Method Article
Этот протокол описывает простой и недорогой способ для количественной оценки активности цис-регуляторных элементов (например, усилитель / промоутеров) в живой мыши сетчатки через эксплантов электропорации. Препарата ДНК, сетчатке глаза рассечение, электропорация, сетчатки культуры эксплантов, и после фиксации анализ и количественное описаны.
Transcription factors within cellular gene networks control the spatiotemporal pattern and levels of expression of their target genes by binding to cis-regulatory elements (CREs), short (˜300-600 bp) stretches of genomic DNA which can lie upstream, downstream, or within the introns of the genes they control. CREs (i.e., enhancers/promoters) typically consist of multiple clustered binding sites for both transcriptional activators and repressors1-3. They serve as logical integrators of transcriptional input giving a unitary output in the form of spatiotemporally precise and quantitatively exact promoter activity. Most studies of mammalian cis-regulation to date have relied on mouse transgenesis as a means of assaying the enhancer function of CREs4-5. This technique is time-consuming, costly and, on account of insertion site effects, largely non-quantitative. On the other hand, quantitative assays for mammalian CRE function have been developed in tissue culture systems (e.g., dual luciferase assays), but the in vivo relevance of these results is often uncertain.
Electroporation offers an excellent alternative to traditional mouse transgenesis in that it permits both spatiotemporal and quantitative assessment of cis-regulatory activity in living mammalian tissue. This technique has been particularly useful in the analysis of cis-regulation in the central nervous system, especially in the cerebral cortex and the retina6-8. While mouse retinal electroporation, both in vivo and ex vivo, has been developed and extensively described by Matsuda and Cepko6-7,9, we have recently developed a simple approach to quantify the activity of photoreceptor-specific CREs in electroporated mouse retinas10. Given that the amount of DNA that is introduced into the retina by electroporation can vary from experiment to experiment, it is necessary to include a co-electroporated 'loading control' in all experiments. In this respect, the technique is very similar to the dual luciferase assay used to quantify promoter activity in cultured cells.
When assaying photoreceptor cis-regulatory activity, electroporation is usually performed in newborn mice (postnatal day 0, P0) which is the time of peak rod production11-12. Once retinal cell types become post-mitotic, electroporation is much less efficient. Given the high rate of rod birth in newborn mice and the fact that rods constitute more than 70% of the cells in the adult mouse retina, the majority of cells that are electroporated at P0 are rods. For this reason, rod photoreceptors are the easiest retinal cell type to study via electroporation. The technique we describe here is primarily useful for quantifying the activity of photoreceptor CREs.
1. Строительство электропорации камеры
2. Препарата ДНК
3. Глаз коллекции
4. Сетчатки рассечение
5. Подготовка к электропорации
6. Электропорация
7. Размещение сетчатки на фильтры для культуры
8. Заготовка и flatmounting флуоресцентные сетчатки эксплантов
9. Работа с изображениями и количественная оценка флюоресценции в flatmount
10. Представитель Результаты:
Хорошие результаты электропорации в экспрессии ДНК-конструкции (ы) по 1 / 4 до 1 / 3 от поверхности сетчатки (рис. 4). Так как стержень фоторецепторов, в частности, эффективно трансдуцированных, этот метод идеально подходит для количественного фоторецепторов конкретных активности промотора (рис. 4б). Ранее мы использовали этот подход для количественного диапазона промоутер варианты из стержня конкретных Ро и Gnat1 локусов 10. Мы обнаружили, что можно количественно промоутер активности на протяжении почти 300 раз диапазоне.
На рисунке 5 приведен пример набора данных из одного электропорации сетчатки. В данном конкретном примере, экспериментальные построить pNrl (1.1kb)-DsRed измерялось в красный канал и контроль построить pNrl (3.2kb)-GFP был измерен в зеленом канале. Полный набор данных для pNrl (1.1kb)-DsRed построить будет состоять из 6-9 сетчатки измеряли в этой манере, и стандартное отклонение будет рассчитываться на основе всех "DsRed нормированная на GFP" ценностей. Если бы мы сравнивали уровень экспрессии pNrl (1.1kb)-DsRed, например, pNrl (0.8kb)-DsRed, то обе конструкции должны быть электропорации с тем же контролем GFP (например, pNrl (3.2kb) - GFP) и отображаемого в то же время экспозиции. Можно объединить данные, собранные в разные дни, если стандартные DsRed / GFP электропорации осуществляется на каждый день (например, pNrl (3.2kb)-DsRed + pNrl (3.2kb)-GFP). Для каждой экспериментальной конструкции, нормированный уровень DsRed впоследствии будет нормирована на нормированные DsRed уровня "стандарт" (pNrl (3.2kb)-DsRed).
Техника мы описываем здесь в основном используется для количественной активности фоторецепторов Црес 10,13.Камерного типа конкретных цис-регуляторных активность может также быть определена количественно в редких типов клеток сетчатки, таких как биполярные клетки 14, но это обычно требует, чтобы областях, представляющих интерес для количественных быть выбран в вертикальное сечение, а не в flatmount препаратов. То же самое верно Црес какой диск выражение в различных типах клеток, таких как фоторецепторов и биполярных клеток. Экспериментальных процедур в остальном похожи.
Рисунок 1. Обзор сетчатки процедура электропорации эксплантов. Во-первых, все глаза изолированы от послеродовой день 0 щенков мыши и сетчатки расчленены (Р1). Во-вторых, сетчатка помещаются в камеры, заполненные с ДНК и электропорации (P2). В-третьих, сетчатки расположены на фильтры и культивировали в течение восьми дней (Р3). В-четвертых, сетчатки эксплантов фиксированы, смонтированный на салазках, а образ. Интенсивности флуоресценции измеряется с ImageJ программное обеспечение (P4). В-пятых, ImageJ данные обрабатываются в программе электронных таблиц для количественной оценки различий в активности различных промоутеров (С-5).
Рисунок 2. Строительство электропорации блюдо. ) Немодифицированные камеры предметное стекло из Гарвардского аппарата, BTX модель 453 (каталог # 45-0105). Б) инструмент Dremel используется для резки ручки от пластиковой стойки трубы. Ручка разрезать на прямоугольные прокладки со следующими размерами: длина 0.8cm, 0.6cm высота, ширина 0.3cm. С) пластиковых прокладки вставляются в предметное стекло камеры с равными интервалами. Аквариум Герметик вводится в промежутки между прокладками (не показаны). D) металлический стержень находится над прокладками. E), бар и прокладки накладываются на слайд с зажимы провести все на месте, как герметик высыхает за одну ночь. F) распорки удаляются и скважин протестированы, чтобы гарантировать, что они являются водонепроницаемыми. G) закончил слайд вписывается в пластиковой посуды с металлическими прутьями, прилегающей к окну в сторону тарелки.
Рисунок 3. Схема электропорации блюдо с сетчатки. Камеры заполнены ДНК решений (до пяти различных решений на время). Сетчатки находятся в камерах и ориентированы так, что объектив прислонившись металлический стержень соединен с положительным электродом, три или четыре сетчатка будет вписываться в каждой из пяти камер. Электрический ток вызовет отрицательно заряженные молекулы ДНК, чтобы переехать в клетки сетчатки.
Рисунок 4.) ImageJ измерения сетчатки флуоресценция уровней в flatmount. Оттенки серого flatmount изображений в DsRed (экспериментальная) и GFP (контроль) каналов открываются в программном обеспечении ImageJ; отметить, что эти изображения были цветными только для иллюстрации. Пять измерений кругов (с 1 по 5) расположены над равномерно электропорации регионах, избегая края и объектива (пунктирные линии). Три измерения кругов (с 6 по 8) расположены за пределами сетчатки для определения фоновых уровней флуоресценции. Б) поперечного сечения изображения электропорации сетчатки эксплантов при высокой мощности. Эксплантов был установлен на уровне 8-й день послеродового, cryoprotected в 30% sucrose/1X PBS в течение ночи при 4 ° С, встроенный в октябре, и крио-секционного на 12 мкм. Флуоресцентные конструкций pNrl (1.1kb)-DsRed и pNrl (3.2kb)-GFP выражаются в клетки фоторецепторов в наружном ядерном слое (ONL). INL, внутренний ядерный слой; GCL, слой ганглиозных клеток.
Рисунок 5. Обработка данных с использованием флуоресценции Excel. В шаге 1, среднее значение пикселей для каждого измерения круг копируется в таблицу (ячейки B3, B12, F3-F5, H3-H5). Измерения # 1-5 DsRed сетчатки ценностей и # 6-8 DsRed фоновых значений; измерения # 9-13 являются GFP сетчатки ценностей и # 14-16 те ценности, GFP фоне. Обратите внимание, что измерения № 1 и № 9 соответствуют же круг измерений, как это делают измерения № 2 и № 10, и так далее. В шаге 2, среднее значение фона для DsRed и GFP каналов рассчитывается (ячеек F6, Н6). На шаге 3, средний фон вычитается из каждого измерения сетчатки (клеток С3-С12). В шаге 4, каждый фона вычитается DsRed измерений нормирована на соответствующее измерение GFP (ячеек D3-D7).
Эксплантов электропорации это простое средство количественной цис-регуляторных активности в развивающихся мыши сетчатки. По сравнению с цис-регуляторных анализа с помощью мыши трансгенез, электропорации намного дешевле, требуя только новорожденные мыши щенков, ДНК, рассекающих инструментов и электропорации / оборудование тканевой культуры. Это также намного меньше времени: один эксперимент требует всего несколько часов на подготовку, культуру течение примерно восьми дней, и через несколько часов в конце эксперимента по визуализации и анализа данных. Эксплантов электропорации также превосходит культуре клеток основе цис-регуляторных анализа, так как фактические ткани сетчатки используется. Сетчатка развивается вполне нормально в эксплантов культуры она образует три различных клеточных слоев (наружный ядерный слой, внутренний ядерный слой, и слой ганглиозных клеток), хотя фоторецепторы не в состоянии разработки наружных сегментах.
Еще одним преимуществом является то, что эксплантов электропорации очень воспроизводимые. Же конструкции электропорации в различные сетчатки, даже в разные дни, как правило, приводит к тому же относительные уровни выражения. Кроме того, поскольку электропорации плазмид, как считается, поддерживаются episomally в ядре и не включены в хромосомы, они, кажется, не подлежат же интеграция сайта эффектов, захлестнувшие цис-регуляторных анализ, проведенный в трансгенных мышей.
Эксплантов электропорации имеет несколько ограничений. Во-первых, только клетки, которые все еще находятся в клеточном цикле может быть эффективно трансдуцированных электропорацией 15. При Р0, прутки и другие, более поздние происхождения типов клеток сетчатки (биполярные клетки, клетки amacrine, М Мюллер глии) являются основными клеточных популяций целевых этим методом. Электропорация конуса фоторецепторов через P0 электропорации сообщалось 16, но эффективность оказывается низким. Вторым ограничением является то, что эксплантов культуры за две недели приводит к прогрессивной порок развития сетчатки, и поэтому не рекомендуется. Если промоутер количественного требуется в конце timepoints, однако, в естественных условиях электропорации 9 может быть выполнена, после вскрытия сетчатки в нужное timepoint, телевизор с плоским монтаж расчлененный сетчатки, и количественное, как описано в разделе 9. Третье ограничение, что этот анализ является лишь умеренно высокой пропускной способностью. В отличие от культуры клеток основе анализов, которые могут проверить сотни конструкций в одном эксперименте, техника, описанная в данном протоколе требует как минимум одного целого сетчатке мышей в конструкцию. Таким образом, только пару десятков конструкций может быть разумно электропорации в день.
Еще один нюанс в отношении количественного промоутер деятельности с использованием данного подхода является то, что есть потенциал для 'проступание' из DsRed флуоресценцию в канал GFP, в частности, когда опробование очень сильные промоутеры. Причиной этого является то, что спектр излучения DsRed частично перекрывается у GFP. Чтобы обойти эту проблему, оптимизированные фильтры выбросов должны быть использованы, которые минимизируют спектрального перекрытия между DsRed и GFP. Когда такие оптимизированные наборы фильтров нет, еще одним потенциальным решением было бы использовать сине-смещается флуоресцентный белок (например, БПС или CFP) вместо GFP.
Авторы хотели бы поблагодарить Карен Лоуренс за помощь в раздел, описывающий строительство электропорации камеры.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Название реагента | Компания | Номер в каталоге | Комментарии (необязательно) |
---|---|---|---|
Электропорация блюдо, предметное стекло 453 | BTX Гарвардского аппарата | 45-0105 | См. раздел 1 протокола о внесении изменений |
100% силиконовый каучук аквариуме цемента | Производство Perfecto | ||
Пластиковые стойки микропробирок | Fisher Scientific | 05-541 | Только стойку дескриптор будет использоваться |
Dremel инструмент | Для резки ручка с пластиковой стойке трубки | ||
DMEM | Gibco / Invitrogen | 11965 | |
F12 | Gibco / Invitrogen | 11765 | |
L-Glu/pen/strep | Gibco / Invitrogen | 10378-016 | 100X концентрации |
Инсулин | Sigma-Aldrich | I-6634 | Для 1000X акций, ресуспендируют в 5mg/ml в 5 мМ HCl и фильтр-стерилизовать |
FBS | Gibco / Invitrogen | 26140-079 | |
ECM 830 Прямоугольные electroporator | BTX Гарвардского аппарата | ||
Nuclepore фильтры | Ватман | 110606 | 25 мм, 0,2 мкм |
Культуры ткани инкубатор | 37 ° C, 5% СО 2 | ||
Стекла покровные № 1.5 | Fisher Scientific | 12-544E | 0,16 мм толстых |
Флуоресцентный микроскоп соединения оснащен камерой | Камера должна быть монохроматическим (например, ORCA-ER камеру, Хамамацу) | ||
EGFP / DsRed набор фильтров для соединения микроскоп | Chroma технологий корпорации | 86007 | Это набор фильтров минимизирует bleedthrough между красным и зеленым chanenels |
ImageJ Software | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/ |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены