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Method Article
Wir beschreiben eine Methode, um sensibilisiert postembryonalen Regulatoren der Protein-Expression und Lokalisation in identifizieren C elegans Mit Hilfe eines RNAi-basierter Genom-Bildschirm und einen integrierten Transgen, die eine funktionelle, fluoreszenzmarkierten Protein exprimiert.
C. elegans has proven to be a valuable model system for the discovery and functional characterization of many genes and gene pathways1. More sophisticated tools and resources for studies in this system are facilitating continued discovery of genes with more subtle phenotypes or roles.
Here we present a generalized protocol we adapted for identifying C. elegans genes with postembryonic phenotypes of interest using RNAi2. This procedure is easily modified to assay the phenotype of choice, whether by light or fluorescence optics on a dissecting or compound microscope. This screening protocol capitalizes on the physical assets of the organism and molecular tools the C. elegans research community has produced. As an example, we demonstrate the use of an integrated transgene that expresses a fluorescent product in an RNAi screen to identify genes required for the normal localization of this product in late stage larvae and adults. First, we used a commercially available genomic RNAi library with full-length cDNA inserts. This library facilitates the rapid identification of multiple candidates by RNAi reduction of the candidate gene product. Second, we generated an integrated transgene that expresses our fluorecently tagged protein of interest in an RNAi-sensitive background. Third, by exposing hatched animals to RNAi, this screen permits identification of gene products that have a vital embryonic role that would otherwise mask a post-embryonic role in regulating the protein of interest. Lastly, this screen uses a compound microscope equipped for single cell resolution.
1. Screening-Stamm Bau
Die sorgfältige Gestaltung des Screening-Stamm ist entscheidend für den Erfolg des Bildschirms und wurde an anderer Stelle 3 beschrieben. Für einige Forscher, ist mit einer Belastung, die ein sichtbares Produkt drückt aus einem Transgen für das Experiment benötigt. Viele Stämme mit integrierten Transgenen sind bei den einzelnen Forschern oder CGC. Wenn eine transgene Sorte für den Bildschirm erforderlich ist, aber nicht verfügbar ist, dann kann es unter Verwendung eines veröffentlichten Verfahren wie Bombardement 4, UV / TMP 5 oder 6 Mos Transposon-Insertion werden. Um unsere Protein von Interesse sichtbar zu machen, fügten wir das gfp-codierende Sequenz im Rahmen mit dem reifen cDNA-Sequenz (wir haben DZ-1-Sequenz). Da diese GFP-Fusionsprotein ist nicht sichtbar, durch Binokular, verwendeten wir ein Koinjektions Marker, der sichtbar war und hatte keinen Einfluss auf die Anzeige von unserem Protein von Interesse (TTX-3P :: RFP , für einen Überblick über einige andere Standard-Marker, siehe 7). Wir haben dann erstellt ein integriertes Transgen aus dem extrachromosomalen Array. Wir fanden, dass Bombardierung des Transgens ergab einen niedrigen Kopienzahl integrierter Linie, dass weder rettete den Seziermikroskop Phänotyp noch produziert sichtbaren Ebenen der GFP-markierten Produkt (Beifuß und Gumienny, unveröffentlicht). UV / TMP Integration eines mit mehreren Kopien extrachromosomalen Array ursprünglich durch Injektion 8,9 gemacht ergab sichtbar, Rettung Ebenen des transgenen Produkts (Abbildung 3A). Western-Blot mit anti-GFP Antikörper bestätigt, dass das Transgen (Allel Namen texIs100) ausgedrückt wird und korrekt (Beifuß und Gumienny, unveröffentlicht) verarbeitet. Integrierte Transgene sollte fünfmal outcrossed werden, um überflüssige Hintergrund-Mutationen unabhängig von der Quelle zu entfernen.
Für unseren Bildschirm, wollten wir das einzige Protein von Interesse, um die transgene, markierte Form zu sein. Daher entfernten wir die funktionalen endogenen gEn durch die Einführung einer Loss-of-function Mutante DBL-1-Allel.
Schließlich haben wir sensibilisiert der Stamm auf die Auswirkungen der RNAi. Die RNAi wird von der Bibliothek, für viele Gene, erzeugen eine stärkere Reduktion der Gen-Produkt, wenn die Tiere eine Mutation, die die Tiere sensibilisiert für die Auswirkungen von RNAi 10,11 enthalten Das Gewebe (e) von Interesse sollten bei der Auswahl eines geeigneten werden RNAi Sensibilisierung Hintergrund 11. Wir nutzten die kanonische RRF-3 (pk1426) Allel zu unserem Stamm-Screening machen. RRF-3 ist eine RNA-gerichtete RNA-Polymerase (RdRP) Homolog, die normalerweise inhibiert somatischen RNAi 10. Mutationen in anderen Genen wie RNAi hypersensitizing eri-1 oder eri-1-lin 15b kann stattdessen verwendet werden, um die Wirksamkeit der RNAi 11-13 erhöhen.
Das Screening-Stamm haben wir den Genotyp RRF-3 (pk1426); texIs100; DBL-1 (NK3).
2. Auswahl und Vorbereitung derRNAi-Bibliothek
Im Handel erhältliche C elegans cDNA-Bibliotheken repräsentieren etwa 55% oder 87% der vorhergesagten Gene in C. elegans einzeln (Vidal Labor oder Ahringer Labor Bibliotheken, jeweils). Einzelne Klone sind käuflich zu erwerben (Open Biosystems, Geneservice, Ltd.) Wir haben uns für die ORF-RNAi-Bibliothek, die von der Labor Vidal (Open Biosystems) gebaut, weil seine Klone sind meist voller Länge cDNAs kloniert und Gateways bereit für nachgelagerte Anwendungen (Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA). Das Originalbild Ahringer Labor genomischen cDNA-Bibliothek enthält cDNA-Fragmente, die nicht so weit nützlich stromabwärtigen Charakterisierungsexperimenten 14,15. Beide Bibliotheken verwenden einen Vektor, der zwei T7-Promotoren flankieren den Einsatz (Abbildung 1) enthält. Die Konstrukte werden in bakterielle Stamm HT115, die T7-Polymerase exprimiert nach Induktion durch Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid (IPTG) gezüchtet. Bakterien enthalten, Bibliothek Klone werden mit IPTG induziert, umdsRNA zu produzieren (siehe Schritt 3.4).
Duplizieren Sie die gesamte Bibliothek nach Erhalt und verwenden Sie das Duplikat für alle Experimente. Das Original und Duplikat Bibliotheken sollten in verschiedenen -80 ° C Tiefkühltruhen, die an elektrischen Leitungen zu trennen sind, gespeichert werden.
3. Herstellung von Bakterien mit Bibliothek Klone
4. Herstellung von Nematoden
Beginnen Sie mit einem inszenierten Bevölkerung von Nematoden. Staging Tiere verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Unterschiede zwischen der Kontrolle und den experimentellen RNAi-Studien beobachtet einfach sind aufgrund von Unterschieden im Entwicklungsstand der Tiere (wie auch immer, wenn der RNAi führt zu einer Entwicklungsverzögerung, sollte dies durch die Kontrollperson festgestellt werden (Abbildung 2)) . Darüber hinaus beginnen die RNAi-Experiment mit L1-Larven vermeidet potenzielle Störfaktoren Auswirkungen der embryonale Letalität durch RNAi von Gendas kann es auch spielen postembryonalen Rollen von Interesse.
Staging wird durch die erste Bleichen eines Mixed-Bühne Bevölkerung der Screening-Stamm, der nur Eierschalen-geschützten Embryonen überleben erreicht. Diese Stufen Tiere innerhalb von 12 Stunden bei 20 ° C oder etwa 18 Stunden bei 16 ° C 18. Um mehr dicht Bühne Tiere, Tiere Verhaftung im ersten Larvenstadium (L1), indem Embryonen schlüpfen in M9-Medium ohne Nahrung. Starved L1 Tieren für Lebensmittel Lebenslauf Wachstum aus dem gleichen Ausgangsmaterial Alter von 19 Jahren gelegt.
5. Die Beobachtung der Nematoden
(Tag 5) Sobald die Nematoden auf die gewünschte Stufe (2A) sind gewachsen, bestätigen, dass die positiven und negativen Kontrollen die erwarteten Phänotypen erzeugen mit Hilfe eines Binokular. Wir verwenden bli-4 als Kontrolle für RNAi Wirksamkeit, da es dosisabhängig post-embryonale Defekte erzeugt, die von Blasen Erwachsene (mild RNAi-Phänotyp, nicht gezeigt), um entwicklungspolitisch verhaftet, winzigen Larven (stark, eRWARTETE RNAi-Phänotyp) (Abbildung 2B). Dann beobachten die Tiere in jeder Versuchsgruppe auch mit einem Binokular und beachten Sie, offensichtlich anormalen Phänotypen durch RNAi (Abbildung 2C) induziert. Nachdem die Kontrollen bestätigt werden und grobe Phänotypen festgestellt, Leinwand, die RNAi-Experimente für Phänotypen von Interesse. Wir verwenden ein zusammengesetztes Mikroskop mit Fluoreszenz und einem 63x Objektiv, mindestens fünf Tiere von jeder RNAi Experiment beobachten ausgestattet, beginnend mit Kontrollen (Abbildung 3).
Mit dieser Methode kann eine einzelne Person vernünftigerweise zu inszenieren und zu beobachten zwei vor vier Sätze von Experimenten jede Woche. So inszeniert Tiere am Montag und Dienstag zu beobachten Donnerstag und Freitag werden jeweils wieder und kann am Freitag und Samstag ausgetragen für Montag und Dienstag Beobachtung. Abhängig von der Phänotyp (en) gescreent jeden Tag kann ein Satz einer 24-Well-Platte umfassen, durch die Verbindung Mikroskopie oder mehr, wenn der Phänotyp schnell identifiziert wird. Somit kann mindestens 88 verschiedene RNAi-Experimente in einer Woche beobachtet werden, unter Berücksichtigung der positiven und negativen Kontrollen und von Screening. Ein Binokular Bildschirm könnte viel schneller durchgeführt werden, ohne die Notwendigkeit für die Montage Tiere Folien für die Anzeige. Mehrere Personen können auch ein Labor erhöhen den Durchsatz durch die Staffelung der Termine und / oder die Verwendung mehrerer Mikroskope. Ein alternatives Verfahren zum Züchten von Tieren in einem dünnen Film aus Agar und Übertragen ein Stück von dem Agar mit Tieren direkt zu einer Folie für die Anzeige kann Zeit sparen. Diese Variante wurde erfolgreich für das Screening von männlichen Schwanz Anomalien bei 400-facher Vergrößerung 22 verwendet.
6. Repräsentative Ergebnisse
Beispiele für normale und Lokalisierung von GFP-markierten DBL-1 sind in 3 gezeigt. Normale Expression von GFP-markierten DBL-1 umfasst Bauchmark Zellkörper und eine Reihe von Tränenpünktchen (Abbildung 3A). DBL-1 is stark abgeschwächt, wenn die Tiere gefüttert werden, die RNA verhindert DBL-1 mRNA-Translation (Abbildung 3B). dbl-1 (RNAi) produziert auch kleine Tiere, die ein zweites Display in diesem Beispiel (Daten nicht gezeigt). Gene, die DBL-1 Lokalisation beeinflussen werden leicht durch RNAi unter Verwendung eines Stammes für diesen Bildschirm (Abbildung 3C) entworfen identifiziert.
Abbildung 1. Screen-Schema zu identifizieren extrazellulären Regulatoren der DBL-1-Signalisierung. Bakterien der Fütterung Bibliothek über Nacht gezüchtet mit IPTG induziert, und bei 37 ° C für weitere 4 Stunden, damit die Bakterien doppelsträngige RNA (dsRNA) zu erzeugen. 30 ul der induzierten Bakterienkultur pro Vertiefung auf eine 24-Well-NGM (Nematoden Wachstumsmedium), enthaltend 25 ug / ml Carbenicillin und 1 mM IPTG entdeckt und man ließ sie in einer sterilen Werkbank trocknen. Wir inszenieren erste Larvenstadium (L1) Larven, indem Hypochlorit-behandelten EMBRYos schlüpfen in Medien ohne Nahrung, die eine Diapause L1 (Arrested Development) induziert. Etwa 30 synchronisiert L1 Stadium Tiere werden auf jeder Vertiefung, welche Bakterien aus der RNAi-Bibliothek, die Tiere inszeniert, um das Wachstum wieder aufnehmen und die dsRNA durch die Bakterien verbrauchen 23 erstellt erlaubt überzogen. Nach 72 h bei 15 ° C, die jungen erwachsenen Würmer sind für eine sichtbare Phänotyp gescreent werden. In diesem Alter sind die Körpergröße Mängel offensichtlich und Fluoreszenz ist hell aus texIs100 Transgenexpression.
Abbildung 2. Beispiele für Phänotypen vor Screening zu identifizieren. Alle Bilder von Tieren in einem Teller gut wurden mit der gleichen Vergrößerung unter Verwendung eines Präpariermikroskops genommen. Die Tiere wurden alle etwa 72 Stunden nach dem Ausplattieren wie ausgehungerte L1-Larven abgebildet. Alle Bilder wurden identisch behandelt. A) RNAi eines Gens, das keine groben morphologischen Fehler gibt. Tiere erscheinen Wildtyp. B) RNAi von bli-4. Tiere zeigen verhaftet Entwicklung, und sind winzig im Vergleich zu den Tieren in Panel A. C) RNAi von dpy-13. Die Tiere sind auf der gleichen Stufe der Entwicklung, wie Tiere in Feld A, sondern zeigen eine "pummelig" Körper Morphologie.
Abbildung 3. Beispiele von fluoreszenzmarkierten Protein und wie RNAi-spezifischer Gene verändert Lokalisierung Muster. Alle Bilder wurden bei 630x Vergrößerung mit Spinning-Disk-konfokale Mikroskopie, 5 Sek. genommen. Exposition. Balken = 10 um. Alle Bilder wurden identisch behandelt. Offene Pfeilspitzen zeigen Zellkörper. Pfeile kennzeichnen Linie der Tränenpünktchen. Gefüllt Pfeilspitzen zeigen einige aberrant lokalisierte GFP-markierten DBL-1. A) RNAi-fed Pseudogen C06C3.5 ("Wildtyp"). B) DBL-1 (RNAi)-Steuerung. C) RNAi eines Gens für normale Lokalisierung von GFP-markierten DBL-1 erforderlich.
Abbildung 4. Vorlage beispielsweise zum Verfolgen RNAi-Experimente (Bibliothek Klone) in 24-Well-Platten. Diese Vorlage kann verwendet werden, um eine permanente Aufzeichnung der Versuche, im Gegensatz zu direkten Markieren Platten zu erstellen.
Abbildung 5. Vorlage Beispiel für die Aufzeichnung RNAi-Phänotypen. Erweitern Sie bei Bedarf.
Die RNAi-Screening hier vorgestellte Methode ermöglicht eine schnelle und sensitive Analyse von Gen-Produkten für einen normalen (oder transgene) postembryonalen Phänotyp erforderlich. Das gezeigte Beispiel ist ein Bildschirm für die Gene in der subzellulären Lokalisation eines fluoreszenzmarkierten Proteins beteiligt. Allerdings ist dieses Protokoll modifiziert werden, um Gene, die anderen postembryonalen Phänotypen von Interesse zu identifizieren.
Diese Methode nutzt eine Kandidateng...
Wir haben nichts zu offenbaren.
Die Autoren danken Herrn Dr. Rick Padgett (Waksman Institut, Rutgers University, NJ) für das Geschenk des DBL-1 cDNA und Dr. Christopher Rongo (Waksman Institut, Rutgers University, NJ) für eine Injektion Marker danken. Dr. Barth Grants Labor durchgeführt, die das Gen für die Bombardierung Pistole mit geringer Kopienzahl Integration des GFP-markierten DBL-1-Konstrukt. Die René Garcia Labor leistete technische Hilfe bei der Erstellung der texIs100. Die René Garcia, Robyn Lints und Hongmin Qin Laboratorien zur Verfügung gestellt produktive Beratung. Diese Arbeit wurde vom Start-up-Mitteln aus dem TAMHSC Department of Molecular and Cellular Medicine finanziert. Die Verbindung Umfang und Spinning-Disk-konfokale wurden mit Mitteln der Abteilung und der TAMHSC College of Medicine Dekanat zur Verfügung gestellt gekauft.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare |
NGM-Agar | Nematoden Wachstumsmedium | IPM Scientific, Inc | Kann nach der NGM-Agar-Protokoll 25 vorbereitet werden |
M9 Medium | 22mm KH 2 PO 4, 42mm Na 2 HPO 4, 86mm NaCl, 1 mM MgSO 4 | 26 | |
Agar-Agar | EMD Chemicals Inc. | 1.01614.1000 | 2% in Wasser für NGM Platten. 4% in Wasser für Objektträger-Pads (Autoklav zunächst Mikrowelle und danach zu schmelzen). |
Bacto Peptone | Becton Dickinson - Difco CP | 211677 | 0,25% |
IPTG | Research Products International Corp | I56000-5.0 | 1 mM Endkonzentration |
Carbenicillin | Research Products International Corp | C46000-5.0 | 50 ug / ml Gebrauchsverdünnung |
LB-Nährlösung Lennox | Becton Dickinson - Difco CP | 240230 | 20 g / Liter |
Tetracyclin | Sigma | 268054 | 12,5 pg / ml Gebrauchsverdünnung |
Natriumhypochlorit | Jede Marke | 5% Haushaltsbleiche | Verwenden Sie frische Bleiche. |
Natriumhydroxid | Beliebige Marke | CAS 1310-73-2 | 5 N Lager |
M9-Medium | Wormlab Rezept-Buch | http://130.15.90.245/wormlab_recipe_book.htm # Commonlab | 26 |
Levamisol | Sigma | 31742 | 100 pM - 1 mM Gebrauchsverdünnung |
Natriumazid | Fisher Scientific | S227 | 10 mM in M9 Gebrauchsverdünnung |
24-Well-Platte | Greiner Bio-One | 662160 | VWR Distributor |
Objektträger | Jede Marke | 75 x 25 x 1 mm | |
Mikroskop Deckgläser | Jede Marke | 22 x 22 mm No.1.5 | Verwenden Sie die Stärke durch das Mikroskop Hersteller empfohlen wird. |
zusammengesetztes Mikroskop | Carl Zeiss, Inc. | A1m | Verwendung Ziele und Filter können die Bedürfnisse des Experiments lassen. |
Medien Pumpe | Manostat Varistaltic Pumpe | Kate Modell # 72-620-000 | Verwenden Sie Schläuche und die passenden Einstellungen für die Maschine |
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