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Este protocolo describe un método simple y económico para cuantificar la actividad de los elementos reguladores cis (es decir, potenciador / promotores) que viven en la retina del ratón a través de electroporación explante. Preparación del análisis de ADN, la disección de la retina, la electroporación, la cultura de explantes de retina, y después de la fijación y cuantificación se describen.
Los factores de transcripción de genes dentro de las redes celulares controlar el patrón espacio-temporal y los niveles de expresión de sus genes diana mediante la unión a elementos reguladores cis-(CRE), corto (~ 300-600 pb) tramos de ADN genómico que se encuentran aguas arriba, aguas abajo, o dentro de los intrones de los genes que controlan. CRE (es decir, los potenciadores / promotores) suelen consistir en múltiples sitios de unión de clúster para los activadores transcripcionales y represores 1-3. Ellos sirven como integradores de lógica de entrada de la transcripción que dan una salida unitaria, en la forma de la actividad del promotor spatiotemporally precisa y exacta cuantitativamente. La mayoría de los estudios de mamíferos cis-regulación a la fecha se han basado en la transgénesis de ratón como un medio de ensayo de la función de potenciador de la CRES 4-5. Esta técnica es mucho tiempo, costoso y, a causa de los efectos de sitio de inserción, en gran parte no cuantitativa. Por otro lado, los análisis cuantitativos de los mamíferos la función CRE se han desarrollado en los sistemas de cultivo de tejidos (por ejemplo, los ensayos, la luciferasa dual), pero la relevancia in vivo de estos resultados es a menudo incierta.
La electroporación es una alternativa excelente a la transgénesis ratón tradicional ya que permite tanto la evaluación espacio-temporales y cuantitativos de cis-regulador de actividad en el tejido vivo de mamíferos. Esta técnica ha sido particularmente útil en el análisis de cis-regulación en el sistema nervioso central, especialmente en la corteza cerebral y la retina 6-8. Mientras que la retina del ratón electroporación, tanto in vivo como ex vivo, se ha desarrollado y ampliamente descrita por Matsuda y Cepko 6-7,9, recientemente se ha desarrollado un método sencillo para cuantificar la actividad de los fotorreceptores específicos de CRE en la retina del ratón electroporated 10. Teniendo en cuenta que la cantidad de ADN que se introduce en la retina de la electroporación puede variar de un experimento a experimento, es necesario incluir un co-electroporación "control de carga en todos los experimentos. En este sentido, la técnica es muy similar al ensayo de doble luciferasa utiliza para cuantificar la actividad del promotor en células cultivadas.
Al ensayar los fotorreceptores reguladores cis-actividad, electroporación se realiza generalmente en ratones recién nacidos (después del día 0, P0), que es el momento de máxima producción de varilla de 11 a 12. Una vez que los tipos de células retinianas se post-mitótico, la electroporación es mucho menos eficiente. Dada la alta tasa de nacimiento varilla en ratones recién nacidos y el hecho de que las barras constituyen más del 70% de las células en la retina de ratones adultos, la mayoría de las células que se someten a electroporación en P0 son varillas. Por esta razón, fotorreceptores de los bastones son el tipo más fácil de estudiar células de la retina a través de electroporación. La técnica que describimos aquí es principalmente útil para la cuantificación de la actividad de CRE fotorreceptor.
1. La construcción de la cámara de electroporación
2. Preparación del ADN
3. Ojo colección
4. Disección de la retina
5. Preparación para la electroporación
6. Electroporación
7. La colocación de la retina en los filtros de la cultura
8. Cosecha y flatmounting fluorescentes explantes de retina
9. Imágenes y la cuantificación de la fluorescencia en flatmount
10. Los resultados representativos:
Un buen resultado de la electroporación en la expresión de la construcción de ADN (s) en 1 / 4 a 1 / 3 de la superficie de la retina (Fig. 4A). Desde fotorreceptores de los bastones, en particular, son transducidas eficientemente, esta técnica es ideal para la cuantificación de los fotorreceptores específicos de la actividad del promotor (Fig. 4B). Anteriormente hemos utilizado este método para cuantificar una serie de variantes de promotor de la barra de Rho-específica y Gnat1 loci 10. Hemos encontrado que es posible cuantificar la actividad del promotor en un casi 300 veces gama.
Figura 5 se muestra un conjunto de datos a partir de una sola retina electroporación. En este ejemplo particular, la construcción experimental pNrl (1.1kb)-DsRed se midió en el canal rojo y el control de la construcción de pNrl (3.2kb)-GFP se midió en el canal verde. Un conjunto de datos completa para el pNrl (1.1kb)-DsRed construir consistiría en 6-9 retinas medido de esta manera, y la desviación estándar se calcula en base a todos los "DsRed normalizado a las buenas prácticas agrarias" valores. Si tuviéramos que comparar el nivel de expresión de pNrl (1.1kb)-DsRed a, por ejemplo, pNrl (0.8kb)-DsRed, entonces ambas construcciones se deben a electroporación con el control de las buenas prácticas agrarias misma (por ejemplo, pNrl (3.2kb) - GFP) y la imagen en los tiempos de exposición. Es posible combinar los datos recogidos en diferentes días si una norma DsRed / electroporación GFP se lleva a cabo cada día (por ejemplo, pNrl (3.2kb)-dsRed + pNrl (3.2kb)-GFP). Para construir cada uno experimental, el nivel de DsRed normalizado posteriormente se normalizó el nivel normalizado DsRed de la "norma" (pNrl (3.2kb)-dsRed).
La técnica que describimos aquí es principalmente útil para la cuantificación de la actividad de 10,13 CRE fotorreceptor.Del tipo de células específicas cis-reguladoras actividad también se puede cuantificar en más raro tipos de células retinianas, como las células bipolares 14, pero esto generalmente requiere que las áreas de interés para cuantificar ser seleccionado en vertical, secciones transversales y no en los preparativos flatmount. Lo mismo puede decirse de la CRE que dirigir la expresión de múltiples tipos de células como los fotorreceptores y las células bipolares. Los procedimientos experimentales son de otra manera similar.
Figura 1. Descripción del procedimiento de explante electroporación retina. En primer lugar los ojos, todo se aíslan de las crías de ratón postnatal día 0 y las retinas son disecados (P1). En segundo lugar, las retinas se colocan en cámaras llenas de ADN y la electroporación (P2). En tercer lugar, las retinas se colocan en los filtros y se cultivan durante ocho días (P3). En cuarto lugar, los explantes de retina son fijos, montados en portaobjetos, y la imagen. La intensidad de fluorescencia se mide con el software ImageJ (P4). En quinto lugar, los datos ImageJ se procesan en un programa de hoja de cálculo para cuantificar la diferencia en la actividad de varios promotores (P5).
Figura 2. Construcción de la placa de la electroporación. A) sin modificar la cámara de portaobjetos de Harvard Apparatus, BTX modelo 453 (catálogo # 45 hasta 0105). B) Una herramienta Dremel se utiliza para cortar el mango de un estante de tubo de plástico. El mango se corta en separadores rectangulares con las siguientes dimensiones: 0,8 cm de longitud, 0,6 cm de altura, 0,3 cm de ancho. C) Los separadores de plástico se montan en la cámara de portaobjetos a intervalos iguales. Sellador acuario se inyecta en las diferencias entre los separadores (no mostrado). D) Una barra de metal se coloca sobre los espaciadores. E) El bar y los separadores se sujetan en la diapositiva con clips de la carpeta para mantener todo en su lugar mientras se seca el sellador durante la noche. F) Los espaciadores se retiran y los pozos se ponen a prueba para asegurarse de que son resistentes al agua. G) La caída terminó cabe en el plato de plástico con las barras de metal junto a la ventana en el lado del plato.
Figura 3. Diagrama de la placa de electroporación con retinas. Las cámaras están llenas de soluciones de ADN (hasta cinco soluciones diferentes a la vez). Retinas se colocan en las cámaras y orientado de manera que la lente está apoyado en la barra de metal conectado al electrodo positivo, tres o cuatro retinas caben en cada una de las cinco cámaras. La corriente eléctrica hará que las moléculas de ADN con carga negativa a entrar en las células retinianas.
Figura 4. A) ImageJ la medición de los niveles de fluorescencia en la retina flatmount. En escala de grises en el flatmount DsRed (experimental) y GFP (control) se abren los canales de software ImageJ, tenga en cuenta que estas imágenes han sido coloreados con fines ilustrativos. Cinco círculos de medición (1 a 5) se colocan sobre las regiones de manera uniforme por electroporación, evitando los bordes y el cristalino (líneas discontinuas). Tres círculos de medición (6 a 8) se colocan fuera de la retina para determinar los niveles de fluorescencia de fondo. B) imágenes de cortes transversales de un explante electroporated retina a alta potencia. El explante se fijó en el día postnatal 8, crioprotegieron en sucrose/1X 30% PBS la noche a 4 ° C, integrado en octubre, y la crio-seccionadas a 12μm. Los fluorescentes pNrl construcciones (1.1kb)-DsRed y pNrl (3.2kb)-GFP se expresa en las células fotorreceptoras de la capa nuclear externa (ONL). Capa de INL, nuclear interna, GCL, capa de células ganglionares.
Figura 5. Tratamiento de los datos de fluorescencia utilizando Excel. En el paso 1, el valor del píxel significa para cada círculo de medición se copia en la hoja de cálculo (las celdas B3, B12, F3-F5, H3, H5). Mediciones # 5.1 son los valores de la retina y DsRed # 6.8 son los valores de fondo DsRed; mediciones # 9.13 son los valores de las buenas prácticas agrarias y la retina # 14-16 son los valores de fondo las buenas prácticas agrarias. Tenga en cuenta que la medición # 1 y # 9 corresponden al círculo misma medida, al igual que las mediciones de # 2 y # 10, y así sucesivamente. En el paso 2, el valor de fondo promedio de los canales de DsRed y las buenas prácticas agrarias se calcula (células F6, H6). En el paso 3, la media de fondo se resta de cada medida de retina (células C3-C12). En el paso 4, cada uno de fondo-resta la medición DsRed se normaliza a su medida las buenas prácticas agrarias correspondientes (células D3-D7).
Electroporación explante es una manera simple para cuantificar reguladores cis-actividad en la retina del ratón en desarrollo. En comparación con los reguladores cis-análisis a través de la transgénesis de ratón, la electroporación es mucho más barato, lo que requiere crías de ratón recién nacido solo, el ADN, los instrumentos de disección, y la electroporación / equipo de cultivo de tejidos. También es mucho menos tiempo de consumo: un experimento requiere sólo unas pocas horas de tiempo de preparación, un período de cultivo de unos ocho días, y un par de horas al final del experimento de imágenes y análisis de datos. Electroporación explante es también superior a la de cultivo celular basada en cis-regulador de análisis ya que el tejido retinal real se utiliza. La retina se desarrolla con toda normalidad en el explante de la cultura-que forma tres capas distintas celular (capa nuclear externa, capa nuclear interna, y la capa de células ganglionares), a pesar de fotorreceptores no elaborar los segmentos externos.
Una ventaja adicional es que la electroporación explante es altamente reproducible. Las mismas construcciones electroporated en retinas diferentes, incluso en días diferentes, por lo general los resultados en los niveles relativos de expresión misma. Además, dado que los plásmidos por electroporación se cree que se mantendrá episomal en el núcleo y no se incorporan en los cromosomas, que no parecen estar sujetos a los efectos de sitio mismo de integración que acosan a reguladores cis-análisis llevado a cabo en ratones transgénicos.
