A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
אנו מתארים שיטה רגיש לזהות הרגולטורים postembryonic של ביטוי חלבונים לוקליזציה ב ג elegans באמצעות מסך RNAi מבוסס גנומית transgene משולב המבטא חלבון פונקציונלי, מתויג fluorescently.
סי אלגנס הוכיחה להיות מערכת מודל ערך לגילוי ואפיון פונקציונלי של גנים רבים ושבילים גנים 1. כלים מתוחכמים יותר ומשאבים ללימודי במערכת זו יש להקל על הגילוי המתמשך של גנים עם פנוטיפים או תפקידים יותר עדינים.
כאן אנו מציגים פרוטוקול כללית התאמנו לזיהוי ג elegans גנים עם פנוטיפים postembryonic בעלי עניין באמצעות RNAi 2. הליך זה שונה בקלות assay הפנוטיפ של בחירה, בין אם על ידי אופטיקה אור פלואורסצנטי או על מיקרוסקופ לנתח או תרכובת. זה פרוטוקול ההקרנה מנצל את הנכסים הפיזיים של האורגניזם וכלים מולקולריים ג הקהילה elegans המחקר הפיק. כדוגמה, אנחנו מדגימים את השימוש transgene משולבת המבטאת מוצר ניאון במסך RNAi לזהות גנים הנדרשים לוקליזציה רגיל לכךהמוצר הזחלים בשלב מאוחר ומבוגרים. ראשית, השתמשנו ספריה זמינים מסחרית RNAi גנומית עם באורך מלא מוסיף cDNA. ספריה זו מאפשרת זיהוי מהיר של מועמדים רבים על ידי הפחתת RNAi של המוצר הגן המועמד. שנית, אנו שנוצר transgene משולב המבטא חלבון מתויג fluorecently שלנו עניין ברקע RNAi רגיש. שלישית, על ידי חשיפת בעלי החיים בקעו כדי RNAi, מסך זה מאפשר זיהוי של מוצרים גנים שיש להם תפקיד חיוני עובריים שאחרת להסוות תפקיד שלאחר עובריים בוויסות חלבון של עניין. לבסוף, המסך הזה עושה שימוש במיקרוסקופ המתחם מצויד לפתרון תא בודד.
1. זן הקרנת הבנייה
תכנון קפדני של זן ההקרנה היא קריטית להצלחה של המסך תוארה במקומות אחרים 3. עבור חוקרים מסוימים, באמצעות מאמץ המבטא מוצר גלוי מ transgene דרוש הניסוי. זנים רבים מחסה transgenes משולבים זמינים לחוקרים CGC או אדם פרטי. אם זן מהונדס נדרש המסך אבל הוא לא זמין, אז זה יכול להיות שנוצר באמצעות שיטת שפורסם כמו 4 הפצצה, UV / tmp 5, או מוס transposon הכנסת 6. כדי להמחיש החלבון שלנו של עניין, הכנסנו את רצף ה-GFP קידוד במסגרת רצף cDNA בוגרת (השתמשנו dbl-1 ברצף). כי זה חלבון היתוך GFP אינו גלוי על ידי לנתח היקף, השתמשנו סמן coinjection כי היה גלוי לא השפיע על הצפייה של החלבון שלנו עניין (TTX-3P :: RFP , לבדיקה של מספר סמנים סטנדרטיים אחרים, ראה 7). לאחר מכן יצר transgene משולב ממערך extrachromosomal. מצאנו כי ההפצצות של transgene הניבה מספר נמוך עותק קו משולב לא הציל את הפנוטיפ מיקרוסקופ לנתח ולא הפיק רמות הגלויים של מוצר ה-GFP-מתויג (Beifuss ו Gumienny, לא פורסם). UV / tmp שילוב של מערך עותק מספר extrachromosomal עשה במקור על ידי הזרקת 8,9 הניב גלוי, הצלת רמות של המוצר transgene (איור 3 א). כתם המערבי עם נוגדן אנטי-GFP אישר כי transgene (שם אלל texIs100) באה לידי ביטוי ומעובד כראוי (Beifuss ו Gumienny, לא פורסם). Transgenes משולבים יש outcrossed חמש פעמים להסיר מוטציות רקע זרים ללא קשר למקור.
על המסך שלנו, רצינו את החלבון רק עניין להיות בצורה מהונדס, מתויג. לכן, הסרנו גרם אנדוגני תפקודיתמזרח על ידי החדרת אובדן-of-פונקציה מוטציה dbl-1 אלל.
