Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.
Method Article
Variation phénotypique des traits peut résulter de mutations dans le cis-régulation élément (CRE) des séquences que les modèles de contrôle l'expression des gènes. Méthodes pour une utilisation dérivée de Drosophila melanogaster peuvent comparer quantitativement les niveaux de la répartition spatiale et temporelle de l'expression génique médiée par des variantes de la CRE modifiés ou naturelle.
Profils d'expression génique sont spécifiées par l'élément cis-régulatrices (CRE) des séquences, qui sont aussi appelés rehausseurs ou cis-régulation des modules. Un classique de la CRE possède un arrangement de sites de liaison pour plusieurs protéines facteur de transcription qui confèrent une logique réglementaire précisant quand, où et à quel niveau le gène réglementé (s) est exprimée. L'ensemble complet des CRE au sein d'un génome animal encode le programme de l'organisme pour le développement 1 et empiriques ainsi que des études théoriques indiquent que des mutations dans CRE a joué un rôle prépondérant dans l'évolution morphologique 2-4. Par ailleurs, le génome humain études d'association indiquent que la variation génétique à Cres contribuer sensiblement à la variation phénotypique 5,6. Ainsi, la compréhension logique de la réglementation et la façon dont les mutations affectent telle logique est un objectif central de la génétique.
Transgènes Reporter fournir une méthode puissante pour étudier la fonction in vivotion de Cres. Voici une séquence connue ou suspectée CRE est couplé à promoteur hétérologue et des séquences codant pour un gène rapporteur codant pour une protéine facilement observables. Quand un transgène rapporteur est inséré dans un organisme hôte, l'activité de la CRE devient visible sous la forme de la protéine rapporteur codée. Transgénèse médié par la P-élément dans l'espèce de mouche drosophile (D.) melanogaster 7 a été utilisé pendant des décennies pour introduire des transgènes rapporteur dans cet organisme modèle, bien que le placement en génomique des transgènes est aléatoire. Ainsi, l'activité du gène rapporteur est fortement influencée par la chromatine des gènes et l'environnement locaux, limitant les comparaisons qualitatives CRE pour être. Ces dernières années, le système d'intégration basé PhiC31 a été adapté pour une utilisation chez D. melanogaster pour insérer des transgènes dans spécifiques de 80 à 10 sites de débarquement du génome. Cette capacité a fait de la mesure quantitative des gènes et, pertinent ici, la CRE d'activité 11-13 Feasible. La production de mouches des fruits transgéniques peuvent être externalisées, notamment PhiC31 intégration basée, éliminant le besoin d'acheter du matériel coûteux et / ou avez une maîtrise spécialisée dans l'injection des protocoles transgène.
Ici, nous présentons un protocole général d'évaluer quantitativement une activité de la CRE, et de montrer comment cette approche peut être utilisée pour mesurer les effets d'une mutation introduite sur l'activité de la CRE une et de comparer les activités des CRE orthologues. Bien que les exemples donnés sont pour une activité de la CRE pendant la métamorphose mouche des fruits, l'approche peut être appliquée à d'autres stades de développement, les espèces de mouches des fruits, ou des organismes modèles. Finalement, une utilisation plus généralisée de cette approche de la CRE d'étude devrait faire progresser la compréhension de la logique réglementaire et comment la logique peut varier et évoluer.
Vue d'ensemble:
Cette vidéo montre un protocole capable de mesurer quantitativement les activités de régulation génique pour le cis-régulatrices élément (CRE) des séquences de la drosophile (D.) melanogaster. Ce protocole peut être utilisé pour comparer les activités de réglementation possédé par: type sauvage et mutant formes CRE, naturelle allèles CRE trouve au sein d'une espèce ou entre espèces CRE orthologues divergé.
1. Spécifiques au site d'intégration des transgènes dans le génome de reporter de Drosophila melanogaster
Reporter A. transgène de la construction
B. spécifiques au site d'intégration des transgènes journaliste
2. Obtenir des échantillons ou des tissus de l'étape de développement approprié
Prélever des échantillons pour analyse au moment du développement où le profil d'expression génique (s) d'intérêt surviennent (s) endogène, donc le moment où l'objet d'une enquête de la CRE devrait activer l'expression du gène rapporteur. Pour la drosophile, ce qui peut être soit embryonnaire, larvaire, pupal ou adulte. Ci-dessous nous décrivons une méthode de mettre en scène les mouches adultes et métamorphiques; dont la dernière a lieu à l'intérieur du puparium, une peau dure des larves qui contient l'échantillon immobile jusqu'à ce qu'il ecloses comme un adulte.
1. Mise en scène fondée sur la durée de la métamorphose:
À 0 hAPF, les spécimens peuvent être transférés à un flacon de fraisou une boîte de Petri en utilisant un pinceau imbibé. Pour conserver les échantillons de sécher, ajouter un morceau de Kimwipe et humidifier avec de l'eau. Flacon de transfert ou un plat d'un incubateur à 25 ° C jusqu'à ce que le hAPF désiré.
2. Mise en scène caractéristiques morphologiques visibles:
Il est souvent incommode pour analyser les échantillons pour l'activité de la CRE à un point temporel spécifique après la collecte de spécimens hAPF 0. Alternativement, on peut identifier correctement mis en scène les spécimens à un moment opportun pour une analyse basée sur la présence et la position de plusieurs marqueurs morphologiques (détaillées ci-dessous) qui sont visibles à travers le puparium ou après l'élimination puparium (Fig. 2).
2a. Critères morphologiques pour l'approximation des étapes métamorphiques:
Notes:
D. Étapes pour éliminer les spécimen de puparium:
3. Confocale évaluation microscopique d'expression du gène rapporteur dans un échantillon de monter ensemble
Note:
4. Quantifier l'activité des éléments cis-régulateurs
Alors que certains logiciels d'acquisition confocale permet pour un traitement ultérieur des images de projection, nous préférons utiliser le programme Image J librement disponible du logiciel pour évaluer les images confocale 18. Utiliser l'image J 18 a enregistré les profils d'expression de GFPpeuvent être quantifiés que les statistiques valeur de pixel dans une zone spécifiée. Bien que les images n'ont pas besoin d'être en échelle de gris, nous préférons le faire.
Notes:
5. Les résultats représentatifs:
Une version de type sauvage d'un D. melanogaster CRE, appelé l'élément dimorphe 13, entraîne un haut niveau d'expression rapporteur EGFP dans le segment de l'abdomen des femmes A6 nymphes (figure 3A). Une séquence 13 paires de bases au sein de cet élément a été trouvé pour être un site de liaison pour le facteur de transcription DSX, et l'importance in vivo de cette séquence peut être démontré par la quantification de l'activité réglementaire de ce CRE lorsque ce site de liaison est muté. Considérant l'activité réglementaire de l'élément dimorphe de type sauvage à 100 ± 5%, la mutation de ce site DSX réduit le regmentation d'activité à 28 ± 3%. Des comparaisons semblables peuvent être faites des activités de réglementation pour les allèles CRE intraspécifique ou entre CRE orthologues d'espèces distinctes. Par exemple, en considérant les niveaux de l'EGFP dans A6 segment féminin entraîné par le D. melanogaster Canton S souche comme une activité réglementaire de 100 ± 4%, CRES orthologues pour les espèces D. simulans et D. willistoni ont été trouvés respectivement possèdent des activités de réglementation égale à 75 ± 4% et 0 ± 0% (figure 3B).
Figure 1. Utilisation de l'intensité du phénotype œil blanc de sauvetage pour faire des lignées transgéniques homozygotes. Afin d'évaluer quantitativement les transgènes journaliste, il est important que chaque spécimen ont le génotype même journaliste transgène. (A) un gène mutant blanc fond génétique avec une séquence attP site d'atterrissage est utilisée pour le site-s pécifique transgène intégration. Les individus transgéniques (B) hémizygotes et (C) homozygotes pour la lutte antivectorielle intégrée peut généralement être distingués par l'intensité de la couleur des yeux phénotype sauvé par le nombre de copies du gène mini intégrés blancs. Lignées homozygotes peut être établie par croisement (C) mouches mâles et femelles avec le phénotype de couleur plus sombre des yeux.
Figure 2. Utilisant des marqueurs morphologiques pour déterminer le stade métamorphique de la drosophile. Pendant la métamorphose d'une larve d'une mouche à fruits adultes, les transitions spécimens à travers une série de morphologies stéréotypés qui peuvent être utilisés pour déterminer le sexe et approximative de la phase de développement. Les spécimens en Bosnie-Herzégovine ont été retirés de leur puparium. Boîtes de panneaux A, E, F, G et H indiquent le zoom dans les régions respectivement pour les panneaux A ", E", F ", G" et H ".
"Figure 3" src = "/ files/ftp_upload/3395/3395fig3.jpg" />
Figure 3. Comparaison quantitative des activités élément cis-régulatrices. Pour tous les échantillons d'expression génique EGFP-reporter médiée par un élément particulier dimorphe a été évaluée chez les femelles à 80 heures après la formation puparium. Le nombre en haut de chaque image est le niveau d'expression EGFP-pour le spécimen qui est calculée comme la valeur de pixel moyenne pour le segment A6 abdominale (indiqué pour l'image la plus en haut à gauche de la région au sein de la frontière en pointillé jaune) moins la moyenne valeur d'un pixel pour le segment A4 (correction de fond; indiqué pour l'image la plus en haut à gauche de la région au sein de la frontière en pointillés rouges). Pour chaque journaliste de transgène quatre répétitions ont été évalués pour calculer une valeur segment de dire A6 pixel. Activité réglementaire est rapporté que le% de type (A) sauvages ou (B) souche Canton S féminine valeur moyenne des pixels ± SEM. (A) L'expression de GFP pour les femmes possédant un allèle de type sauvage de laElément dimorphe et une version mutante où un seul site de liaison pour le facteur de transcription a été DSX ablation. Ce site mutant contraignante activité réduite élément dimorphe à 28 ± 3% de la séquence de type sauvage. (B) Comparaison des activités de réglementation pour les séquences orthologues à l'D. Elément melanogaster dimorphe (souche Canton S). Compte tenu de la médiation par une expression de la GFP D. allèle melanogaster élément dimorphe comme 100%, les séquences orthologues de l'espèce apparentée D. simulans et D. willistoni respectivement possèdent des activités de 75 ± 4% et 0 ± 0%.
6. Matériaux
Nom du produit | Tapez | Société | Numéro de catalogue | Commentaire |
Spécifiques au site d'intégration du transgène | Service | Meilleur Gene | Plan H | Choisissez un site d'atterrissage, de recevoir des lignes transformant |
Huile sur les halocarbures | Réactif | Sigma-Aldrich | H8898 | Permet de monter des spécimens pour l'imagerie confocale |
Dumont # 5 forceps | Outil | Outils Fine Science | 11252-40 | Beaux-pointues et durables pour la dissection |
SZ61 microscope à zoom stéréo | Outil | Olympus | Personnalisable | Optique excellente pour travailler avec des mouches des fruits |
FluoView microscope confocal | Outil | Olympus | Personnalisable | Fournit des images haute résolution confocale |
éléments cis-régulateurs coder le programme génomique qui spécifie l'expression des gènes et donc le processus de développement 1, et sont des endroits bien visibles pour les deux mutations sous-jacentes évolution morphologique 2-4 et variation phénotypique des traits humains 5,6,19. En dépit de cette importance, la logique réglementaire pour CRE restent mal compris. Une raison importante de ce déficit a été la compréhension de l'absence de méthodes appro...
Nous n'avons rien à révéler.
Nous remercions: Nicolas Gompel et Benjamin Prud'homme pour leurs contributions à l'élaboration de ce protocole; Melissa Williams et quatre examinateurs anonymes pour leurs commentaires sur le manuscrit; l'Université de Dayton Graduate School de bourses de recherche pour la guerre, et l'Université de Dayton Biologie Ministère et l'Institut de recherche (UDRI) pour soutenir la recherche pour TMW. Ce travail a été soutenu par l'American Heart Association 11BGIA7280000 Subvention à TMW.
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon