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Method Article
Gene-Funktion kann in loss-of-function Experimente verdeckt werden, wenn es eine Kompensation durch ein anderes Gen. Der Zebrafisch-Modell bietet eine relativ hohem Durchsatz, um eine solche funktionelle Redundanz in lebenden Embryonen zu offenbaren.
Gene-Funktion während der Embryogenese wird typischerweise durch loss-of-function Experimente definiert, zum Beispiel durch gezielte Mutagenese (KO) in der Maus. In der Zebrafisch-Modell, über wirksame reverse genetische Techniken entwickelt, mit Mikroinjektion von Gen-spezifischen Antisense Morpholinos. Morpholinos Ziel einer mRNA durch spezifische Basenpaarung und Block Genfunktion vorübergehend durch die Hemmung der Translation oder Spleißen für mehrere Tage während der Embryogenese (Zuschlag). Doch bei Wirbeltieren wie Maus oder Zebrafisch, können einige Funktionen von Genen durch diese Ansätze durch die Anwesenheit eines anderen Gens, das für den Verlust entschädigt verdeckt werden. Dies gilt insbesondere für die Gen-Familien, die Schwester Gene, die in der gleichen entwickelnde Gewebe co-exprimiert. In Zebrafisch können funktionelle Kompensation in einem relativ hohen Durchsatz Weise getestet werden, durch Co-Injektion von Morpholinos dieses Ziel Knockdown von beiden Genen gleichzeitig. Ebenso mit Morpholinos, kann eine genetische Interaktion zwischen zwei Genen, die durch Knockdown beider Gene demonstriert zusammen mit sub-Schwellenwerte. Zum Beispiel kann Morpholinos titriert, so dass weder einzelne Knockdown einen Phänotyp erzeugt werden. Wenn unter diesen Bedingungen, Ursachen Co-Injektion von sowohl Morpholinos einem Phänotyp, ist eine genetische Interaktion gezeigt. Hier zeigen wir, wie man funktionale Redundanz im Rahmen von zwei verwandten GATA-Transkriptionsfaktoren zeigen. GATA Faktoren sind für die Spezifikation von kardialen Vorläuferzellen notwendig, aber dies ist nur durch den Verlust der beiden Gata5 und Gata6 enthüllt. Wir zeigen, wie die Durchführung Mikroinjektion Experimente bestätigen die Morpholinos, und bewerten die ausgeglichen Phänotyp für Kardiogenese.
Unser Ziel ist es, die funktionelle Redundanz von zwei Transkriptionsfaktoren für die Spezifikation von Kardiomyozyten Vorfahren zu testen. Die Faktoren werden von den beiden Genen gata5 und gata6 kodiert, und wir sind mit dem Zebrafisch-Modell, um ihre relative Funktionen 1 zu verstehen. Unsere Strategie ist es Genfunktion mit Morpholinos 2 Block. Wir werden Morpholinos für die eine oder andere Gen in befruchtete Eier zu injizieren, und vergleichen Sie die embryonalen Phänotyp mit Embryonen aus Eizellen gleichzeitig mit beiden Morpholinos injiziert abgeleitet. Zur Vereinfachung der Auswertung der Phänotypen, verwenden wir Eier von Fischen stammen, die ein Transgen, dass GFP drückt in Kardiomyozyten zu tragen.
Schritt 1. Vorbereitung für die Mikroinjektion.
A) Einrichten Brutpaare von Fischen
Der Abend vor der Injektion, Einzel männlich und einzige weibliche adulte Fische (3-18 Monate alt) in Paaren in Züchterin Tanks durch einen Teiler bis zum nächsten Morgen getrennt platziert. Wir in der Regel eingerichtet 10-20 Paare von Fischen, und diese werden einmal pro Woche, gepaart unabhängig davon, ob die Eier verwendet werden, um die Fruchtbarkeit zu erhalten. Für dieses Experiment verwenden wir ein Reporter-Stamm, transgene für cmlc2: egfp, weil es eine einfache Anzeige auf differenzierende Kardiomyozyten zu identifizieren bietet. Am nächsten Morgen, wenn die Lichter eingeschaltet sind, wird das Wasser gewechselt eingeschaltet und Trennwände sind aus den Tanks ermöglicht den Fischen Paare sich zu paaren und Eier produzieren gezogen. Eierproduktion kann überwacht werden, und können sofort starten, oder nach einem Zeitraum von einer Stunde oder mehr, abhängig von den Fischen. In der Regel nach etwa 20 Minuten ununterbrochen Paarung werden die Eier gesammelt mit einer Pipette oder Sieb und gießt in 100 mm Petrischalen mit System Wasser. Es ist wichtig, Eierproduktion zu überwachen, um sicherzustellen, dass Embryonen zwischen die 1-4 Zell-Stadium injiziert werden. Durch die Freigabe mehrere Paare in einer Zeit, ist es möglich, die Eierproduktion staffeln können und damit die Menge der Eier, die in einem frühen Entwicklungsstadium eingespritzt werden kann. Ein gutes Paar Fisch kann mehr als 200 Embryonen, und es macht keinen praktischen Sinn, Tausende von Eiern zur gleichen Zeit zu sammeln, da ein einzelner Forscher nicht in der Lage wäre, sie schnell genug spritzen, bevor sie über die 4-Zellen-Stadium entwickelt . Fisch stimuliert werden, um das Licht-Zyklus zu züchten, so ist dies ein Experiment, das einen frühen Start erfordert, und Eier sind in der Regel nicht nach Mittag erhalten.
B) Vorbereitung Nadeln
C) Die Injektion Platten
D) Mikroinjektion Station und Nadel-Kalibrierung
Schritt 2. Validierung von Morpholinos Targeting zwei verschiedene Gene
Morpholinos sind entworfen, um die Übersetzung Initiationsstelle oder Spleißstellen einer Ziel-mRNA und blockiert die Proteinsynthese oder die ordnungsgemäße Verarbeitung mRNA Ziel. Bei der Analyse eines Gens zum ersten Mal benutzen wir beide Arten von Morpholinos zu testen, ob sie den gleichen Phänotyp erzeugen Angabe einer bestimmten Zuschlag. Ein Vorteil der Spleiß-Blocker ist, dass man den Zuschlag für die normale Transkript mittels RT-PCR, was besonders nützlich ist, wenn Antikörper für das Ziel-Gen nicht zur Verfügung stehen zu überprüfen. Wir werden zeigen, wie eine konsequente kardialen Phänotyp für die gata5 und gata6 Gene mit Morpholinos (gata5 5'UTR MO-Sequenz ist erreicht: 5'-AAGATAAAGCCAGGCTCGAATACAT-3 '; gata5 Splice-Site MO Sequenz: 5'-TCTTAAGATTTTTACCTATACTGGA-3'; gata6 5 'UTR MO Sequenz: 5'-AGCTGTTATCACCCAGGTCCATCCA-3').
Schritt 3. Co-Injektion von Morpholinos an einzelnen Schwellendosen
Das Ziel der Titration oben ausgeführt wurde, um eine Schwellendosis für jeden Morpholino definieren. Im besten Fall wird im wesentlichen 100% der morphants Anzeige eines definierten Phänotyp, wenn die gezielte Gen hat eine wesentliche Funktion. Sie können jedoch erwarten, dass einige Variabilität durch falsche Injektion Artefakte. Mit etwas Übung sollte dies nicht mehr als 10%. Einige Chargen von Embryonen (einschließlich der injizierten Kontrollen) kann nicht gut überleben, in welchem Fall das Experiment Möglicherweise müssen abgezinst werden. Inzwischen gibt es auch biologische Variabilität, da die einzelnen Embryonen können mehr oder weniger tolerant gegenüber den Zuschlag. Schließlich können einige Morpholinos einfach nicht effizient genug, um eine robuste (penetrant) Knockdown erreichen. Wenn ein Phänotyp in einem geringen Prozentsatz von Embryonen erzeugt wird, aber reproduzierbar ist, kann es sich lohnen, Tests eine deutliche Morpholino. Das Ziel dieser nächsten Experiments ist es, festzustellen, ob ein völlig neues Erscheinungsbild zeigt sich, wenn beide Gene gleichzeitig ausgerichtet sind. Wir sind nicht einfach auf der Suche nach einer Erhöhung des Anteils von Embryonen, die eine morphant Phänotyp haben, sondern vielmehr für die Erzeugung von einer deutlichen Phänotyp, die nicht auf oder über dem Schwellenwert gesehen wird bei der Prüfung entweder der einzelnen Gene.
Schritt 4. EBewertung von Phänotypen
Repräsentative Ergebnisse
In unserem Experiment zeigen sowohl die gata5 und gata6 einzigen morphants reproduzierbare kardialen Phänotypen, wenn sie mit Schwellenwerten injiziert, obwohl es erhebliche biologische Variabilität 3,4. Zum Beispiel erzeugen die meisten der gata5 morphants ein bifid Herzen, mit GFP-Expression in zwei Regionen. Dies geschieht, weil der kardialen Vorläuferzellen migrieren nicht korrekt auf der Mittellinie im Herzen tube formation Sicherung. Allerdings haben einige der gata5 morphants erzeugen ein defektes Herz Röhre, und in eine kleine Anzahl (5%) gibt es einen deutlichen Rückgang in Höhe von GFP +-Zellen. Wir glauben, dies spiegelt biologischen Variabilität, kann aber auch aufgrund der Tatsache, dass Morpholinos nicht gleichbedeutend mit einer "Null"-Mutation.
Auch die gata6 morphants alle zeigen eine kardiale Phänotyp, aber es gibt eine Reihe von Phänotypen mit einer kleinen Anzahl von bifid erwärmt, und Herzen, die morphologische sind die injizierten Embryonen Kontrolle gestört verglichen. Diese Variabilität ist nicht für eine kardiale morphogenetic Phänotyp ungewöhnlich, da Herz-Bildung ist ein dynamischer Prozess und zumindest einige der Herz-Phänotyp kann durch indirekt aus embryonalen morphogenetischen Defekten. Doch wichtiger ist, ist der Bereich der kardialen morphogenetic Mängel für beide gata5 und gata6 morphants konsistente und reproduzierbare und zum größten Teil die Embryonen erzeugen erhebliche GFP + Kardiomyozyten.
In krassem Gegensatz zu den gata5 und gata6 einzigen morphants zeigen Embryonen beider Faktoren aufgebraucht einem vollständigen Verlust der GFP-Expression, im Einklang mit einem Verlust von Herzmuskelzellen. So haben gata5 und gata6 jeder nicht-redundante Funktionen zur kardialen Morphogenese, aber die beiden Gene sind funktionell redundant in eine Voraussetzung für die Erzeugung von differenzierten Kardiomyozyten. Unsere früheren Studien zeigten auch einen Verlust der frühesten Kardiomyozyten Marker, einschließlich Nkx2.5, was auf eine Anforderung für Kardiomyozyten Spezifikation 3.
In dem hier beschriebenen Experiment, kombiniert man zwei Morpholinos, von denen jeder allein erzeugen eine deutliche Reihe von Phänotypen, und fand eine ganz andere Phänotyp, wenn sie co-injiziert zusammen. Natürlich benötigten wir eine Rechtfertigung dafür dieses Experiment in den ersten Platz. Wir vermuteten, dass die beiden Gene könnten sich gegenseitig für eine frühere Funktion zu kompensieren, in diesem Fall kardiale Spezifikation. Dies liegt daran, die Gene sehr verwandt sind (und in der Lage die Bindung ...
Wir danken Mitglieder der Evans-Labor für ihre Hilfe bei der Vorbereitung dieser Präsentation. Die hier verwendeten Morpholinos wurden ursprünglich von Dr. Audrey Holtzinger validiert. TE wird durch Zuschüsse aus dem National Institutes of Health (HL064282 und HL056182) unterstützt. Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Vorschriften her durch das Institute for Animal Care und Verwenden eingesetzten Ausschusses, des Weill Cornell Medical College durchgeführt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fish breeder tanks and dividers | Aquatic Habitats | ||
Fish nets | Aquatic Habitats | ||
System water | 60mg Instant Ocean” per liter dH2O | ||
100mm Petri dishes | BD Biosciences | 351029 | |
Micropipette needle puller | Sutter Instrument Co. | P-97 Flaming/Brown | |
3.5" glass capillaries | Drummond Scientific | 3-000-203-G/X | |
Razor blade | Personna Medical Care | 94-120-71 | |
Micro grinder | Narishige International | EG-4 | |
Gridded microscope eyepiece | Premiere | MF-02 | |
Micrometer | WARD’s Natural Science | 94 W 9910 | |
Ultrapure agarose | Invitrogen | 15510-027 | |
Spatula | Fisher Scientific | 14-357Q | |
Scale | Mettler Toledo | AB54-S/FACT | |
Disposable weigh dishes | Fisher Scientific | 2-202-B | |
Conventional microwave | GE Healthcare | ||
Erlenmeyer flask | Corning | 4980 | |
Microscope slides | Fisher Scientific | 12-552 | |
Graduated cylinder | Fisher Scientific | 08-572-6D | |
Automatic pipette man | BrandTech | 2026333 | |
70% ethanol wash solution | Tarr | 801VWR | |
N2 tank | Tech Air | ||
Microinjector | Harvard Apparatus | PLI-100 | |
Micromanipulator | Micro Instruments | LTD | |
Dissecting microscope | Nikon Instruments | SMZ1500 | |
Parafilm | American National Can | PM-992 | |
Mineral oil | Sigma-Aldrich | M5904 | |
Kimwipes | Kimberly-Clark Corporation | 34155 | |
gata5 splice site morpholino | Genetools, LLC | 5’-TCTTAAGATTTTTACCTATACTGGA-3’ | |
gata5 ATG Blocker | Genetools, LLC | 5’-AAGATAAAGCCAGGCTCGAATACAT-3’ | |
gata6 Long Isoform ATG Blocker | Genetools, LLC | 5’-AGCTGTTATCACCCAGGTCCATCCA-3’ | |
Disposable Pasteur Pipette | Fisher Scientific | 13-678-20B | |
Tricaine Methanesulfonate | Argent Labs | MS-222 | |
Methycellulose | ICN Biomedicals | 155495 | |
Heat Block | Fisher Scientific | 11-718-4 | |
Sharp forceps | Dumont | Size 55 | |
Depression Microslides | VWR international | 48339-009 |
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