo transfer improves maintenance of pregnancy and embryo survival in recipient mice. J. Assist. Reprod. Genet. 2015;32(2):271–275. DOI: 10.1007/s10815-014-0378-x.

50. Schnabolk G., Parsons N., Obert E., Annamalai B., Nasarre C., Tomlinson S., Lewin A.S., Rohrer B. Delivery of CR2-fH using AAV vector therapy as treatment strategy in the mouse model of choroidal neovascularization. Mol. Ther. Methods Clin. Dev. 2017;9:1–11. DOI: 10.1016/j.omtm.2017.11.003.

51. Shih C.S., Laurie N., Holzmacher J., Spence Y., Nathwani A.C., Davidoff A.M., Dyer M.A. AAV-mediated local delivery of interferon-beta for the treatment of retinoblastoma in preclinical models. Neuromolecular Med. 2009;11(1):43–52. DOI: 10.1007/s12017-009-8059-0.

52. Singh P., Schimenti J.C., Bolcun-Filas E. A mouse geneticist’s practical guide to CRISPR applications. Genetics. 2015;199(1):1–15. DOI: 10.1534/genetics.114.169771.

53. Tesson L., Cozzi J., Ménoret S., Rémy S., Usal C., Fraichard A., Anegon I. Transgenic modifications of the rat genome. Transgenic Res. 2005;14(5):531– 546. DOI: 10.1007/s11248-005-5077-z.

54. Thomas R., Shaath H., Naik A., Toor S.M., Elkord E., Decock J. Identification of two HLA-A*0201 immunogenic epitopes of lactate dehydrogenase C (LDHC): Potential novel targets for cancer immunotherapy. Cancer Immunol. Immunother. 2020;69(3):449–463. DOI: 10.1007/s00262-020-02480-4.

55. Valkenburg S.A., Josephs T.M., Clemens E.B., Grant E.J., Nguyen T.H., Wang G.C., Price D.A., Miller A., Tong S.Y., Thomas P.G., Doherty P.C., Rossjohn J., Gras S., Kedzierska K. Molecular basis for universal HLA-A*0201-restricted CD8+ T-cell immunity against influenza viruses. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016;113(16):4440–4445. DOI: 10.1073/pnas.1603106113.

56. van den Berg F.T., Makoah N.A., Ali S.A., Scott T.A., Mapengo R.E., Mutsvunguma L.Z., Mkhize N.N., Lambson B.E., Kgagudi P.D., Crowther C., Abdool Karim S.S., Balazs A.B., Weinberg M.S., Ely A., Arbuthnot P.B., Morris L. AAV-mediated expression of broadly neutralizing and vaccine-like antibodies targeting the HIV-1 envelope V2 region. Mol. Ther. Methods Clin. Dev. 2019;14:100–112. DOI: 10.1016/j.omtm.2019.06.002.

57. van Vuuren A.J., van Roon J.A., Walraven V., Stuij I., Harmsen M.C., McLaughlin P.M., van de Winkel J.G., Thepen T. CD64-directed immunotoxin inhibits arthritis in a novel CD64 transgenic rat model. J. Immunol. 2006;176(10):5833–5838. DOI: 10.4049/jimmunol.176.10.5833.

58. Varshney G.K., Pei W., LaFave M.C., Idol J., Xu L., Gallardo V., Carrington B., Bishop K., Jones M., Li M., Harper U., Huang S.C., Prakash A., Chen W., Sood R., Ledin J., Burgess S.M. High-throughput gene targeting and phenotyping in zebrafish using CRISPR/Cas9. Genome Res. 2015;25(7):1030–1042. DOI: 10.1101/gr.186379.114.

59. Wang X., Yu H., Lei A., Zhou J., Zeng W., Zhu H., Dong Z., Niu Y., Shi B., Cai B., Liu J., Huang S., Yan H., Zhao X., Zhou G., He X., Chen X., Yang Y., Jiang Y., Shi L., Tian X., Wang Y., Ma B., Huang X, Qu L., Chen Y. Generation of gene-modified goats targeting MSTN and FGF5 via zygote injection of CRISPR/Cas9 system. Sci. Rep. 2015;5:13878. DOI: 10.1038/srep13878.

60. Zabaleta N., Dai W., Bhatt U., Chichester J.A., Sanmiguel J., Estelien R., Michalson K.T., Diop C., Maciorowski D., Qi W., Hudspeth E., Cucalon A., Dyer C.D., Pampena M.B., Knox J.J., LaRocque R.C., Charles R.C., Li D., Kim M., Sheridan A., Storm N., Johnson R.I., Feldman J., Hauser B.M., Zinn E., Ryan A., Kobayashi D.T., Chauhan R., McGlynn M., Ryan E.T., Schmidt A.G., Price B., Honko A., Griffiths A., Yaghmour S., Hodge R., Betts M.R., Freeman M.W., Wilson J.M., Vandenberghe L.H. Immunogenicity of an AAV-based, room-temperature stable, single dose COVID-19 vaccine in mice and non-human primates. bioRxiv [Preprint]. 2021; 2021.01.05.422952. DOI: 10.1101/2021.01.05.422952.

61. Zhang W.W., Matlashewski G. CRISPR-Cas9-mediated genome editing in Leishmania donovani. MBio. 2015;6(4):e00861. DOI: 10.1128/mBio.00861-15.