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Method Article
Der Artikel beschreibt die Methoden und Reagenzien, die notwendig sind, um eine Hybridisierungskettenreaktion, RNA-Whole-Mount-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (HCR, RNA, WM-FISH) durchzuführen, um Einblicke in die räumliche und zelluläre Auflösung von chemosensorischen Rezeptorgenen in der Moskitoantenne und im Oberkieferpalp zu erhalten.
Stechmücken sind effektive Überträger tödlicher Krankheiten und können sich mit Hilfe von chemosensorischen Rezeptoren, die in ihren olfaktorischen Anhängseln exprimiert werden, in ihrer chemischen Umgebung zurechtfinden. Das Verständnis, wie chemosensorische Rezeptoren in den peripheren olfaktorischen Anhängseln räumlich organisiert sind, kann Einblicke in die Kodierung von Gerüchen im Riechsystem von Mücken geben und neue Wege zur Bekämpfung der Ausbreitung von durch Mücken übertragenen Krankheiten aufzeigen. Das Aufkommen der dritten Generation der Hybridisierungskettenreaktions-RNA-Ganzkörper-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (HCR, RNA, WM-FISH) ermöglicht die räumliche Kartierung und gleichzeitige Erstellung von Expressionsprofilen mehrerer chemosensorischer Gene. Hier beschreiben wir einen schrittweisen Ansatz zur Durchführung von HCR-RNA-WM-FISH an der Anopheles-Moskitoantenne und dem Oberkieferpalp. Wir untersuchten die Sensitivität dieser Technik, indem wir das Expressionsprofil ionotroper olfaktorischer Rezeptoren untersuchten. Wir fragten, ob die beschriebene HCR WM-FISH-Technik für Multiplex-Studien geeignet ist, bei denen RNA-Sonden an drei spektral unterschiedliche Fluorophore gebunden werden. Die Ergebnisse lieferten Hinweise darauf, dass HCR-RNA WM-FISH robust sensitiv ist, um mehrere chemosensorische Gene gleichzeitig in den olfaktorischen Anhängseln der Antenne und des Oberkiefers zu detektieren. Weitere Untersuchungen belegen die Eignung von HCR WM-FISH für das Co-Expressions-Profiling von Doppel- und Dreifach-RNA-Targets. Diese Technik könnte, wenn sie mit Modifikationen angewendet wird, anpassungsfähig sein, um Gene von Interesse im Riechgewebe anderer Insektenarten oder in anderen Anhängseln zu lokalisieren.
Stechmückenvektoren wie Anopheles gambiae sind auf ein reiches Repertoire an chemosensorischen Genen angewiesen, die in ihren peripheren olfaktorischen Anhängseln exprimiert werden, um in einer komplexen chemischen Welt zu gedeihen und verhaltensrelevante Gerüche zu identifizieren, die von menschlichen Wirten ausgehen, Nektarquellen aufzuspüren und Eiablageplätze zu lokalisieren1. Die Mückenantenne und der Oberkieferpalp sind mit chemosensorischen Genen angereichert, die die Geruchswahrnehmung in diesen olfaktorischen Anhängseln steuern. Drei Hauptklassen von ligandengesteuerten Ionenkanälen steuern die Geruchserkennung in den olfaktorischen Anhängseln von Mücken: die Geruchsrezeptoren (ORs), die mit einem obligaten Geruchsrezeptor-Co-Rezeptor (Orco) zusammenarbeiten; die ionotropen Rezeptoren (IRs), die mit einem oder mehreren IR-Corezeptoren (IR8a, IR25a und IR76b) interagieren; die chemosensorischen gustatorischen Rezeptoren (GRs), die als Komplex aus drei Proteinen zum Nachweis von Kohlendioxid (CO2)1,2 fungieren.
Die RNA-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung ist ein leistungsfähiges Werkzeug zum Nachweis der Expression endogener mRNA3. Im Allgemeinen verwendet diese Methode eine Fluorophor-markierte einzelsträngige Nukleinsäuresonde mit einer Sequenz, die komplementär zu einer Ziel-mRNA ist. Die Bindung der fluoreszierenden RNA-Sonde an die Ziel-RNA ermöglicht die Identifizierung von Zellen, die ein Transkript von Interesse exprimieren. Jüngste Fortschritte ermöglichen nun die Detektion von Transkripten in ganzem Mückengewebe 4,5. Die erste Generation der Hybridisierungskettenreaktion (HCR)-Technologie verwendete einen RNA-basierten HCR-Verstärker; Dies wurde in einer Methode der zweiten Generation verbessert, die stattdessen technisch hergestellte DNA für den HCR-Verstärker 6,7 verwendete. Dieses Upgrade führte zu einer 10-fachen Steigerung des Signals, einer drastischen Senkung der Produktionskosten und einer deutlichen Verbesserung der Haltbarkeit der Reagenzien 6,7.
In dem Protokoll beschreiben wir die Verwendung einer HCR-Whole-Mount-RNA-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungsmethode (HCR RNA WM-FISH) der dritten Generation, die für den Nachweis der räumlichen Lokalisierung und Expression eines beliebigen Gens entwickelt wurde 8,9. Bei dieser zweistufigen Methode werden zunächst Nukleinsäuresonden verwendet, die für die interessierende mRNA spezifisch sind, aber auch eine Initiatorerkennungssequenz enthalten. Im zweiten Schritt werden mit Fluorophoren markierte Haarnadeln verwendet, die an die Initiatorsequenz binden, um das Fluoreszenzsignal zu verstärken (Abbildung 1). Dieses Verfahren ermöglicht auch das Multiplexen von zwei oder mehr RNA-Sonden und das Amplifizieren von Sondensignalen, um den RNA-Nachweis und die Quantifizierung zu erleichtern8. Die Visualisierung der Transkripthäufigkeit und der RNA-Lokalisierungsmuster von chemosensorischen Genen, die in den olfaktorischen Anhängen exprimiert werden, bietet den ersten Einblick in chemosensorische Genfunktionen und Geruchskodierungen.
1. Überlegungen und Vorbereitung der Materialien
2. Vorfixierung des Gewebes
3. Gewebedissektion
4. Gewebe nach der Fixierung
5. Hybridisierung der Sonde
6. Verstärkung der Sonde
7. Einbetten der Gewebeprobe
Robuster Nachweis chemosensorischer Gene in Anopheles-Antenne
Wir untersuchten die Sensitivität der HCR FISH-Methode (Abbildung 1), um die Expression von chemosensorischen Rezeptoren in Riechgeweben von Mücken nachzuweisen. Geleitet von den RNA-Transkriptdaten, die zuvor über die weibliche Anopheles-Mückenantenne berichtet wurden, generierten wir Sonden, um eine Vielzahl von IRs anzuvisieren. Die durchschnittlichen Transkriptionswerte aus vier unabh?...
Die dritte Generation der Hybridisierungskettenreaktion (HCR) zeichnet sich durch ihre Empfindlichkeit und Robustheit zur Visualisierung mehrerer RNA-Ziele aus8. HCR WM-FISH wurde erfolgreich bei den Embryonen von Drosophila, Hühnern, Mäusen und Zebrafischen sowie bei den Larven von Nematoden und Zebrafischen eingesetzt 10,16,17. Moskitoantennen und Oberkieferpalpen sind in der Regel anfällig ...
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Wir danken Margo Herre und dem Labor von Leslie Vosshall für die Bereitstellung ihres In-situ-Hybridisierungsprotokolls für Aedes aegypti olfaktorische Anhängsel. Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health an C.J.P. (NIAID R01Al137078), ein HHMI Hanna Gray Stipendium an J.I.R., einen Johns Hopkins Postdoctoral Accelerator Award an J.I.R. und ein Johns Hopkins Malaria Research Institute Postdoctoral Fellowship an J.I.R. unterstützt. Wir danken dem Johns Hopkins Malaria Research Institute und Bloomberg Philanthropies für ihre Unterstützung.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Amplification buffer | Molecular Instruments | Molecular Instruments, Inc. | In Situ Hybridization + Immunofluorescence | 50 mL |
Calcium Chloride (CaCl2) 1M | Sigma-Aldrich | 21115-100ML | |
Chitinase | Sigma-Aldrich | C6137-50UN | |
Chymotrypsin | Sigma-Aldrich | CHY5S-10VL | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 472301 | |
Eppendorf tube | VWR | 20901-551 | 1.5 mL |
Forceps | Dumont | 11251 | Number 5 |
Gel loading tip | Costar | 4853 | 1-200 µL tip |
Hairpins | Molecular Instruments | Molecular Instruments, Inc. | In Situ Hybridization + Immunofluorescence | h1 and h2 initiator splits |
HEPES (1M) | Sigma-Aldrich | H0887 | |
IR25a probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRK149 | AGAP010272 |
IR41t.1 probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRK978 | AGAP004432 |
IR64a probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRK700 | AGAP004923 |
IR75d probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRK976 | AGAP004969 |
IR76b probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRI998 | AGAP011968 |
IR7t probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRL355 | AGAP002763 |
IR8a probe | Molecular Instruments | Probe Set ID: PRK150 | AGAP010411 |
LoBind Tubes | VWR | 80077-236 | 0.5 mL DNA/RNA LoBind Tubes |
Magnessium Chloride (MgCl2) 1M | Thermo Fisher | AM9530G | |
Methanol | Fisher | A412-500 | |
Nuclease-free water | Thermo Fisher | 43-879-36 | |
Nutator | Denville Scientific | Model 135 | 3-D Mini rocker |
Orco probe | Molecular Instruments | Probe set ID PRD954 | AGAP002560 |
Paraformaldehyde (20% ) | Electron Microscopy Services | 15713-S | |
Phosphate Buffered Saline (10X PBS) | Thermo Fisher | AM9625 | |
Probe hybridization buffer | Molecular Instruments | https://www.molecularinstruments.com/ | 50 mL |
Probe wash buffer | Molecular Instruments | Molecular Instruments, Inc. | In Situ Hybridization + Immunofluorescence | 100 mL |
Proteinase-K | Thermo Fisher | AM2548 | |
Saline-Sodium Citrate (SSC) 20x | Thermo Fisher | 15-557-044 | |
SlowFade Diamond | Thermo Fisher | S36972 | mounting solution |
Sodium Chloride (NaCl) 5M | Invitrogen | AM9760G | |
Triton X-100 (10%) | Sigma-Aldrich | 93443 | |
Tween-20 (10% ) | Teknova | T0027 | |
Watch glass | Carolina | 742300 | 1 5/8" square; transparent |
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