Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/82979
Tipo: Dissertação
Título: Geração de hiPSCs SOX17-RFP e PRDM1-GFP knock-in via CRISPR/Cas9 para estudo da oogênese humana in vitro
Título(s) alternativo(s): Generation of SOX17-RFP and PRDM1-GFP knockin hiPSCs via CRISPR/Cas9 for the study of human oogenesis in vitro
Autor(es): Gustavo Caldeira Cotta
Primeiro Orientador: Samyra Maria dos Santos Nassif Lacerda
Primeiro membro da banca : André Lucas Caldeira-Brant de Oliveira
Segundo membro da banca: Erika Cristina Jorge
Resumo: A geração de hiPSCs contendo alelos repórteres é uma estratégia inovadora e altamente vantajosa para o estudo aprofundado dos processos de diferenciação celular. Este trabalho teve como objetivo, em um primeiro momento, revisar a literatura científica sobre o tema e, em seguida, expandir esse conhecimento por meio da geração de linhagens de hiPSCs geneticamente modificadas pelo sistema CRISPR/Cas9, visando à expressão de proteínas fluorescentes associadas aos fatores de transcrição SOX17 e PRDM1, marcadores fundamentais do desenvolvimento de células germinativas primordiais (PGCs). Essa abordagem foi concebida para aprimorar o monitoramento de protocolos de indução à diferenciação em PGCs humanas, contribuindo para o desenvolvimento de modelos in vitro da oogênese. Inicialmente, realizamos uma caracterização detalhada das hiPSCs utilizadas. Essas células apresentaram morfologia típica, confirmada por microscopia de luz e eletrônica de transmissão, além de expressarem marcadores-chave de pluripotência, detectados por imunofluorescência. O cariótipo das células foi analisado, evidenciando estabilidade genômica com um padrão normal (46, XX). Ensaios de viabilidade celular determinaram as concentrações mínimas letais dos antibióticos seletivos blasticidina e puromicina, fixadas em 1,6 µg/mL e 0,8 µg/mL, respectivamente, parâmetros essenciais para garantir uma seleção eficiente das células pós-modificação. A síntese dos DNAs doadores foi otimizada por meio da técnica de inner-outer Overlapping PCR, que emprega pares de primers sobrepostos, cobrindo regiões internas e externas do amplicon. Essa abordagem demonstrou maior eficiência e precisão em comparação ao uso de primers convencionais longos. Ensaios de transfecção utilizando Cas9-GFP indicaram que aproximadamente 26% das hiPSCs internalizaram os complexos de edição gênica uma hora após a exposição, fornecendo uma base sólida para a integração dirigida de SOX17-RFP e PRDM1-RFP. Além disso, padronizamos um protocolo para a indução ao endoderma definitivo, com o objetivo de promover a expressão dos marcadores SOX17 e PRDM1. A validação dessa indução foi realizada por imunofluorescência e qPCR, demonstrando que o meio empregado permite uma ativação rápida e precisa dos marcadores de interesse. Essa estratégia se apresenta como uma alternativa prática e eficiente aos métodos tradicionais de indução a PGCs, que demandam maior tempo e recursos. Paralelamente, investigamos os efeitos do tratamento com ácido valproico (VPA) e AZD 7648 na viabilidade, proliferação e eficiência do reparo dirigido por homologia (HDR) em células knock-in. Os resultados indicaram que os fármacos melhoram a viabilidade celular, embora não necessariamente aumentem a taxa de proliferação. Além disso, os tratamentos favoreceram a obtenção de células knock-in para os marcadores de interesse. Como principal resultado, estabelecemos duas linhagens de hiPSCs com alelos repórteres fluorescentes: SOX17-RFP-Blast e PRDM1-GFP-Puro. A confirmação da modificação genética foi realizada por indução ao endoderma definitivo, seguida de análise em microscópio de fluorescência e reações de PCR juncional para detecção dos insertos nas extremidades 5’ e 3’ dos respectivos genes. Os avanços obtidos neste estudo destacam a importância da integração entre caracterizações detalhadas, técnicas moleculares otimizadas e protocolos bem definidos. A geração de linhagens de hiPSCs com alelos repórteres fluorescentes representa um avanço significativo para o estudo dos mecanismos moleculares que regem a oogênese humana. Além de aprofundar nosso entendimento sobre os estágios iniciais do desenvolvimento germinativo, essas linhagens oferecem uma plataforma promissora para futuras aplicações em pesquisa biomédica.
Abstract: The generation of hiPSCs containing reporter alleles is an innovative and highly advantageous strategy for the in-depth study of cellular differentiation processes. This study initially aimed to review the scientific literature on the subject and subsequently expand this knowledge through the generation of genetically modified hiPSC lines using the CRISPR/Cas9 system, targeting the expression of fluorescent proteins associated with the transcription factors SOX17 and PRDM1, key markers of primordial germ cell (PGC) development. This approach was designed to enhance the monitoring of differentiation induction protocols in human PGCs, contributing to the development of in vitro models of oogenesis. Initially, we conducted a detailed characterization of the hiPSCs used. These cells exhibited typical morphology, confirmed by light and transmission electron microscopy, and expressed key pluripotency markers, detected by immunofluorescence. The karyotype analysis demonstrated genomic stability with a normal pattern (46, XX). Cell viability assays determined the minimum lethal concentrations of the selective antibiotics blasticidin and puromycin, set at 1.6 µg/mL and 0.8 µg/mL, respectively, which are essential parameters for ensuring efficient post-modification cell selection. The synthesis of donor DNAs was optimized using the inner-outer overlapping PCR technique, which employs pairs of overlapping primers covering internal and external regions of the amplicon. This approach demonstrated greater efficiency and precision compared to the use of long conventional primers. Transfection assays using Cas9-GFP indicated that approximately 26% of hiPSCs internalized the gene-editing complexes one hour after exposure, providing a solid foundation for the targeted integration of SOX17-RFP and PRDM1-RFP. Additionally, we standardized a protocol for definitive endoderm induction, aiming to promote the expression of SOX17 and PRDM1 markers. The validation of this induction was performed through immunofluorescence and qPCR, demonstrating that the employed medium enables rapid and precise activation of the target markers. This strategy presents itself as a practical and efficient alternative to traditional PGC induction methods, which require more time and resources. In parallel, we investigated the effects of valproic acid (VPA) and AZD 7648 treatment on viability, proliferation, and homology-directed repair (HDR) efficiency in knock-in cells. The results indicated that these drugs improve cell viability, although they do not necessarily increase proliferation rates. Moreover, the treatments facilitated the successful generation of knock-in cells for the target markers. As a key outcome, we established two hiPSC lines with fluorescent reporter alleles: SOX17-RFP-Blast and PRDM1-GFP-Puro. The genetic modification was confirmed by definitive endoderm induction, followed by fluorescence microscopy analysis and junctional PCR reactions to detect the insertions at the 5' and 3' ends of the respective genes. The advancements achieved in this study highlight the importance of integrating detailed characterizations, optimized molecular techniques, and well-defined protocols. The generation of hiPSC lines with fluorescent reporter alleles represents a significant step forward in studying the molecular mechanisms governing human oogenesis. In addition to deepening our understanding of the early stages of germ cell development, these lines provide a promising platform for future biomedical research applications.
Assunto: Biologia Celular
Reprodução
Células-Tronco Pluripotentes Induzidas
Fatores de Transcrição SOX
Proteína 9 Associada à CRISPR
Fator 1 de Ligação ao Domínio I Regulador Positivo
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Departamento: ICB - DEPARTAMENTO DE MORFOLOGIA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/82979
Data do documento: 20-Fev-2025
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