È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
La funzione del gene può essere oscurato la perdita di funzione esperimenti se non vi è compensazione da un altro gene. Il modello di zebrafish fornisce un numero relativamente elevato throughput significa rivelare tale ridondanza funzionale negli embrioni viventi.
La funzione del gene durante l'embriogenesi è tipicamente definito da perdita di funzione di esperimenti, per esempio mutagenesi mirata (eliminazione diretta) nel topo. Nel modello di zebrafish, efficaci tecniche della genetica inversa sono stati sviluppati utilizzando microiniezione di geni specifici per Morpholinos antisenso. Morpholinos un mRNA bersaglio attraverso specifici di base-accoppiamento e funzione genica bloccare transitoriamente dalla traduzione inibendo o splicing per diversi giorni durante l'embriogenesi (atterramento). Tuttavia, nei vertebrati come mouse o pesce zebra, alcune funzioni geniche possono essere oscurate da questi approcci per la presenza di un altro gene che compensa la perdita. Ciò è particolarmente vero per le famiglie di geni contenenti geni sorella che sono co-espressi nei tessuti stesso sviluppo. In zebrafish, compenso funzionale può essere testato in maniera relativamente elevato throughput, per co-iniezione di Morpholinos che knockdown obiettivo di entrambi i geni contemporaneamente. Allo stesso modo, usando Morpholinos, una interazione genetica tra due geni può essere dimostrato con atterramento di entrambi i geni insieme a livello sub-livelli di soglia. Per esempio, Morpholinos può essere titolata in modo tale che né i singoli knockdown genera un fenotipo. Se, in queste condizioni, co-iniezione di entrambi Morpholinos causa un fenotipo, una interazione genetica è mostrato. Qui mostriamo come mostrare ridondanza funzionale nel contesto di due fattori correlati trascrizione GATA. Fattori GATA sono essenziali per la specificazione dei progenitori cardiaco, ma questo si rivela solo dalla perdita di entrambi i Gata5 e Gata6. Mostriamo come svolgere esperimenti microiniezione, convalidare il Morpholinos, e valutare il fenotipo compensato cardiogenesis.
Il nostro obiettivo è quello di testare la ridondanza funzionale di due fattori di trascrizione per la specificazione dei progenitori dei cardiomiociti. I fattori sono codificate da due geni correlati gata5 e gata6 e stiamo utilizzando il modello zebrafish per capire le loro relative funzioni 1. La nostra strategia è bloccare la funzione del gene utilizzando Morpholinos 2. Noi inietterà Morpholinos per l'uno o l'altro gene in uova fecondate, e confrontare il fenotipo embrionale con embrioni derivati da uova iniettate contemporaneamente con entrambi i Morpholinos. Per semplificare la valutazione dei fenotipi, usiamo le uova ottenuti da pesci che portano un transgene che esprime GFP in cardiomiociti.
Fase 1. Preparazione per la microiniezione.
A) Impostazione di coppie nidificanti di pesce
La sera prima dell'iniezione, singoli pesci di sesso maschile e singolo femminile adulta (3-18 mesi di età) sono disposti a coppie in serbatoi allevatore separati da un divisorio fino al mattino successivo. Noi di solito impostato 10-20 coppie di pesci, e questi sono abbinati una volta a settimana, indipendentemente dal fatto che le uova saranno utilizzati, per mantenere la fecondità. Per questo esperimento che stiamo usando un ceppo reporter, transgenici per cmlc2: EGFP, perché fornisce una lettura semplice per identificare i cardiomiociti differenziazione. La mattina dopo, una volta che le luci sono accese, l'acqua è cambiato, e divisori sono tirati da carri armati che permette le coppie di pesce per accoppiarsi e produrre le uova. Produzione di uova possono essere monitorati, e possono avviare immediatamente, o dopo un periodo di un'ora o più, a seconda del pesce. In genere, dopo circa 20 minuti ininterrotti di accoppiamento, le uova vengono raccolte con una pipetta o colino e versato in 100 piatti millimetri Petri contenente acqua di sistema. E 'importante monitorare la produzione di uova in modo da garantire che gli embrioni vengono iniettate tra la fase di 1-4 cellule. Attraverso il rilascio di diverse paia alla volta, è possibile scaglionare la produzione di uova e quindi massimizzare la quantità di uova che può essere iniettato in una fase iniziale di sviluppo. Un buon paio di pesce può generare più di 200 gli embrioni, e non ha alcun senso pratico per raccogliere migliaia di uova al tempo stesso, dal momento che un investigator unico non sarebbe in grado di iniettare loro abbastanza in fretta prima che si sviluppano oltre il 4 celle stadio . I pesci sono stimolate ad allevare il ciclo di luce, quindi questo è un esperimento che richiede un rapido avvio, e le uova non sono di solito ottenuti dopo mezzogiorno.
B) Preparazione aghi
C) Esecuzione di piastre di iniezione
D) Stazione Microiniezione e calibrazione ago
Fase 2. Validazione dei Morpholinos targeting due geni distinti
Morpholinos sono progettate per colpire il sito di inizio traduzione o siti di splicing di mRNA bersaglio bloccando così la sintesi proteica o la trasformazione mRNA corretta. Quando si analizza un gene per la prima volta, utilizziamo entrambi i tipi di Morpholinos per verificare se generano lo stesso fenotipo, indicando un atterramento specifico. Un vantaggio della giunzione-bloccante è che si può verificare l'atterramento della trascrizione normale mediante RT-PCR, che è particolarmente utile se gli anticorpi per il gene bersaglio non sono disponibili. Ci illustrerà come un fenotipo consistente cardiaca si ottiene per la gata5 e gata6 geni utilizzando Morpholinos (gata5 5'UTR sequenza MO: 5'-AAGATAAAGCCAGGCTCGAATACAT-3 '; gata5 sito sequenza Splice MO: 5'-TCTTAAGATTTTTACCTATACTGGA-3'; gata6 5 'UTR MO sequenza: 5'-AGCTGTTATCACCCAGGTCCATCCA-3').
Fase 3. Co-iniezione di Morpholinos a dosi soglia individuale
L'obiettivo della titolazione effettuato sopra è stato quello di definire una dose soglia per ogni morfolino. Nel migliore dei casi, praticamente del 100% del morphants mostrerà un fenotipo definito, se il gene bersaglio ha una funzione essenziale. Tuttavia, ci si può aspettare una certa variabilità a causa di errori di iniezione artefatti. Con la pratica, questo non dovrebbe superare il 10%. Alcune partite di embrioni (inclusi i controlli uninjected) non possono sopravvivere bene, nel qual caso l'esperimento potrebbe essere necessario essere scontato. Nel frattempo, c'è anche la variabilità biologica, in quanto gli embrioni individuo può essere più o meno tolleranti al knockdown. Infine, alcuni Morpholinos possono non solo essere abbastanza efficiente per ottenere un robusto (con liquidi penetranti) knockdown. Se il fenotipo è generato in una bassa percentuale di embrioni, ma è riproducibile, può valere la pena testare un distinto morfolino. L'obiettivo di questo esperimento successivo è quello di determinare se un fenotipo del tutto nuovo si vede quando entrambi i geni sono mirati simultaneamente. Noi non siamo semplicemente alla ricerca di un aumento della percentuale di embrioni che hanno un fenotipo morphant, ma piuttosto per la generazione di un fenotipo distinto che non si vede pari o superiore al livello di soglia quando si verifica uno dei singoli geni.
Fase 4. Evalutazione dei fenotipi
Rappresentante Risultati
Nel nostro esperimento, sia il gata5 e gata6 morphants singolo spettacolo riproducibile fenotipi cardiaci quando iniettato con livelli di soglia, anche se vi è una notevole variabilità biologica 3,4. Per esempio, la maggior parte dei gata5 morphants generare un cuore bifido, con l'espressione GFP situati in due regioni. Ciò si verifica perché i progenitori cardiaci non riescono a migrare correttamente a fondere la linea mediana durante la formazione del cuore tubo. Tuttavia, alcune delle gata5 morphants fare generare un tubo difettoso cuore, e in un piccolo numero (5%) vi è una significativa diminuzione nella quantità di cellule GFP +. Crediamo che questo rifletta variabilità biologica, ma può anche essere dovuto al fatto che Morpholinos non sono equivalenti a una mutazione "null".
Allo stesso modo, il gata6 morphants mostrano un fenotipo cardiaco, ma vi è una gamma di fenotipi tra cui un piccolo numero di bifido riscalda, e cuori che sono disturbati morfologiche rispetto al controllo uninjected embrioni. Questa variabilità non è insolito per un fenotipo morfogenetica cardiaco, dal momento che la formazione di cuore è un processo dinamico e almeno una parte del fenotipo cardiaco può essere dovuto indirettamente embrionale difetti morfogenetici. Tuttavia, soprattutto, la gamma di difetti cardiaci morfogenetica per morphants sia gata5 e gata6 è coerente e riproducibile, e per la maggior parte degli embrioni generare sostanziali cardiomiociti GFP +.
In netto contrasto con la gata5 e gata6 morphants singolo, gli embrioni impoverito di entrambi i fattori mostrano una completa perdita di espressione GFP, coerente con una perdita di cardiomiociti. Così, gata5 e gata6 hanno ciascuno non ridondante funzioni per la morfogenesi cardiaca, ma i due geni sono funzionalmente ridondanti in un requisito per la generazione di cardiomiociti differenziati. I nostri studi precedenti hanno mostrato anche una perdita dei primi marcatori di cardiomiociti, tra cui nkx2.5, suggerendo un requisito per la specifica dei cardiomiociti 3.
Nell'esperimento descritto qui, abbiamo unito due Morpholinos, ognuna delle quali da sola di generare una gamma di fenotipi distinti, e ha trovato un fenotipo completamente diverso quando sono stati co-iniettata insieme. Naturalmente, avevamo bisogno di una giustificazione per fare questo esperimento, in primo luogo. Avevamo il sospetto che i due geni potrebbe compensare l'un l'altro per una funzione in precedenza, in questa specifica caso cardiaco. Questo perché i geni sono altamente correlate (e in grado ...
Ringraziamo i membri del laboratorio Evans per il loro aiuto nella preparazione di questa presentazione. Il Morpholinos usato qui sono stati inizialmente convalidato dal Dr. Audrey Holtzinger. TE è supportato anche da finanziamenti del National Institutes of Health (HL064282 e HL056182). Gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti secondo le linee guida e regolamenti stabiliti dall'Istituto per la cura degli animali e del Comitato uso, del Weill Cornell Medical College.
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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon