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このプロトコルは、外植片のエレクトロポレーションを使用してマウスの網膜を生体内でのシス調節エレメント(例えば、エンハンサー/プロモーター)の活性を定量化するための簡単で安価な方法を説明します。 DNA調製、網膜切開、エレクトロポレーション、網膜移植片培養、およびポスト固定分析と定量化が説明されています。
短い細胞遺伝子ネットワーク内の転写因子のシス調節エレメント(CRES)に結合することにより、その標的遺伝子の発現の時空間パターンとレベルを制御する、(〜300〜600 bp)は下流、または内で、上流に位置することができるゲノムDNAの伸び彼らが制御する遺伝子のイントロン。クレス( すなわち 、エンハンサー/プロモーターは)一般的に1から3の転写活性化因子およびリプレッサーの両方のクラスタ化された複数の結合部位で構成されています。彼らは、時空間に、正確で定量的に正確なプロモーター活性の形で単一出力を与える転写入力の論理的な積分器として機能する。これまでのシス調節哺乳類のほとんどの研究は4-5 CRESのエンハンサー機能をアッセイするための手段として、マウスの遺伝子導入に頼ってきた。この手法は、時間のかかるコストと、挿入部位の効果のアカウントで、大半は非定量的である。一方、哺乳類のCREの機能の定量的アッセイは、組織培養系( 例えば 、デュアルルシフェラーゼアッセイ)で開発されているが、これらの結果の生体適合性でしばしば不明である。
エレクトロポレーションは、哺乳類の生体組織におけるシス調節活性の時空間と定量的に評価の両方を可能にするという点で従来のマウスの遺伝子導入に優れた代替手段を提供しています。この手法は、特に大脳皮質や網膜6-8に、中枢神経系におけるシス調節の解析に特に役立っています。 in vivoおよびex vivoの両方でマウス網膜エレクトロは、開発し、広範囲に松田とCepko 6-7,9で説明してきたが、我々は最近、エレクトロポレーション、マウスの網膜10に光受容体特異的なCRESの活性を定量化するシンプルなアプローチを開発しました。エレクトロポレーションによって網膜に導入されるDNA量は実験から実験に変えることができることを考えると、それは全ての実験において共同エレクトロポレーション"ローディングコントロール"を含める必要があります。この点で、手法は、培養細胞でのプロモーター活性を定量化するために使用するデュアルルシフェラーゼアッセイに非常によく似ています。
光受容体のシス調節活性を測定するときに、エレクトロポレーションは、通常、ピークロッドの製作11月12日の時間である新生マウス(生後0日、P0)で実行されます。一度網膜細胞の種類は、有糸分裂後になって、エレクトロポレーションは、あまり効率的です。新生児マウスのロッドの出生率の高さとロッドは成体マウスの網膜では細胞の70%以上を占めているという事実を考えると、P0でエレクトロポレーションされている細胞の大部分はロッドです。このような理由から、桿体は、エレクトロポレーションを経由して勉強する最も簡単な網膜細胞のタイプです。我々はここで説明するテクニックは、感光体のCRESの活性を定量化するために主に有用です。
1。エレクトロポレーションチャンバーの建設
2。 DNA調製
3。アイコレクション
4。網膜切開
5。エレクトロポレーションのための準備
6。エレクトロポレーション
7。文化のためのフィルタの網膜の配置
8。蛍光網膜外植片を採取し、flatmounting
9。 flatmountにおける蛍光のイメージングと定量化
10。代表的な結果:
網膜表面の1 / 4に1 / 3( 図4A)全体のDNA構築物(s)の式の中で良好なエレクトロポレーションの結果。特に桿体が効率的に形質導入されているので、この手法は、光受容体特異的なプロモーター活性( 図4B)を定量化するための理想的です。我々は以前ロッド特有のRhoおよびGnat1座10からプロモーター変異体の範囲を定量化するこのアプローチを使用していました。私たちは、ほぼ300倍の範囲でプロモーター活性を定量化することが可能であることがわかった。
図5は、単一のエレクトロポレーション網膜からのサンプルデータセットです。この特定の例では、実験的な構造pNrl(1.1キロバイト)- DsRedを赤チャンネルで測定し、制御構造pNrl(3.2キロバイト)- GFPは緑色のチャネルで測定した。 pNrlのための完全なデータセット(1.1キロバイト)- DsRedの構造は、この方法で測定された6月9日の網膜から構成され、標準偏差はすべての値"GFPに正規化されたDsRedの"に基づいて計算される。我々はpNrlの発現レベル(1.1キロバイト)- DsRedのために比較された場合、例えば、pNrlは(0.8キロバイト)- DsRedのは、両方の構文は、同じGFPの制御( 例えば 、pNrl(3.2キロバイト)とエレクトロされる必要がある- GFP)と同じ露光時間で撮像。標準DsRedタンパク質/ GFPエレクトロポレーション( 例えば 、pNrl(3.2キロバイト)- DsRedの+ pNrl(3.2キロバイト)- GFP)それぞれの日に実行された場合。それは別の日に収集されたプールのデータに可能です。それぞれの実験的構造のため、正規化されたDsRedタンパク質レベルは、その後、"標準"(pNrl(3.2キロバイト)- DsRedの)の正規化されたDsRedタンパク質レベルに正規化される。
我々はここで説明するテクニックは、感光体CRES 10,13の活性を定量化するために主に有用です。細胞型特異的シス調節活性はまた、双極細胞14と稀網膜細胞型で定量化されるが、これは、通常は定量化することに関心のある分野はむしろflatmount調剤ではなく、垂直断面で選択されている必要がありますできます。同じような光受容体と双極細胞のような複数の細胞型で発現を駆動するCRESの真です。実験手順はそうでない場合は類似しています。
図1網膜の外植片のエレクトロポレーション手順の概要。最初に、全体の目は、生後0日目仔マウスから単離され、網膜を(P1)解剖されています。第二に、網膜は、DNAとエレクトロポレーション(P2)を充填したチャンバー内に配置されています。第三に、網膜をフィルター上に置き、8日(P3)培養する。第四に、網膜の外植片は、固定スライドにマウントし、画像化される。蛍光強度をImageJのソフトウェア(P4)で測定されます。第五に、ImageJのデータは、種々のプロモーター(P5)の活性の違いを定量化するためのスプレッドシートプログラムで処理されます。
図2エレクトロ皿の建設。ハーバード装置、BTXモデル453(カタログ#45〜0105)からA)無改造microslide室。 B)ドレメルツールは、プラスチックチューブのラックからハンドルを切断するために使用されます。長さの0.8センチメートル、高さ0.6センチメートル、幅0.3センチメートル:ハンドルは、以下の寸法で長方形のスペーサーに切断される。 C)プラスチック製スペーサは、等しい間隔でmicroslideチャンバーに取り付けられています。水族館シール剤は、スペーサ(図示せず)との間の隙間に注入される。 D)金属製のバーは、スペーサを介して配置されます。 E)バーとスペーサーは一晩シーラントが乾燥するような場所にすべてを保持するためにバインダークリップをスライド上にクランプされています。 F)スペーサーが削除され、井戸は、それらが防水であることを保証するためにテストされています。 G)終了のスライドは、皿の側面の窓に隣接する金属棒をプラスチックシャーレに収まります。
図3網膜とエレクトロ皿の図。チャンバは、DNA溶液(一度に最大5つの別の解決策)が充填されます。 3つまたは4つの網膜は、5室のそれぞれに収まるように、網膜は、レンズが正極に接続された金属の棒にもたれされるように、チャンバーと指向に配置されます。電流は、負に帯電したDNA分子は網膜細胞に移行する原因となります。
図4。flatmountの網膜蛍光レベルの)ImageJの測定。グレースケールflatmount DsRedタンパク質の画像(実験的)とGFP(制御)チャネルは、ImageJのソフトで開かれます。これらのイメージは、説明のみを目的として色付けされていることに注意してください。五測定界は(1〜5)の端とレンズ(点線)を避けて、一様にエレクトロ地域の上に配置されています。 3つの測定円(6〜8)は、バックグラウンド蛍光レベルを決定するために網膜の外側に配置されています。 B)ハイパワーでのエレクトロポレーション網膜片の断面の画像が。外植片は4℃で一晩30パーセントsucrose/1X PBS中で凍結保護生後8日目、° C、OCTに埋め込まれて固定し、12μmで凍結切片した。蛍光灯の構造pNrl(1.1キロバイト)- DsRedをしpNrl(3.2キロバイト)- GFPは、外顆粒層(ONL)における光受容細胞で発現されています。 INL、内顆粒層、GCL、神経節細胞層。
図5 Excelを使用して蛍光データの処理。ステップ1では、各測定のサークルの平均ピクセル値は、スプレッドシート(セルB3 - B12、F3 - F5、H3 - H5)にコピーされます。測定は#1-5は、DsRedの網膜の値で、#6-8は、DsRedのバックグラウンド値であり、測定は#9-13 GFP網膜値で、#14-16に、GFPのバックグラウンドの値です。測定#2、#10、などがそうであるように、測定#1と#9は、同一の測定円に対応することに注意してください。ステップ2では、DsRedをとGFPのチャネルの平均バックグラウンドの値は、(セルF6、H6)計算されます。ステップ3では、平均的な背景は、すべての網膜の測定(セルC3 - C12)から減算されます。ステップ4では、各バックグラウンドサブトラクションDsRedの測定は、対応するGFPの測定(セルD3 - D7)に正規化されています。
外植片のエレクトロポレーションは、開発途上のマウス網膜でのシス調節活性を定量化する簡単な手段です。マウスの遺伝子導入を介してシス調節の解析と比較して、エレクトロポレーションは、新生仔マウス、DNA、解剖器具、およびエレクトロポレーション/組織培養装置を必要とする、はるかに安いです。また、消費するはるかに短い時間です:一つの実験では、唯一の準備時間の数時間、約8日間の培養期間、およびイメージングとデータ解析のための実験の終わりに数時間を必要とします。外植片のエレクトロポレーションは、また細胞培養ベースの実際の網膜組織が 利用されているので、 シス調節の解析に優れています。網膜は、外植片ではかなり正常に発達文化 - それは、光受容体は、外側のセグメントを詳しく説明するために失敗するものの、3つの異なる細胞の層を(外顆粒層、内顆粒層、および神経節細胞層)を形成する。
さらなる利点は、外植片のエレクトロポレーションは非常に再現性があります。一般的にであっても別の日に、別の網膜中にエレクトロ同じ構造、同じ相対的な発現レベルの結果。さらに、エレクトロポレーションプラスミドを核内でエピソームに保持されると考えられていると染色体に組み込まれていないので、彼らは、トランスジェニックマウスで行われたシス調節の解析をイライラさせる、同じ組込み部位の影響を受けるように表示されません。
外植片のエレクトロポレーションは、いくつかの制限があります。最初に、細胞周期に残っている細胞のみが効率的にエレクトロ15で形質導入することができます。 P0で、ロッドと他の後の生まれの網膜細胞の種類は(双極細胞、アマクリン細胞、M llerのグリア細胞)この方法の対象となる主要な細胞集団です。 P0エレクトロポレーションにより、錐体光受容体のエレクトロポレーションは、16を報告したが、効率は低いように見えるされています。 2つ目の制限は、網膜の進行性の奇形で2週間の結果を超えてその移植片培養であるため、推奨されません。プロモーターの定量化が遅いタイムポイントで必要な場合はセクション9で説明したように、しかし、in vivoでのエレクトロポレーション9、目的のタイムポイントで網膜切開続いて、実行解剖網膜のフラットマウント、および定量化されることがあります。 3番目の制限は、このアッセイが適度にハイスループットであることです。細胞培養ベースの単一の実験での構造の何百ものテストができるアッセイとは異なり、このプロトコールに記載された技術は、構造ごとに全体のマウス網膜の最小値を必要とします。従って、唯一の数十個の構造は合理的に一日に電気穿孔することができます。
現在のアプローチを使用して、プロモーター活性の定量化に関するつの追加の注意点は非常に強力なプロモーターを測定する際、特に、GFPのチャンネルにDsRedの蛍光の"ブリードスルー"の可能性があるということです。その理由は、GFPのDsRedの一部が重なるのその発光スペクトルである。この問題を回避するために、最適化された発光フィルターは、DsRedのとGFPとの間のスペクトルの重なりを最小限にすることを使用する必要があります。このような最適化されたフィルタセットが利用できないときは、別の潜在的な解決策は、GFPの代わりにブルーシフトした蛍光タンパク質( 例えば 、BFPやCFP)を使用することです。
著者らは、エレクトロポレーションチャンバーのセクションを記述建設で彼女の助けのためにカレンローレンスに感謝します。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント(省略可能) |
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エレクトロポレーション料理、Microslide 453 | BTXハーバード装置 | 45から0105 | 修正のためにプロトコルのセクション1を参照してください |
100%のシリコーンゴム水族館のセメント | パーフェクトマニュファクチャリング | ||
プラスチック製のマイクロチューブのラック | フィッシャーサイエンティフィック | 05から541 | のみラックハンドルが使用されます。 |
ドレメルツール | プラスチックチューブのラックからハンドルを切断するための | ||
DMEM | GIBCO / Invitrogen社 | 11965 | |
F12 | GIBCO / Invitrogen社 | 11765 | |
L-Glu/pen/strep | GIBCO / Invitrogen社 | 10378-016 | 100X濃度 |
インスリン | シグマアルドリッチ | I - 6634 | 1000X株式の場合は、5mMの塩酸で5mg/mlに再懸濁し、ろ過滅菌 |
FBS | GIBCO / Invitrogen社 | 26140-079 | |
ECM 830方形波エレクトロ | BTXハーバード装置 | ||
Nucleporeフィルター | ワットマン紙 | 110606 | 25ミリメートル、0.2μmの |
組織培養インキュベーター | 37℃、5%CO 2 | ||
ガラス製カバースリップ#1.5 | フィッシャーサイエンティフィック | 12 - 544E | 厚さ0.16ミリメートル |
カメラを装備した蛍光化合物の顕微鏡 | カメラは単色(浜松などし、ORCA - ERカメラ)でなければなりません | ||
EGFP /複合顕微鏡のためのDsRedのフィルタセット | クロマテクノロジー株式会社 | 86007 | 赤と緑のchanenelsの間でこのフィルタセットを最小限に抑えるbleedthrough |
ImageJのソフトウェア | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/ |
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