לבסוף, אנחנו זן רגיש להשפעות של RNAi. RNAi מהספריה יהיה, כי גנים רבים, לייצר ירידה חמורה יותר אם המוצר גן חיות מכילים מוטציה מגרה את החיות להשפעות של RNAi 10,11 רקמות (ים) של עניין יש לשקול בעת בחירת מתאים RNAi רגישות רקע 11. השתמשנו אלל הקנונית rrf-3 (pk1426) לעשות מאמץ ההקרנה שלנו. RRF-3 הוא RNA-RNA מכוונת (RdRP) פולימראז homolog שבדרך כלל מעכב סומטי RNAi 10. מוטציות בגנים אחרים RNAi hypersensitizing כמו ערי-1 או ערי-1-15 ב לין ניתן להשתמש במקום כדי להגביר את האפקטיביות של RNAi 11-13.
זן ההקרנה עשינו יש גנוטיפ rrf-3 (pk1426); texIs100; dbl-1 (nk3).
2. בחירת והכנתRNAi הספריה
זמינה באופן מסחרי ג elegans ספריות cDNA מייצגים כ 55% או 87% מהגנים החזויים ב C. elegans בנפרד (וידאל במעבדה או Ahringer ספריות מעבדה, בהתאמה). שיבוטים אישיות זמינים לרכישה (פתח Biosystems, Geneservice בע"מ). בחרנו את הספרייה ORF-RNAi נבנה על ידי המעבדה וידאל (פתח Biosystems) כי שיבוטים שלה הם בעיקר באורך מלא cDNAs Gateway משובטים ומוכן יישומים במורד הזרם (Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA). הספרייה המקורי Ahringer במעבדה הגנטית cDNA מכיל שברי cDNA כי הם לא שימושי נרחב עבור ניסויים אפיון במורד הזרם 14,15. ספריות הן להשתמש וקטור המכיל שני היזמים T7 משני צדי הוספה (איור 1). בונה את מגדלים זן חיידקי HT115, המבטא פולימראז T7 על ידי אינדוקציה איזופרופיל-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG). חיידקים המכילים שיבוטים הספרייה המושרה עם IPTG ללייצר dsRNA (ראה שלב 3.4).
לשכפל את הספרייה עם קבלת ולהשתמש כפול עבור כל הניסויים. ספריות המקורי כפול יש לאחסן שונים -80 מעלות צלזיוס מקפיאים המחוברים להפריד בין קווי חשמל.
3. הכנת חיידקים עם ספריה שיבוטים
4. הכנת נמטודות
התחל עם האוכלוסייה מבוימת של נמטודות. קביעת בעלי חיים מקטין את הסיכוי כי ההבדלים שנצפו בין שליטה לבין ניסויים ניסויים RNAi הם פשוט בשל הבדלים בשלב ההתפתחותי של בעלי החיים (עם זאת, אם RNAi גורם עיכוב התפתחותי, זה יש לציין ידי המסנן (איור 2)) . יתר על כן, החל את הניסוי RNAi עם הזחלים L1 מונעת תופעות מבלבלים הקטלניות האפשריות של העובר על ידי RNAi של אלוףes כי גם היא משחקת תפקיד postembryonic של עניין.
ההיערכות נעשית על ידי 1 הלבנת האוכלוסייה מעורב בשלב של זן ההקרנה, אשר רק קליפת המוגנים העוברים לשרוד. שלבים אלה בעלי חיים עד למרחק של כ 12 שעות בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס או כ -18 שעות ב 16 ° C 18. יותר חזק חיות במה, בעלי חיים מעצר בשלב הזחל הראשונה (L1) על ידי נותן האץ' עוברים בתווך M9 בלי אוכל. חיות L1 מורעבים דגש על צמיחה קורות חיים מזון מגיל 19 החל אותו.
5. תצפית של נמטודות
(יום 5) לאחר נמטודות גדלו לשלב הרצוי (איור 2 א), לאשר את בקרות חיוביות ושליליות לייצר את פנוטיפים צפויים באמצעות מיקרוסקופ לנתח. אנו משתמשים BLI-4 כביקורת על יעילות RNAi, כי זה מייצר תלויה במינון שלאחר עובריים מומים נע בין מבוגרים השלפוחיות (פנוטיפ קל RNAi, לא מוצג) כדי הזחלים, נעצר מבחינה התפתחותית קטן (ה חזקה,xpected פנוטיפ RNAi) (איור 2 ב). ואז לראות את בעלי החיים בכל ניסוי גם באמצעות מיקרוסקופ לנתח ומובן מאליו הערה פנוטיפים חריגים המושרה על ידי RNAi (איור 2 ג). לאחר הפקדים אישר פנוטיפים ברוטו ציין, המסך ניסויים RNAi עבור פנוטיפים של עניין. אנו משתמשים במיקרוסקופ המתחם מצויד הקרינה ואת המטרה 63x לשמור לפחות חמישה בעלי החיים של כל ניסוי RNAi, החל בקרות (איור 3).
באמצעות שיטה זו, אדם אחד יכול לצפות באופן סביר הבמה שניים עד ארבעה סטים של ניסויים מדי שבוע. למשל, בעלי חיים מבוים בימים שני ושלישי ניתן לצפות חמישי ושישי, בהתאמה, והוא יכול להיות מבוים שוב ביום שישי ושבת ליום שני ושלישי התצפית. בהתאם הפנוטיפ (ים) הוקרן כל יום, קבוצה רשאים לכלול 1 24 גם צלחת של תרכובת מיקרוscopy או יותר אם הפנוטיפ מזוהה במהירות. כך, לפחות 88 ניסויים שונים RNAi ניתן לראות בשבוע אחד, תוך בקרות חשבון חיוביות ושליליות ושיעור ההקרנה. מסך היקף לנתח יכול להתבצע במהירות רבה יותר, ללא צורך גובר חיות בשקופיות לצפייה. מספר אנשים יכולים גם להגדיל את התפוקה של המעבדה על ידי לוחות זמנים מדהימים ו / או שימוש מיקרוסקופים רבים. שיטה חלופית לגידול בעלי חיים על סרט דק של אגר והעברת פרוסת אגר המכיל חיות ישירות לשקופית לצפייה יכול לחסוך זמן. גרסה זו שימשה בהצלחה לסינון הפרעות זנבו של הזכר בהגדלה 400x 22.
6. נציג תוצאות
דוגמאות לוקליזציה רגיל שונה של ה-GFP-מתויג dbl-1 מוצגים באיור 3. הביטוי הרגיל של ה-GFP-מתויג dbl-1 כולל הגחון חוט העצב סלולריים גופים שורה של punctae (איור 3 א). Dbl-1 אניזה נחלש קשות כאשר בעלי החיים ניזונים RNA שמונע תרגום dbl-1-mRNA (איור 3 ב). dbl-1 (RNAi) מייצרת גם בעלי חיים קטנים, המסך המשני בדוגמה זו (מידע לא מוצג). גנים המשפיעים dbl-1 לוקליזציה מזוהים בקלות על ידי RNAi באמצעות זן המיועד מסך זה (איור 3 ג).
באיור 1. ערכת מסך לזהות הרגולטורים של איתות תאיים dbl-1. חיידקים מן הספרייה האכלה גדלים בן לילה, המושרה עם IPTG ו מודגרות על 37 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות נוספות כדי לאפשר לחיידקים לייצר RNA תקועים כפולה (dsRNA). 30 μl של התרבות חיידקי המושרה הוא הבחין בכל טוב על הצלחת 24 גם (צמיחה בינוני נמטודות) NGM המכיל 25 מיקרוגרם / מ"ל ו - 1 מ"מ carbenicillin IPTG ו להתייבש בשכונה זרימת סטרילית. אנחנו בשלב הראשון הזחלים הזחל (L1) שלב אחר לתת hypochlorite שטופלו embrYOS לבקוע בתקשורת ללא מזון, אשר גורם diapause L1 (פיתוח נעצר). כ 30 מסונכרנים הבמה חיות L1 הם מצופה על כל חיידקים המכילים גם מספריית RNAi, המאפשר מבוים חיות לחדש את הצמיחה לצרוך dsRNA נוצר על ידי חיידקים 23. אחרי שעה 72 על 15 ° C, על תולעים בוגרות צעירות מוקרנים על הפנוטיפ גלוי. בגיל זה, גודל הגוף פגמים ניכרים ואת הקרינה הוא בהיר מביטוי texIs100 transgene.
איור 2. דוגמאות פנוטיפים לזהות לפני ההקרנה. כל התמונות של בעלי חיים בצלחת גם צולמו בהגדלה אותה באמצעות מיקרוסקופ לנתח. בעלי חיים היו צילמו כל כ 72 שעות לאחר ציפוי כמו זחלים מורעבים L1. כל התמונות קיבלו טיפול זהה. א) RNAi של הגן אשר מעניקה שום פגמים מורפולוגיים ברוטו. בעלי חיים בטבע מופיעים סוג. ב) RNאיי של BLI-4. בעלי חיים להציג פיתוח נעצר, הם זעירים לעומת בעלי החיים בלוח א 'ג) RNAi של dpy-13. בעלי חיים נמצאים בשלב דומה של התפתחות כמו בעלי החיים בלוח, אבל להציג את המורפולוגיה "גוצה" הגוף.
איור 3. דוגמאות החלבון מתויג fluorescently וכיצד RNAi של גנים ספציפיים משנה דפוס לוקליזציה. כל התמונות צולמו בהגדלה 630x עם מיקרוסקופיה דיסק מסתובב confocal, 5 שניות. חשיפה. סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. כל התמונות קיבלו טיפול זהה. ראשי חץ פתוחים מצביעים גופי התא. החצים מסמנים קו punctae. ראשי חץ מלאים עולה כמה GFP-מתויג מקומי aberrantly dbl-1. א) RNAi-fed pseudogene C06C3.5 ("סוג פראי"). ב) dbl-1 (RNAi) שליטה. ג) RNAi של גן הדרוש לוקליזציה רגיל של ה-GFP-מתויג dbl-1.
באיור 4. תבנית דוגמא למעקב אחר ניסויים RNAi (שיבוטים הספרייה) ב 24 גם הצלחות. תבנית זו ניתן להשתמש כדי ליצור תיעוד קבוע של הניסויים, שלא כמו סימון ישירות צלחות.
איור 5. תבנית דוגמא פנוטיפים הקלטה RNAi. להרחיב לפי הצורך.
שיטת ההקרנה RNAi המוצג כאן מאפשר ניתוח רגיש ומהיר של מוצרי גנים הנדרשים הפנוטיפ (או המהונדס) רגיל postembryonic. הדוגמה המוצגת היא המסך של גנים המעורבים בלוקליזציה subcellular של חלבון מתויג fluorescently. עם זאת, פרוטוקול זה יכול להיות שונה כדי לזהות את הגנים המשפיעים על פנוטיפים postembryoni...
אין לנו מה למסור.
המחברים מבקשים להודות ד"ר ריק פאדג'ט (וקסמן המכון, אוניברסיטת רוטגרס, ניו ג'רזי) על המתנה של dbl-1 cDNA וד"ר כריסטופר Rongo (מכון וקסמן, אוניברסיטת רוטגרס, ניו ג'רזי) לסמן זריקה. המעבדה ד"ר Barth של גרנט ביצעה את האקדח גן הפצצה לשילוב מספר נמוך עותק של מבנה ה-GFP-מתויג-1 dbl. גרסיה רנה המעבדה סיוע טכני במהלך היצירה של texIs100. גרסיה רנה, Lints רובין, ו Hongmin צ'ין מעבדות סיפק ייעוץ פרודוקטיבי. עבודה זו מומנה על ידי הזנק קרנות מהמחלקה TAMHSC לרפואה מולקולרית תאית. היקף המתחם confocal דיסק מסתובב נרכשו במימון מחלקת ומכללת TAMHSC המשרד לרפואה של דין.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | תגובות |
NGM אגר | הצמיחה נמטודות בינוני | IPM מדעי, Inc | ניתן להכין בעקבות פרוטוקול אגר NGM 25 |
M9 בינוני | 22 מ"מ KH 2 PO 4, 42 מ"מ Na 2 HPO 4, 86mM NaCl, 1 mM MgSO 4 | 26 | |
אגר אגר, | EMD כימיקלים בע"מ | 1.01614.1000 | 2% במים צלחות NGM. 4% במים רפידות שקופיות מיקרוסקופ (החיטוי בתחילה במיקרוגל כדי להמיס לאחר מכן). |
Bacto Peptone | בקטון דיקינסון - Difco CP | 211677 | 0.25% |
IPTG | המחקר מוצרים אינטרנשיונל קורפ | I56000-5.0 | 1 הריכוז הסופי mM |
carbenicillin | המחקר מוצרים אינטרנשיונל קורפ | C46000-5.0 | 50 מיקרוגרם / מ"ל דילול עובד |
LB מרק לנוקס | בקטון דיקינסון - Difco CP | 240230 | 20 גר '/ ליטר |
טטרציקלין | סיגמא | 268054 | 12.5 מיקרוגרם / מ"ל דילול עובד |
נתרן hypochlorite | כל מותג | בית 5% אקונומיקה | השתמש אקונומיקה טרי. |
סודיום הידרוקסיד | כל מותג | CAS 1310-73-2 | 5 N המניות |
M9 בינוני | Wormlab ספר המתכונים | http://130.15.90.245/wormlab_recipe_book.htm # Commonlab | 26 |
levamisol | סיגמא | 31742 | 100 מיקרומטר - 1 דילול עובד mM |
אזיד הנתרן | פישר סיינטיפיק | S227 | 10 מ"מ דילול עבודה M9 |
24 גם צלחת | גריינר Bio-One | 662160 | VWR מפיץ |
מיקרוסקופ שקופיות | כל מותג | 75 x 25 x 1 מ"מ | |
כיסוי מיקרוסקופ תלושי | כל מותג | 22 x 22 מ"מ No.1.5 | השתמש עובי המומלץ על ידי היצרן מיקרוסקופ. |
תרכובת מיקרוסקופ | Carl Zeiss, Inc | A1m | השתמש יעדים ומסננים כדי להתאים את הצרכים של הניסוי. |
התקשורת משאבת | Manostat משאבת Varistaltic | קייט המודל # 72-620-000 | השתמש בצינור ואת ההגדרות המתאימות למכשיר |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved