TIKUS TRANSGENIK (TRANSGENIC MICE) AAJ/Histologi FKUI Thursday,November 05, 2009 TIKUS TRANSGENIK (TRANSGENIC MICE) DARI KONSEP MENJADI SALAH SATU METODA UNTUK MEMPELAJARI FUNGSI GEN All images in this document is removed due to copyright restriction Ahmad Aulia Jusuf Bagian Histologi Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia 2009 Transgenic Mice

Transgenic Mice/AAJ/Histo AAJ/Histologi FKUI Thursday,November 05, 2009 Agenda Pendahuluan Definisi Tujuan Metoda Persiapan Tahapan pembuatan Penutup Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo Transgenic Mice

Transgenic Mice/AAJ/Histo Pendahuluan Penelitian “menyingkap” fungsi suatu gen Invitro Transfeksi Gen ditransfeksikan kedalam sel tertentu pada media kultur Belum tentu sesuai dengan fungsinya pada individu Invivo1 Transgenik Eksogen Endogen (overekspresi) Gene disruption / gene knock out Gen endogen dibuat tidak aktif ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________1Aguzzi A, Brandner S, Isenmann S, Steinbach JP, and Sure U : Transgenic and gene disruption techniques in the study of neurocarcinogenesis. Glia 1995: 15: 348-364 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Pendahuluan Sejarah2,3,4,5,6 Palmitter dan Brinster (1981) membuat transgenic mice Insersi gen thymidine kinase dari virus herpes kedalam sel telur tikus yang telah dibuahi Palmitter (1986), Jaenisch (1988) dan Hanahan (1989) Gordon dkk pada tahun 1983, Hogan dkk 1994 Penyuntikan gen ke dalam pronukleus zigot ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2Jusuf, A.A : Transgenic and gene disruption techniques from a concept to a tool in studying the basic pathogenesis of various human disease. Medical Journal Of Indonesia. 1998: 7; 2 : 55-64 3Brinster R, Chen H, Trumbauer M et al : Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. Cell 1981: 27: 223-231 4Palmitter R.D and Brinster R.L: Germ-line transformation of mice. Annu. Rev. Genet 1986: 20; 465-499 5Jaenisch R : Transgenic animals. Science 1988: 240; 14681474 6Hanahan D. : Transgenic mice as probes into complex system. Science 1989: 246; 1265-1275 7Hogan B, ConstantiniF, Lacy E. : Manipulating the mouse embryos: A laboratory manual.2nd Ed .New York : Cold Spring Harbor: 1994 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Definisi Tikus transgenik (Transgenic mice)1,2 Suatu organisma (tikus) yang genom (susunan gen) nya telah dimodifikasi secara artifisial yaitu dengan cara rekayasa genetik (genetic engineering) dan dapat diturunkan expression of exogenous gene over-expression of endogenous gene _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1Aguzzi A, Brandner S, Isenmann S, Steinbach JP, and Sure U : Transgenic and gene disruption techniques in the study of neurocarcinogenesis. Glia 1995: 15: 348-364 2Jusuf, A.A : Transgenic and gene disruption techniques from a concept to a tool in studying the basic pathogenesis of various human disease. Medical Journal of Indonesia. 1998: 7; 2 : 55-64 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Definisi Tikus transgenik (Transgenic mice) Fragmen DNA atau gen yang dimasukkan kedalam suatu sel diligasikan secara ujung ke ujung (end to end) kesuatu tempat tertentu di dalam suatu kromosom secara acak oleh ensim ligasi intraselular sehingga gen atau fragmen DNA itu akan tersusun secara tandem2,9 ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2Jusuf, A.A : Transgenic and gene disruption techniques from a concept to a tool in studying the basic pathogenesis of various human disease. Medical Journal of Indonesia. 1998: 7; 2 : 55-64 9Albert, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Watson, J.D. (1994), Cellular Mechaninsm of development in Molecular Biology of The Cell., 3rd Ed., Garland Publishing, New York and London, pp. Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Definisi Gen yang tersusun secara tandem gene Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Definisi Tikus transgenik (Transgenic mice) Integrasi transgen pada genom sel telur yang dibuahi (zigot)2,3 integrasi fragmen DNA linier satu sama lain secara tandem oleh ensim ligase fragmen DNA yang telah tersusun secara tandem ini akan terintegrasi di suatu tempat tertentu pada suatu kromosom tertentu secara random Bila kromosom yang telah dimodifikasi ini terdapat pada sel-sel benih (spermatozoa atau ovum), maka transgen ini akan dapat diturunkan ke generasi tikus selanjutnya Tikus yang mengandung transgen ini dikenal sebagai transgenic mice ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2Jusuf, A.A : Transgenic and gene disruption techniques from a concept to a tool in studying the basic pathogenesis of various human disease. Medical Journal Of Indonesia. 1998: 7; 2 : 55-64 3Brinster R, Chen H, Trumbauer M et al : Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. Cell 1981: 27: 223-231 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Definisi Kegunaan Tikus transgenik (Transgenic mice)2,3,10 Model Hewan coba mempelajari regulasi gen-gen yang terkait dengan perkembangan jaringan tubuh mempelajari regulasi gen-gen yang berperan dalam oncogenesis mempelajari gen-gen yang spesifik yang berperan dalam pertumbuhan jaringan tubuh tertentu mempelajari fenotif gen pada jaringan tubuh mempelajari efek zat atau senyawa tertentu dalam terapi penyakit _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2Jusuf, A.A : Transgenic and gene disruption techniques from a concept to a tool in studying the basic pathogenesis of various human disease. Medical Journal Of Indonesia. 1998: 7; 2 : 55-64 3Brinster R, Chen H, Trumbauer M et al : Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. Cell 1981: 27: 223-231 10Nagy A, Gertsenstein M, Vintersen K, Behringer R, Manipulating the mouse embryo: A laboratory manual. 3rd Ed New York: Cold Spring Harbor: 2003 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Metoda Pembuatan Tikus Transgenik Metoda pronuclear microinjection dan Metoda insersi transgen kedalam ES cells ______________________________________________________________________________________________________________________________________ 18 Hanahan, D., Wagner, E.F., Palmiter, R.D. The origins of oncomice: a history of the first transgenic mice genetically engineered to develop cancer. Genes & Dev. 2007:21:2258-2270 19 Transgenic mice, diunduh dari htpp://cancer ucsd.edu/tgm/pronuclear.asp Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Pembuatan tikus transgenik merupakan proses yang sulit dan membutuhkan waktu yang lama Serangkaian persiapan yang harus dilakukan adalah Persiapan gen (transgen) yang akan dimasukkan ke dalam pronukleus telur tikus yang telah dibuahi (zigot) Persiapan tikus yang akan digunakan Persiapan alat dan bahan Persiapan sistem deteksi ada tidaknya transgen dalam susunan genom ”calon” tikus transgenik (tikus yang berkembang dari zigot yang disuntikkan transgen) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Fragmen DNA atau gen (transgen) Promoter, complete protein coding region, sedikitnya satu intron dan polyadenylation site11 Panjang DNA pada transgen tidak dibatasi, bisa dari beberapa kilo base pair (Kbp) hingga 1000 kb (Lamb et 1999)13 Hal yang harus dipertimbangkan adalah vektor yang digunakan dan cara konstruksinya ______________________________________________________________________ 11 Brinster R, Allen J, BehringerR, Gelimas R et al.: Intron s increase transcriptional efficiency in transgenic mice. Proc Natl. Acad.Sci.USA 1988: 85; 836-40 12 Chada K, Magram J, Raphael K, Radice G, Lacy E and Constantini F. Spesific expression of a foreign beta globin gene in eryrthroid cells of transgenic mice. Nature.1985: 314: 377-380 13 Lamb B.T, Bardel K.A, Kulnane L.S. Anderson J.J, Holtz G, Wagner S.L, Sisodia S.S, and Hoeger E.J. Amyloid production and deposition in mutant amyloid precursor protein and presenilin-1 yeast artificial chromosome transgenic mice. Natl. Neurosci. 1999: 2; 695-697 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Fragmen DNA atau gen (transgen) Amplifikasi fragmen DNA menggunakan PCR Metoda biologi molekular Harus dipurifikasi dan bebas dari sekuens vektor prokariotik12 Tidak mengganggu proses integrasi tetapi ekspresi dari transgen ______________________________________________________________________ 11 Brinster R, Allen J, BehringerR, Gelimas R et al.: Intron s increase transcriptional efficiency in transgenic mice. Proc Natl. Acad.Sci.USA 1988: 85; 836-40 12Chada K, Magram J, Raphael K, Radice G, Lacy E and Constantini F. Spesific expression of a foreign beta globin gene in eryrthroid cells of transgenic mice. Nature.1985: 314: 377-380 13Lamb B.T, Bardel K.A, Kulnane L.S. Anderson J.J, Holtz G, Wagner S.L, Sisodia S.S, and Hoeger E.J. Amyloid production and deposition in mutant amyloid precursor protein and presenilin-1 yeast artificial chromosome transgenic mice. Natl. Neurosci. 1999: 2; 695-697 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Bila gen yang diinsersikan adalah gen endogen (endogenous transgene) Penyisipan oligonukleotida pada daerah transgen yang tidak ditranslasikan (untranslated region)14,15 Menginsersikan gen kecil yang mengkode RNA yang pendek pada transgen tersebut16 ______________________________________________________________________ 14Peschon J.J, Behringer R.R, Brinster R.L, and Palmiter R.D. Spermatide-specific expression of protamine 1 in transgenic mice. Proc Natl.Acad.Sci.USA. 1987:84; 5316-5319 15Shi Y, Son H.J, Shahan K, Rodriguez M, Constantini F and Derman E. Silent genes in the mouse major urinary protein gene family. Proc Natl.Acad.Sci.USA. 1989:86; 4584-4588 16Krumlauf R, Hammer R.E, Tilghman S.M, and Brinster R.L Developmental regulation of alpha-fetoprotein genes in transgenic mice. Mol. Cell. Biol. 1985:5; 1639-1648. Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Bila gen yang diinsersikan adalah gen endogen (endogenous transgene) Fusi epitope/peptida yang pendek dengan protein dari transgen mempermudah pengenalan protein yang dikode oleh transgen menggunakan epitope-specific antibodi fusi antara protein yang dikode oleh transgen dengan protein ”green fluorescent Protein (GFP)” yang dikode oleh gen reporter alkaline phosphatase17 protein kecil yang ”mendompleng” pada protein yang dikode oleh transgen mungkin berpengaruh terhadap fungsi protein yang dikode oleh transgen ______________________________________________________________________ 17 van Roessel P and Brand A.H. Imaging into the future: visualizing gene expression and protein interactions with fluorescent proteins.Nat.Cell.Biol. 2002:4; 15-20 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan gen (transgen) Efisiensi transgen yang ditransfer dipengaruhi oleh beberapa faktor8 Bentuk DNA Bentuk linier dari DNA transgen akan meningkatkan efisiensi integrasi transgen Konsentrasi DNA Konsentrasi DNA yang rendah akan menurunkan efisiensi pengintegrasian transgen Konsentrasi yang terlalu tinggi bersifat toksik bagi zigot Konsentrasi DNA yang dianjurkan adalah 1.5-2 nanogram/mikroliter Kemurnian DNA DNA yang diinsersikan harus bebas dari kontaminasi (sisa phenol, etanol atau ensim) Buffer DNA Buffer berperan dalam meningkatkan efisiensi pengintegrasian transgen pada hostnya Pelarut yang sering dipakai adalah TE buffer yang mengandung 1mM EDTA. ____________________________________________________________________ 8Hogan B, ConstantiniF, Lacy E. : Manipulating the mouse embryos: A laboratory manual.2nd Ed .New York : Cold Spring Harbor: 1994 10Nagy A, Gertsenstein M, Vintersen K, Behringer R, Manipulating the mouse embryo: A laboratory manual. 3rd Ed New York: Cold Spring Harbor: 2003 Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan tikus Superovulated female mice Kelompok tikus betina yang dibuat superovulasi (superovulated female mice) Menghasilkan telur yang dibuahi (zigot) dalam jumlah banyak Pregnant Mare’s Serum Gonadotrophin (PMSG) serupa dengan hormon FSH stimulasi perkembangan dan pematangan telur tikus dalam jumlah banyak Human Chorionic Gonadotrophin (HCG) menstimulasi ovulasi Tikus dewasa dengan umur 4-8 minggu Dikawinkan dengan tikus jantan kelompok fertile stud male mice cek plug kopulasi (copulation plug) besok paginya Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan tikus Fertile stud male mice Kelompok tikus jantan pengawin (fertile stud male mice) mengawini tikus betina superovulated female mice berumur 6-8 minggu dan mempunyai penampilan reproduksi yang baik Sterile male mice kelompok tikus jantan yang telah disterilkan dengan cara vasektomi dikawinkan dengan tikus betina pseudopregnant female mice berumur sediktinya 2 bulan Sebelum dipakai dicek ke ”steril” annya Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Vasektomi Pada Sterile Male Mice Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan tikus Pseudopregnant mice kelompok tikus betina yang dibuat hamil palsu (pseudopregnant female mice) menerima zigot yang telah mengandung transgen dalam pronukleusnya dikawinkan dengan tikus kelompok sterile male mice berumur 6-8 minggu dengan berat badan antara 25-35 gram Untuk mempermudah transfer zigot disarankan untuk menggunakan tikus yang mempunyai infundibulum yang besar strain ICR Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan alat dan bahan Alat dan bahan untuk mengumpulkan telur tikus yang dibuahi (zigot) Spuit disposible Hormon Pregnant Mare’s Serum Gonadotrophin (PMSG) Hormon Human Chorionic Gonadotrophin (HCG) Larutan kultur larutan D-PBS atau larutan lainnya ditambahkan bovine serum albumin (BSA), asam piruvat dan antibiotik (penisilin dan streptomisin) Larutan kultur yang mengandung ensim hyaluronidase Inkubator (temperatur 37C, dengan kelembaban 95% dan mengandung 5% CO2) Surgical set termasuk watchmaker’s forceps Alkohol 70% Stereomikroskop Mouth controlled pipette 35 mm petri dish Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Mouth controlled pipette Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan alat dan bahan Alat dan bahan yang dipakai untuk menginsersikan transgen ke pronukleus zigot Holding pipette pipet yang dipakai untuk “memegang” zigot selama proses penyuntikan transgen ke dalam pronukleus zigot Borosilicate glass capilary mechanical pipette puller Injection pipette pipet yang dipakai untuk memasukkan transgen kedalam pronukleus zigot Glass capillary tubing dengan internal glass filament Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Holding dan injection Pipette Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan alat dan bahan Alat dan bahan yang dipakai untuk menginsersikan transgen ke pronukleus zigot Mikroskop yang mempunyai mikromanipulator Paraffin oil Petri dish injection chamber Transgen yang dilarutkan dalam buffer TAE Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Persiapan Pembuatan Tikus Transgenik Persiapan alat dan bahan identifikasi ada tidaknya transgen pada tikus host Southern blot Northern blot Western Blot Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan hormon PMSG dan HCG Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Isolasi dan pengumpulan telur tikus yang dibuahi (zigot) dari superovulated female mice dengan plug kopulasi positif Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Isolasi dan pengumpulan telur tikus yang dibuahi (zigot) dari superovulated female mice dengan plug kopulasi positif Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Isolasi dan pengumpulan telur tikus yang dibuahi (zigot) dari superovulated female mice dengan plug kopulasi positif Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Isolasi dan pengumpulan telur tikus yang dibuahi (zigot) dari superovulated female mice dengan plug kopulasi positif Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Isolasi dan pengumpulan telur tikus yang dibuahi (zigot) dari superovulated female mice dengan plug kopulasi positif Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Penyuntikan transgen kedalam pronukleus telur tikus yang dibuahi (zigot) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Transfer zigot yang telah mengandung transgen ke saluran telur (oviduct) pseudopregnant female mice Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Transfer zigot yang telah disuntikkan transgen ke saluran telur (oviduct) pseudopregnant female mice Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Transfer zigot yang telah disuntikkan transgen ke saluran telur (oviduct) pseudopregnant female mice Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Pemeliharaan “Calon” Tikus Transgenik Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Tahapan Pembuatan Tikus Transgenik Deteksi Transgen Pada “Calon” Tikus Transgenik Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Penutup Telah diuraikan tehnik pembuatan tikus transgenik (transgenic mice) Pembuatan tikus transgenik membutuhkan proses yang panjang dan waktu yang lama Kegunaan tikus transgenik mempelajari regulasi gen-gen yang terkait dengan perkembangan jaringan tubuh dan gen-gen yang spesifik pada jaringan tertentu Mempelajari fenotif gen pada jaringan tubuh Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Penutup Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo Penutup “ Dan Allah telah meratakan bumi untuk kehidupan mahlukNya Dibumi itu ada keaneka ragaman buah-buahan Dan pohon kurma yang mempunyai kelopak mayang Dan biji-bijian yang berkulit Dan bunga-bunga yang harum baunya Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan?” (QS : Ar-Rahman (55) : 10-13) Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

DOMO ARIGATOO GOZAIMASHITA TERIMA KASIH THANK YOU DOMO ARIGATOO GOZAIMASHITA Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo

Transgenic Mice/AAJ/Histo TERIMA KASIH Thursday,November 05, 2009 Transgenic Mice/AAJ/Histo