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Este protocolo descreve uma maneira simples e barata para quantificar a atividade de cis-regulatórias elementos (ie, enhancer / promotores) na vida retinas do mouse via eletroporação explante. Preparação de DNA, a dissecção da retina, eletroporação, a cultura de explantes de retina, e pós-fixação análise e quantificação são descritos.
Fatores de transcrição de genes dentro das redes celulares controlar o padrão espaço-temporal e os níveis de expressão de seus genes-alvo pela ligação a elementos cis-reguladores (CREs), de curta duração (~ 300-600 pb) trechos de DNA genômico, que pode mentir montante, a jusante, ou dentro os íntrons dos genes que controlam. CREs (ie, enhancers / promotores) tipicamente consistem de múltiplos agrupados sítios de ligação para ambos os ativadores e repressores transcripcional 1-3. Eles servem como integradores de lógica de entrada de transcrição dando uma saída unitária na forma de atividade do promotor espaço-temporalmente preciso e quantitativamente exata. A maioria dos estudos de mamíferos cis-regulação, até à data têm contado com transgênese mouse como um meio de doseamento a função realçador de CREs 4-5. Esta técnica é demorado, caro e, por conta dos efeitos local de inserção, em grande parte não-quantitativo. Por outro lado, ensaios quantitativos para a função CRE mamíferos têm sido desenvolvidos em sistemas de cultura de tecidos (por exemplo, dual ensaios luciferase), mas o in vivo relevância destes resultados é muitas vezes incerto.
Eletroporação oferece uma excelente alternativa para transgenia mouse tradicional na medida em que permite tanto a avaliação espaço-temporal e quantitativa da cis-regulatórias atividade no tecido vivo em mamíferos. Esta técnica tem sido particularmente útil na análise de cis-regulação no sistema nervoso central, especialmente no córtex cerebral e da retina 6-8. Enquanto eletroporação do mouse na retina, tanto in vivo e ex vivo, foi desenvolvida e amplamente descrito por Matsuda e Cepko 6-7,9, desenvolvemos recentemente uma abordagem simples para quantificar a atividade dos fotorreceptores específicos CREs em electroporated rato retinas 10. Dado que a quantidade de DNA que é introduzido na retina por eletroporação pode variar de experimento para experimento, é necessário incluir um co-electroporated "controle de carga" em todos os experimentos. A este respeito, a técnica é muito semelhante ao ensaio de luciferase dupla utilizada para quantificar atividade do promotor em células em cultura.
Quando se examina as fotorreceptoras atividade cis-regulatórias, eletroporação é geralmente realizado em ratos recém-nascidos (dia pós-natal 0, P0) que é o tempo de produção da haste de pico 11-12. Uma vez que os tipos de células da retina tornam-se pós-mitótico, eletroporação é muito menos eficiente. Dada a elevada taxa de nascimento haste em ratos recém-nascidos eo fato de que hastes constituem mais de 70% das células da retina de camundongos adultos, a maioria das células que estão em electroporated P0 são hastes. Por esta razão, os bastonetes são o tipo mais fácil de células da retina para estudar via eletroporação. A técnica aqui descrita é útil principalmente para quantificar a atividade de CREs fotorreceptoras.
1. Construção da câmara de eletroporação
2. Preparação de DNA
3. Coleta de olho
4. Dissecção da retina
5. Preparação para eletroporação
6. Eletroporação
7. Colocando retinas em filtros para a cultura
8. Colheita e flatmounting fluorescentes explantes da retina
9. Imagem e quantificação da fluorescência em flatmount
10. Resultados representativos:
A eletroporação bons resultados na expressão da construção de DNA (s) em 1 / 4 a 1 / 3 da superfície da retina (Fig. 4A). Uma vez que os bastonetes em particular, são eficientemente transduzidas, esta técnica é ideal para quantificar fotorreceptor-específica atividade do promotor (Fig. 4B). Nós já usou esta abordagem para quantificar uma gama de variantes promotor da vara de Rho-específicos e Gnat1 loci 10. Descobrimos que é possível quantificar atividade do promotor em uma faixa de cerca de 300 vezes.
Figura 5 é um conjunto de dados a partir de uma amostra única electroporated retina. Neste exemplo em particular, a construção experimental pNrl (1.1kb)-DsRed foi medida no canal vermelho eo controle construir pNrl (3.2kb)-GFP foi medido no canal verde. Um conjunto de dados completo para o pNrl (1.1kb)-DsRed construir consistiria de 6-9 retinas medido desta maneira, e desvio padrão será calculado com base em todos "DsRed normalizado para GFP" valores. Se fôssemos comparar o nível de expressão de pNrl (1.1kb) DsRed-a, por exemplo, pNrl (0.8kb)-DsRed, então ambos os construtos precisaria ser electroporated com o controle GFP mesmo (por exemplo, pNrl (3.2kb) - GFP) e representado nos momentos mesma exposição. É possível reunir dados coletados em dias diferentes se um padrão DsRed / eletroporação GFP é executada em cada dia (por exemplo, pNrl (3.2kb)-dsRed + pNrl (3.2kb)-GFP). Para cada construção experimental, o nível normalizado DsRed seria posteriormente normalizada ao nível normalizado DsRed do "padrão" (pNrl (3.2kb)-dsRed).
A técnica aqui descrita é útil principalmente para quantificar a atividade de CREs fotorreceptoras 10,13.Células do tipo de atividade cis-regulatórias específicas também podem ser quantificados em mais raros tipos de células da retina, tais como células bipolares 14, mas isso geralmente requer que as áreas de interesse a ser quantificada ser selecionado em seções transversais verticais ao invés de preparações flatmount. O mesmo vale para qual unidade CREs expressão em vários tipos de células, tais como fotorreceptores e células bipolares. Os procedimentos experimentais são de outra maneira similar.
Figura 1. Visão geral do processo de retina explante eletroporação. Primeiro, os olhos todo são isolados do dia 0 pós-natal filhotes de rato e as retinas são dissecadas (P1). Segundo, as retinas são colocados em câmaras cheias de DNA e electroporated (P2). Terceiro, as retinas são colocados em filtros e cultivadas durante oito dias (P3). Quarta, os explantes da retina são fixos, montados em lâminas e imagens. Intensidade de fluorescência é medida com ImageJ software (P4). Em quinto lugar, os dados são processados em ImageJ um programa de planilha para quantificar a diferença na atividade de vários promotores (P5).
Figura 2. Construção do prato eletroporação. A) da câmara MICROSLIDE Unmodified de Harvard Apparatus, BTX modelo 453 (catalogo 45-0105). B) A ferramenta Dremel é usada para cortar a alça fora de um suporte de tubos de plástico. A alça é cortado em espaçadores retangular com as seguintes dimensões: 0,8 centímetros de comprimento, 0,6 centímetros de altura, 0,3 centímetros de largura. C) Os espaçadores de plástico são montados na câmara MICROSLIDE em intervalos iguais. Selante aquário é injetado no lacunas entre os espaçadores (não mostrado). D) A barra de metal é colocada sobre os espaçadores. E) O bar e espaçadores são fixados para o slide com grampos da pasta para manter tudo no lugar após a secagem do selante durante a noite. F) Os espaçadores são removidos e os poços são testadas para garantir que eles são à prova d'água. G) O slide terminou se encaixa no prato de plástico com as barras de metal ao lado da janela do lado do prato.
Figura 3. Diagrama do prato eletroporação com retinas. As câmaras são preenchidas com soluções de DNA (até cinco soluções diferentes ao mesmo tempo). Retinas são colocados nas câmaras e orientada de modo que a lente está encostado na barra de metal ligado ao eletrodo positivo, três ou quatro retinas vai caber em cada uma das cinco câmaras. A corrente elétrica irá causar as moléculas de DNA carregada negativamente para mover dentro das células da retina.
Figura 4. A) medição da retina ImageJ níveis de fluorescência em flatmount. Em tons de cinza flatmount na DsRed (experimental) e GFP (controle) os canais são abertos no software ImageJ, note que essas imagens foram coloridas apenas para fins ilustrativos. Cinco círculos de medição (1 a 5) são colocados sobre as regiões de maneira uniforme electroporated, evitando as bordas e lente (linhas pontilhadas). Três círculos de medição (6 a 8) são colocados fora da retina para determinar os níveis de fluorescência de fundo. B) transversal imagens de um explante electroporated retina na potência alta. O explante foi fixada em dias pós-parto 8, cryoprotected em 30% sucrose/1X PBS overnight a 4 ° C, embutido em outubro, e crio-seccionada em 12μm. O fluorescentes constrói pNrl (1.1kb)-DsRed e pNrl (3.2kb)-GFP são expressos em células fotorreceptoras na camada externa nuclear (ONL). INL, camada nuclear interna; GCL, camada de células ganglionares.
Figura 5. Processamento de dados de fluorescência usando Excel. Na etapa 1, o valor de pixel significa para cada círculo de medição é copiado para a planilha (células de B3-B12, F3-F5, H3-H5). # 1-5 medições são os valores DsRed retina e # 6-8 são os valores de fundo DsRed; medições # 13/09 são os valores GFP da retina e # 14-16 são os valores de fundo GFP. Note-se que a medição # 1 e # 9 correspondem ao círculo de medição mesmo, como fazem as medições # 2 e # 10, e assim por diante. Na etapa 2, o valor médio de fundo para os canais DsRed e GFP é calculado (células F6, H6). No passo 3, o fundo médio é subtraído cada medição da retina (células C3-C12). No passo 4, cada um fundo-de medição subtraído DsRed é normalizado para a sua medição correspondente GFP (células D3-D7).
Eletroporação explante é um meio simples de quantificar cis-regulatórias atividade na retina do rato em desenvolvimento. Comparado com cis-regulatórias análise via transgenia mouse, eletroporação é muito mais barato, exigindo filhotes de rato recém-nascidos só, DNA, instrumentos de dissecação, e eletroporação / equipamentos de cultura de tecidos. É também muito menos tempo consumindo: um experimento requer apenas algumas horas de tempo de preparação, um período de cultura de cerca de oito dias e algumas horas no final do experimento para geração de imagens e análise de dados. Eletroporação explante também é superior à análise de cultura de células baseado em cis-regulatórias desde tecido da retina real é utilizado. A retina desenvolve bastante normalmente em explante cultura faz três distintas camadas celulares (camada nuclear externa, camada nuclear interna e camada de células ganglionares), apesar de fotorreceptores não formulam segmentos externos.
Uma outra vantagem é que eletroporação explante é altamente reprodutível. As construções mesmo em retinas electroporated diferentes, mesmo em dias diferentes, geralmente resulta no mesmo nível de expressão relativa. Além disso, como os plasmídeos electroporated são pensados para ser mantida episomally no núcleo e não são incorporados nos cromossomos, que parecem não estar sujeitos aos efeitos da integração mesmo site que atormentam cis-regulatórias análise realizada em camundongos transgênicos.
Eletroporação explante tem várias limitações. Primeiro, apenas as células que ainda estão no ciclo celular pode ser eficientemente transduzidas por eletroporação 15. Em P0, varetas e outros mais tarde, nascido tipos de células da retina (células bipolares, células amácrinas, M ller glia) são as populações de células principais visados por este método. Eletroporação de cones fotorreceptores por P0 eletroporação tem sido relatada 16, mas a eficiência parece ser baixa. Uma segunda limitação é que a cultura de explantes além de dois resultados semanas em malformação progressiva da retina e não é recomendada. Se quantificação promotor é necessário em intervalo de tempo final, no entanto, uma eletroporação in vivo 09 de maio será realizada, seguida de dissecção da retina no ponto no tempo desejado, flat-fixação da retina dissecados e quantificação conforme descrito na seção 9. Uma terceira limitação é que este ensaio é apenas moderadamente alto rendimento. Ao contrário dos ensaios de cultura de células-based que pode testar centenas de construções em um único experimento, a técnica descrita neste protocolo requer um mínimo de uma retina do rato por toda construir. Assim, apenas uma dúzia de construções podem ser razoavelmente electroporated em um dia.
Uma ressalva adicionais com respeito à quantificação da atividade do promotor com a presente abordagem é que há um potencial para "sangrar-through 'de fluorescência DsRed no canal GFP, particularmente quando se examina promotores muito forte. A razão para isto é que o espectro de emissão de DsRed parcialmente idêntica à do GFP. Para contornar esse problema, filtros de emissão otimizada deve ser usado que minimizam a sobreposição espectral entre DsRed e GFP. Quando tal otimizado conjuntos de filtros não estão disponíveis, outra possível solução seria a utilização de uma proteína fluorescente azul-deslocada (por exemplo, BFP ou PCP) em vez de GFP.
Os autores gostariam de agradecer a Karen Lawrence por sua ajuda com a construção seção que descreve da câmara de eletroporação.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comentários (opcional) |
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Prato eletroporação, MICROSLIDE 453 | BTX Harvard Apparatus | 45-0105 | Ver protocolo seção 1 para modificações |
100% de borracha de silicone de cimento aquário | Perfecto Manufacturing | ||
Rack de microtubo de plástico | Fisher Scientific | 05-541 | Apenas a alça de rack será usado |
Ferramenta Dremel | Para cortar a alça fora do rack tubo de plástico | ||
DMEM | Gibco / Invitrogen | 11965 | |
F12 | Gibco / Invitrogen | 11765 | |
L-Glu/pen/strep | Gibco / Invitrogen | 10378-016 | Concentração 100X |
Insulina | Sigma-Aldrich | I-6634 | Para o estoque 1000X, ressuspender a 5mg/ml em HCl 5mM e filtro-esterilize |
FBS | Gibco / Invitrogen | 26140-079 | |
ECM 830 electroporator de onda quadrada | BTX Harvard Apparatus | ||
Filtros Nuclepore | Whatman | 110606 | 25mm, 0,2 Hm |
Cultura de tecidos incubadora | 37 ° C, 5% CO 2 | ||
Lamínulas de vidro # 1.5 | Fisher Scientific | 12-544E | 0,16 milímetros de espessura |
Microscópio composto fluorescente equipado com câmera | Câmera deve ser monocromática (por exemplo, ORCA-ER câmera Hamamatsu) | ||
EGFP / conjunto de filtros para DsRed microscópio composto | Chroma Technology Corp | 86007 | Este conjunto de filtros bleedthrough minimiza entre o chanenels vermelho e verde |
Software ImageJ | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/ |
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