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Method Article
La fonction des gènes peut être obscurci dans la perte de fonction des expériences s'il ya compensation par un autre gène. Le modèle de poisson zèbre offre un relativement haut-débit moyen de révéler de telles redondance fonctionnelle dans les embryons vivants.
La fonction des gènes durant l'embryogenèse est généralement définie par une perte de fonction des expériences, par exemple par mutagenèse ciblée (KO) chez la souris. Dans le modèle de poisson zèbre, efficaces techniques de génétique inverse ont été développées en utilisant la micro-injection d'morpholinos antisens spécifiques du gène. Morpholinos cibler un ARNm grâce à l'appariement de bases spécifiques et la fonction des gènes bloquer transitoirement par la traduction ou de l'inhibition de l'épissage pendant plusieurs jours lors de l'embryogenèse (à plat). Cependant, chez les vertébrés tels que souris ou le poisson-zèbre, certaines fonctions des gènes peut être obscurcie par ces approches en raison de la présence d'un autre gène qui compense la perte. Cela est particulièrement vrai pour les familles de gènes contenant des gènes soeur qui sont co-exprimés dans les mêmes tissus en développement. Dans le poisson-zèbre, une compensation fonctionnelle peut être testée de manière relativement haut-débit, par co-injection de morpholinos que knockdown cible des deux gènes simultanément. De même, en utilisant morpholinos, une interaction génétique entre deux gènes peut être démontrée par knockdown des deux gènes ensemble à des sous-niveaux de seuil. Par exemple, morpholinos peut être titrée de telle sorte que ni le knockdown individuelles génère un phénotype. Si, dans ces conditions, la co-injection des deux morpholinos provoque un phénotype, une interaction génétique est indiquée. Ici nous démontrons comment montrer la redondance fonctionnelle dans le contexte de deux facteurs de transcription GATA liées. Facteurs GATA sont essentiels pour la spécification des progéniteurs cardiaques, mais ce n'est révélée que par la perte des deux Gata5 et Gata6. Nous montrons comment réaliser des expériences de micro-injection, de valider les morpholinos, et évaluer le phénotype compensé cardiogenèse.
Notre but ici est de tester la redondance fonctionnelle des deux facteurs de transcription pour la spécification des progéniteurs des cardiomyocytes. Les facteurs sont codés par deux gènes liés gata5 et gata6 et nous utilisons le modèle de poisson zèbre pour comprendre leurs fonctions relatives 1. Notre stratégie est de bloquer la fonction des gènes en utilisant morpholinos 2. Nous allons injecter morpholinos pour l'une ou l'autre gène dans des œufs fécondés, et comparer le phénotype embryonnaire avec des embryons dérivés d'œufs injectés simultanément avec les deux morpholinos. Pour simplifier l'évaluation des phénotypes, nous utilisons des œufs provenant de poissons qui portent un transgène exprimant la GFP dans les cardiomyocytes.
Etape 1. Préparation pour la microinjection.
A) La mise en place de couples reproducteurs de poissons
La soirée avant l'injection, seule et unique poisson mâle adulte de sexe féminin (3-18 mois d'âge) sont placés par paires dans des réservoirs séparés par un éleveur diviseur jusqu'au lendemain matin. Nous généralement mis en place 10-20 paires de poissons, et ce sont accouplés une fois par semaine, indépendamment du fait que les œufs seront utilisés, afin de maintenir la fécondité. Pour cette expérience, nous sommes en utilisant une souche journaliste, transgéniques pour cmlc2: EGFP, car il fournit une lecture simple pour identifier les cardiomyocytes de différenciation. Le lendemain matin, une fois les lumières sont allumées, l'eau est changée, et les diviseurs sont tirés de réservoirs permettant de paires de poissons à s'accoupler et à produire des oeufs. La production d'œufs peuvent être surveillés, et peut entamer immédiatement, ou après une période d'une heure ou plus, selon les poissons. Généralement, après environ 20 minutes de l'accouplement ininterrompue, les œufs sont recueillis à l'aide d'une pipette ou un tamis et on verse dans 100 boîtes de Petri contenant de l'eau mm système. Il est important de surveiller la production d'œufs afin d'assurer que les embryons sont injectés entre les stade 1-4 cellules. En libérant plusieurs paires à la fois, il est possible d'échelonner la production d'oeufs et ainsi maximiser la quantité d'oeufs qui peuvent être injectées à un stade précoce de développement. Une bonne paire de poissons peuvent générer plus de 200 embryons, et il ne fait aucun sens pratique de recueillir des milliers d'oeufs dans le même temps, car un seul chercheur ne serait pas en mesure de les injecter assez rapidement avant qu'ils ne développent au-delà du stade de 4 cellules . Les poissons sont stimulés pour se reproduire sur le cycle de lumière, si ce n'est une expérience qui requiert un démarrage rapide, et les œufs ne sont pas habituellement obtenue après midi.
B) Préparation des aiguilles
C) la fabrication de plaques d'injection
Station de microinjection D) et l'étalonnage d'aiguille
Etape 2. Validation des morpholinos ciblant deux gènes distincts
Morpholinos sont conçus pour cibler le site d'initiation de traduction ou des sites d'épissage d'un ARNm cible, bloquant ainsi la synthèse des protéines ou de maturation de l'ARNm approprié. Lors de l'analyse d'un gène pour la première fois, nous utilisons deux types de morpholinos de tester si elles génèrent le même phénotype, indiquant un effet de choc spécifique. Un avantage de l'épissure-bloquant est que vous pouvez vérifier le knockdown de la transcription normale par RT-PCR, qui est particulièrement utile si des anticorps pour le gène cible ne sont pas disponibles. Nous allons illustrer comment un phénotype compatible cardiaque est atteint pour la gata5 et gata6 gènes en utilisant morpholinos (gata5 5'UTR MO séquence: 5'-AAGATAAAGCCAGGCTCGAATACAT-3 '; gata5 site d'épissage MO séquence: 5'-TCTTAAGATTTTTACCTATACTGGA-3'; gata6 5 'UTR MO séquence: 5'-AGCTGTTATCACCCAGGTCCATCCA-3').
Étape 3. La co-injection d'morpholinos à des doses seuil individuel
Le but du titrage effectué ci-dessus a été de définir une dose seuil pour chaque morpholino. Dans le meilleur des cas, essentiellement 100% de la morphants affiche un phénotype défini, si le gène ciblé est une fonction essentielle. Cependant, vous pouvez vous attendre une certaine variabilité due à une mauvaise injection artefacts. Avec la pratique, cela ne devrait pas dépasser 10%. Certains lots d'embryons (y compris les contrôles non-injecté) pourrait ne pas survivre bien, dans ce cas, l'expérience peut être nécessaire de actualisés. En attendant, il ya aussi la variabilité biologique, puisque des embryons individuels peuvent être plus ou moins tolérants à l'knockdown. Enfin, certains morpholinos peut juste pas être suffisamment efficaces pour atteindre un solide (pénétrant) knockdown. Si un phénotype est généré dans un faible pourcentage d'embryons, mais est reproductible, il peut être intéressant de tester un morpholino distinctes. Le but de cette expérience suivante consiste à déterminer si un phénotype tout à fait nouveau est vu quand les deux gènes sont ciblés simultanément. Nous ne sommes pas tout simplement à la recherche d'une augmentation du pourcentage d'embryons qui ont un phénotype morphant, mais plutôt pour la génération d'un phénotype distinct qui n'est pas vu au niveau ou au-dessus du seuil lors du test ou l'autre des gènes individuels.
Étape 4. Evalorisation des phénotypes
Les résultats représentatifs
Dans notre expérience, les deux gata5 et gata6 morphants seule montrent reproductibles phénotypes cardiaques lorsqu'il est injecté avec des niveaux de seuil, mais il est considérable variabilité biologique 3,4. Par exemple, la plupart des gata5 morphants générer un coeur bifides, avec expression de la GFP situés dans deux régions. Cela se produit parce que les progéniteurs cardiaques ne parviennent pas à migrer correctement à fusibles sur la ligne médiane lors de la formation du tube cardiaque. Toutefois, certains des gata5 morphants génèrent un tube cardiaque défectueuse, et dans un petit nombre (5%) il ya une diminution significative de la quantité de cellules GFP +. Nous croyons que cela reflète la variabilité biologique, mais peut aussi être dû au fait que morpholinos ne sont pas équivalentes à un "null" mutation.
De même, le gata6 morphants montrent tous un phénotype cardiaque, mais il ya toute une gamme de phénotypes dont un petit nombre de bifides réchauffe, et les cœurs qui sont perturbés morphologiques par rapport à la non-injecté embryons témoins. Cette variabilité n'est pas inhabituel pour un phénotype morphogénétiques cardiaque, depuis la formation du cœur est un processus dynamique et au moins certains de le phénotype cardiaque peut être due indirectement de défauts morphogénétiques embryonnaire. Cependant, fait important, la gamme d'anomalies morphogénétiques cardiaque pour morphants deux gata5 et gata6 est cohérent et reproductible, et pour la plupart, les embryons générer des cellules GFP + cardiomyocytes.
En contraste frappant avec la gata5 et gata6 morphants unique, appauvri embryons des deux facteurs montrent une perte complète de l'expression de GFP, compatible avec une perte de cardiomyocytes. Ainsi, gata5 et gata6 ont chacune non redondante des fonctions pour la morphogenèse cardiaque, mais les deux gènes sont fonctionnellement redondantes dans une exigence pour la génération de cardiomyocytes différenciés. Nos études antérieures ont montré également une perte des premiers marqueurs des cardiomyocytes, y compris Nkx2.5, suggérant une exigence pour la spécification des cardiomyocytes 3.
Dans l'expérience décrite ici, on a combiné deux morpholinos, chacune d'elles génèrent à eux seuls une gamme distincte de phénotypes, et a trouvé un phénotype tout à fait différent quand ils ont été co-injectés ensemble. Bien sûr, nous avions besoin d'une justification pour faire cette expérience, en premier lieu. Nous supposions que les deux gènes pourraient compenser les uns les autres pour une fonction plus tôt, dans cette spécification cas cardiaques. C'est parce que les gènes son...
Nous remercions les membres du laboratoire Evans pour leur aide dans la préparation de cette présentation. Le morpholinos utilisés ici ont été à l'origine validée par le Dr Audrey Holtzinger. TE est soutenu par des subventions du National Institutes of Health (HL064282 et HL056182). Expériences sur les animaux ont été effectuées en conformité avec les directives et règlements établis par l'Institut pour la protection des animaux et du Comité utilisation, du Collège médical Weill Cornell.
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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