Electroporación explante tiene varias limitaciones. En primer lugar, sólo las células que aún están en el ciclo celular puede ser eficazmente transducidas por electroporación 15. En P0, varillas y otros que nacen después los tipos de células de la retina (células bipolares, amacrinas, las células de Müller M) son las poblaciones de células principales objetivo de este método. Electroporación de los conos de P0 electroporación se ha reportado 16, pero la eficacia parece ser bajo. Una segunda limitación es que la cultura explante más allá de dos semanas en los resultados malformación progresiva de la retina y por lo tanto no se recomienda. Si la cuantificación promotor se requiere en los puntos de tiempo tarde, sin embargo, una de electroporación in vivo 09 de mayo se realizará, seguida por disección de la retina en el punto de tiempo deseado, planos de montaje de la retina disecados, y la cuantificación como se describe en la sección 9. Una tercera limitación es que esta prueba es sólo moderadamente alto rendimiento. A diferencia de los ensayos de cultivo celular que se puede probar cientos de construcciones en un solo experimento, la técnica descrita en este protocolo requiere un mínimo de una retina del ratón por toda la construcción. Por lo tanto, sólo un par de docenas de construcciones puede ser razonablemente electroporated en un día.
Una advertencia adicional con respecto a la cuantificación de la actividad promotora con el enfoque actual es que hay un potencial de "sangrado a través de" la fluorescencia DsRed en el canal de las buenas prácticas agrarias, en particular cuando los promotores de ensayo muy fuerte. La razón de esto es que el espectro de emisión de DsRed se solapa parcialmente con la de las buenas prácticas agrarias. Para evitar este problema, los filtros de optimización de emisión, deben que minimicen el solapamiento espectral entre DsRed y las buenas prácticas agrarias. Cuando tales juegos de filtros optimizados no están disponibles, otra posible solución sería el uso de una proteína fluorescente de color azul en diferido (por ejemplo, BFP o PPC) en lugar de las buenas prácticas agrarias.
Los autores desean agradecer a Karen Lawrence por su ayuda en la sección que describe la construcción de la cámara de electroporación.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo | Empresa | Número de catálogo | Comentarios (opcional) |
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Plato de la electroporación, portaobjetos 453 | BTX Harvard Apparatus | 45-0105 | Vea la sección 1 del protocolo de modificaciones |
100% de silicona de caucho acuario de cemento | Perfecto fabricación | ||
Bastidor microtubos de plástico | Fisher Scientific | 05-541 | Sólo el identificador de rack será utilizado |
Dremel herramienta | Para cortar el mango de la rejilla del tubo de plástico | ||
DMEM | Gibco / Invitrogen | 11965 | |
F12 | Gibco / Invitrogen | 11765 | |
L-Glu/pen/strep | Gibco / Invitrogen | 10378-016 | Concentración 100 veces |
Insulina | Sigma-Aldrich | I-6634 | De imágenes de stock 1000X, resuspender en 5mg/ml en 5 mM HCl y el filtro de esterilización- |
FBS | Gibco / Invitrogen | 26140-079 | |
ECM 830 de onda cuadrada electroporador | BTX Harvard Apparatus | ||
Nuclepore filtros | Whatman | 110606 | 25mm, 0.2μm |
Incubadora de cultivo de tejidos | 37 ° C, 5% de CO 2 | ||
Cubreobjetos de vidrio # 1.5 | Fisher Scientific | 12-544E | De espesor 0.16mm |
Microscopio compuesto fluorescente equipado con cámara | Cámara debe ser monocromática (por ejemplo, ORCA-ER cámara Hamamatsu) | ||
EGFP / set DsRed filtro para microscopio compuesto | Chroma Technology Corp. | 86007 | Este filtro minimiza bleedthrough conjunto entre el chanenels rojo y verde |
ImageJ Software | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/ |
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