Characterization of emergent defects in retinal morphology and gene expression in dCas9-SPH transgenic animals
dCas9-SPH transgenik hayvanlarda retinal morfoloji ve gen ifadesindeki ortaya çıkan kusurların karakterizasyonu
Yazar: GÖKÇE GÜLDÖŞÜREN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CAVİT AĞCA
Sabancı Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik ve Genetik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Mouse genetiği, özellikle transgenik hayvanların üretilmesinde biyomedikal araştırmalarda kritik bir rol oynar. Bu genetik olarak değiştirilmiş hayvan modelleri, insan göz hastalıklarını taklit etmek, hastalık mekanizmalarını ve potansiyel tedavileri incelemek için gereklidir. Bu modellerin geliştirilmesinde yenilikçi bir araç olan CRISPR-Cas9, hedef gen değişikliklerini mümkün kılarak hastalık modelleri oluşturulmasını sağlar. Buna ek olarak, Cas9'un mutant bir varyantı olan "dead Cas9" (dCas9), DNA dizilerini kesmeden gen ekspresyonunu modüle edebilme yeteneğine sahiptir ve bu da gen düzenleyici mekanizmaların incelenmesini sağlar. Bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar dCas9-SPH (SunTag-p65-HSF1) adlı yenilikçi bir transgenik fare modeli geliştirmiştir. Bu model, belirli hedef genlerin kılavuz RNA'lar aracılığıyla regüle edilmesi için dCas9'un bir aktivatör proteine füzyonunu kullanmaktadır. İlginç bir şekilde, bu transgenik hayvan modelinin homozigot durumunda, glokoma benzer bazı özellikler gözlemlenmiştir. Bu durum, glokoma ile ilgili bir hastalık modelini taklit etme potansiyelini ortaya çıkarmıştır çünkü bu model, glokomanın ileri evrelerinde görülen optik çukurlaşmaya benzer özellikler göstermiştir. Bu çalışmada, bu fenotip tanımlanmış ve karakterize edilmiştir. Artan göz içi basıncı (IOP) olmamasına rağmen, modelin kalıcı optik çukurlaşma sergilediği gösterilmiştir. Retinal ganglion hücresi (RGC) belirteçleri analiz edilmiş ve RGC dejenerasyonu bulunmamıştır. RGC dejenerasyonunun gözlemlendiği diğer modellerle yapılan karşılaştırmalar, bu bulguyu doğrulamıştır. Göz içi basıncının olmaması ancak optik çukurlaşmanın varlığı, bu modelin kalıtsal bir optik çukurlaşma modeli olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Önemli olarak, hayvan modelinde gözlemlenen GFP sızıntısı aktivatör proteinin sızdığını gösterdi. Ancak, ddPCR analizleri fenotipin nedeninin eklemeli mutagenezden kaynaklanan Dpysl2 geninin baskılanması olduğunu ortaya koydu. Bu bulgular, bu dCas9-SPH fenotipinin optik sinir hastalıklarındaki genetik faktörlerin anlaşılmasına katkıda bulunma potansiyelini vurgulamaktadır.

Abstract:
Mouse genetics plays a crucial role in biomedical research, particularly in the generation of transgenic animals. These genetically modified animal models are essential for mimicking human eye diseases, to study disease mechanisms and potential treatments. A novel tool in the development of these models is CRISPR-Cas9, which enables targeted gene modifications to generate disease models. In addition, mutant variant of Cas9, the dead cas9 (dCas9) are also capable of modulating gene expression without cutting the DNA sequences which further enables to study gene regulatory mechanisms. Using this approach, researchers developed a novel transgenic mouse model, the dCas9-SPH (SunTag-p65-HSF1), which utilizes a dCas9 fused to an activator protein to upregulate specific target genes via guide RNAs. Unexpectedly, the homozygous state of this transgenic animal model exhibited an abnormal morphology around the optic disc. This raised a potential opportunity to mimic a disease model related to the glaucoma since this model showed similar characteristics to the optic cupping which occurs in the late stages of glaucoma.  Here, we described and characterized this phenotype. dCas9-SPH homozygous animals exhibited persistent optic cupping, despite the absence of increased intraocular pressure (IOP). Retinal ganglion cell (RGC) markers were analyzed, revealing no RGC degeneration. Comparisons with models exhibiting RGC degeneration confirmed this finding. The absence of IOP but presence of optic cupping suggests this model may be used as a hereditary optic cupping model. Notably, GFP leakage in the animal model was observed, indicating activator protein leakage. ddPCR analysis implicated Dpysl2 gene knockdown from insertional mutagenesis as the most likely cause of the phenotype. These findings highlight the potential of the homozygous dCas9-SPH animals to contribute to our understanding of genetic factors in optic nerve diseases.