Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
TAR DNA bağlayıcı protein 43'ün (TDP-43) zebra balıklarını model olarak kullanarak spinal motor nöronlarda ışıkla faz geçişini teşvik eden bir protokol açıklıyoruz.
Anormal protein toplama ve seçici nöronal kırılganlık nörodejeneratif hastalıkların iki önemli özelliğidir. Bu deneysel yaklaşım şimdiye kadar sınırlı olmasına rağmen, bu özellikler arasındaki nedensel ilişkiler, hastalıkla ilişkili bir proteinin savunmasız bir hücre tipinde faz geçişini kontrol ederek sorgulanabilir. Burada, amyotrofik lateral sklerozda (ALS) dejenere motor nöronlarda meydana gelen TDP-43'ün sitoplazmik toplamasının modellenmesi için zebra balığı larvalarının spinal motor nöronlarında RNA/DNA bağlayıcı protein TDP-43'ün faz geçişini teşvik eden bir protokol açıklıyoruz. Zebra balıklarının spinal motor nöronlarına seçici olarak optogenetik bir TDP-43 varyantı sunmak için bakteriyel yapay kromozom (BAC) tabanlı bir genetik yöntem tarif ediyoruz. Zebra balığı larvalarının yüksek yarı saydamlığı, spinal motor nöronlarındaki optogenetik TDP-43'ün, sınırsız balıklara karşı ışık yayan bir diyot (LED) kullanarak basit bir dış aydınlatma ile faz geçişine izin verir. Ayrıca, optogenetik TDP-43'ün ışık aydınlatmasına verdiği tepkileri karakterize etmek için zebra balığı spinal motor nöronlarının canlı görüntüleme ve görüntü analizinin temel bir iş akışını serbestçe kullanılabilen Fiji /ImageJ yazılımı ile sunuyoruz. Bu protokol, ALS'ye karşı savunmasız bir hücresel ortamda TDP-43 faz geçişinin ve agrega oluşumunun karakterize edilmesine olanak tanır ve bu da hücresel ve davranışsal sonuçlarının araştırılmasını kolaylaştırmalıdır.
Ribonikleoprotein (RNP) granülleri, homojen bir sıvının iki ayrı sıvı fazına dönüştüğü bir fenomen olan sıvı-sıvı faz ayırma (LLPS) yoluyla membransız bölümleri birleştirerek çekirdek ve sitoplazmadaki sayısız hücresel aktiviteyi kontrol eder1,2. Normalde RNP granül bileşenleri olarak işlev görür rna bağlayıcı proteinlerin düzensiz LLPS'si anormal faz geçişini teşvik eder ve protein toplanmasına yol ederim. Bu süreç nörogelişimsel ve nörodejeneratif hastalıklara bulaşmıştır3,4,5. RNA bağlayıcı proteinlerin sapkın LLPS'si ile hastalık patogenezinin nedensel ilişkisinin kesin olarak değerlendirilmesi, LLPS'nin etkili bir terapötik hedef olarak kullanılıp kullanılmayacağını ve nasıl kullanılabileceğini belirlemek için çok önemlidir. RNA bağlayıcı proteinlerin LLPS'lerinin in vitro ve tek hücreli modellerde çalışması nispeten kolaydır, ancak özellikle omurgalılarda çok hücreli organizmalarda zordur. Bu tür LLPS'leri doku ortamındaki bireysel hücrelerde analiz etmek için kritik bir gereklilik, hastalık açısından savunmasız bir hücre türünde LLPS'nin görüntülenmesi ve manipülasyonu için bir probun kesin olarak ifade etmesidir.
Amyotrofik lateral skleroz (ALS), beyin ve omuriliğin motor nöronlarının dejenerasyon nedeniyle seçici ve aşamalı olarak kaybolduğu sonuçta ölümcül bir nörolojik bozukluktur. Bugüne kadar, 25'ten fazla gendeki mutasyonlar, toplam ALS vakalarının% 5-10'unu oluşturan ALS'nin kalıtsal (veya ailesel) formu ile ilişkilendirilmiştir ve bu ALS nedenli genlerden bazıları hnRNPA1, TDP-43 ve FUS6,7 gibi RNP'lerden oluşan RNA bağlayıcı proteinleri kodlamaktadır. Ayrıca, toplam ALS vakalarının% 90-95'ini oluşturan ALS'nin sporadik formu, dejenere motor nöronlarda biriken TDP-43'ün sitoplazmik toplanması ile karakterizedir. Bu ALS ilişkili RNA bağlayıcı proteinlerin önemli bir özelliği, sıralı üç boyutlu yapılardan yoksun ve LLPS7,8'i yönlendiren birçok farklı proteinle zayıf protein-protein etkileşimlerine aracılık eden özünde düzensiz bölgeleri (IDR'ler) veya düşük karmaşıklık alan adlarıdır. ALS'ye neden olan mutasyonların genellikle IDR'lerde meydana gelmesi, ALS ile ilişkili bu proteinlerin anormal LLPS ve faz geçişinin ALS patogenezinin altında yatan olabileceği fikrine yol açmıştır9,10.
Son zamanlarda, protein-protein etkileşimlerinin ışıkla modülasyonunu sağlayan Cryptochrome 2 tabanlı bir optogenetik teknik olan optoDroplet yöntemi, proteinlerin IDRs11 ile faz geçişini teşvik etmek için geliştirilmiştir. Bu teknik başarıyla TDP-43'e genişletildikçe, TDP-43'ün patolojik faz geçişinin altında kalan mekanizmaları ve buna bağlı sitotoksikliğini ortaya çıkarmaya başlamıştır12,13,14,15. Bu protokolde, ALS'ye karşı savunmasız hücre tiplerine optogenetik bir TDP-43, yani motor nöron spesifikasyonu için bir homeodomain proteinini kodlayan mnr2b/mnx2b gen kodlaması için BAC kullanan zebra balıklarındaki spinal motor nöronları sunmak için genetik bir yöntem özetliyoruz16,17. Zebra balığı larvalarının yüksek yarı saydamlığı, omurilik motoru nöronlarında faz geçişini tetikleyen optogenetik TDP-43'ün basit, noninvaziv ışık stimülasyonuna izin verir. Ayrıca, optogenetik TDP-43'ün ışık stimülasyonuna verdiği tepkileri karakterize etmek için serbestçe kullanılabilen Fiji/ImageJ yazılımını kullanarak zebra balığı spinal motor nöronlarının canlı görüntülenmesi ve görüntü analizi için temel bir iş akışı sunuyoruz. Bu yöntemler, ALS'ye açık hücresel ortamda TDP-43 faz geçişinin araştırılmasına izin verir ve patolojik sonuçlarını hücresel ve davranışsal düzeyde keşfetmeye yardımcı olmalıdır.
Tüm balık çalışmaları, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvan Refahı Ofisi'nde (NIH, A5561-01 güvence numarası) bulunan Ulusal Genetik Enstitüsü'nün (Japonya) Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu (onay kimlik numarası 24-2) uyarınca gerçekleştirildi. ABD).
1. mnr2b promotöründen optogenetik TDP-43 geninin ekspresyasyonu için BAC'lerin yapımı
2. Zebra balıklarında Tol2 transpoz aracılı BAC transgenez
3. Mavi ışık aydınlatması için LED hazırlanması
4. Optogenetik TDP-43'i ifade eden zebra balığı larvalarının görüntülenmesi
5. OpTDP-43h-ekspresyon balıklarının mavi ışık yayan diyot (LED) ışığının alan aydınlatması ile ışık stimülasyonu
6. Spinal motor nöronlarda optogenetik TDP-43'ün sitoplazmik yer değiştirmesinin görselleştirilmesi
7. ImageJ/Fiji kullanarak opTDP-43h ve EGFP-TDP-43z sinyalleri arasında oranmetrik karşılaştırma
Zebra balığı larvalarının mnr2b+ spinal motor nöronlarında optogenetik ve optogenetik olmayan TDP-43 proteinlerinin canlı görüntülenmesi
Zebra balıklarındaki spinal motor nöronlarında TDP-43 faz geçişini teşvik etmek için, sırasıyla N ve C-termini'nde mRFP1 ve CRY2olig22 ile etiketlenmiş bir insan TDP-43h inşa edildi ve opTDP-43h14 olarak belirlendi (Şekil 1A).
Zebra balıklarında opTDP-43h ve EGFP-TDP-43z'nin mnr2b-BAC aracılı ifadesi, spinal motor nöronlarında TDP-43 faz geçişinin canlı görüntülenmesi için eşsiz bir fırsat sağlar. Zebra balığı larvalarının vücut dokularının optik şeffaflığı, opTDP-43h'nin basit ve noninvaziv optogenetik stimülasyonuna izin verir. Zaman içinde tek spinal motor nöronlar arasındaki karşılaştırmalar, opTDP-43h'nin ışığa bağımlı oligomerizasyonunun ALS patolojisini andıran sitoplazmik kümelenmes...
KA ve KK, bu yazıda açıklanan fikri mülkiyetin mucitleridir ve Geçici patentler Ulusal Genetik Enstitüsü tarafından sunulmuştur.
Bu çalışma SERIKA FUND (KA), KAKENHI Grant numaraları JP19K06933 (KA) ve JP20H05345 (KA) tarafından desteklendi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Confocal microscope | Olympus | FV1200 | |
Epifluorescence microscope | ZEISS | Axioimager Z1 | |
Fluorescence stereomicroscope | Leica | MZ16FA | |
Glass base dish | IWAKI | 3910-035 | |
Incubator | MEE | CN-25C | |
LED panel | Nanoleaf Limited | Nanoleaf AURORA smarter kit | |
Mupid-2plus | TAKARA | AD110 | |
NucleoBond BAC100 | MACHEREY-NAGEL | 740579 | |
NuSieve GTG Agarose | LONZA | 50181 | |
Objective lens | Olympus | XLUMPlanFL N 20×/1.00 | |
Objective lens | ZEISS | Plan-Neofluar 5x/0.15 | |
Optical power meter | HIOKI | 3664 | |
Optical sensor | HIOKI | 9742-10 | |
Phenol red solution 0.5% | Merck | P0290-100ML | |
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase | TAKARA | R050A | |
QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
Six-well dish | FALCON | 353046 | |
Spectrometer probe BLUE-Wave | StellerNet Inc. | VIS-50 | |
Syringe needle | TERUMO | NN-2725R | |
TaKaRa Ex Taq | TAKARA | RR001A | |
Tricane | Sigma-Aldrich | A5040 | |
Zebrafish BAC clone CH211-172N16 | BACPAC Genomics | CH211-172N16 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır