Name: in vivo monitoring of circadian clock gene expression in the mouse suprachiasmatic nucleus using fluorescence reporters
Uploaded: 2018-07-04T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Monitoring of Circadian Clock Gene Expression in the Mouse Suprachiasmatic Nucleus Using Fluorescence Reporters at JoVE.com

Agradecemos a membros do laboratório de Zhang para fornecer estimular discussões e membros do laboratório de Zhan para prestação de assistência técnica. Esta pesquisa foi apoiada por subsídios 31500860 (para C.Z.) do NSFC, 2012CB837700 (para E.E.Z. e C.Z.) do programa 973 do M.O.S.T. da China e pelo financiamento do Governo Municipal de Pequim. E.E.Z. foi apoiado pelos chineses "Programa de recrutamento de peritos de juventude Global".

Todos os procedimentos neste protocolo foram realizados com a aprovação do cuidado institucional do Animal e uso Comité (IACUC) do Instituto Nacional de ciências biológicas, Beijing, em conformidade com os regulamentos governamentais da China.
1. construção do repórter fluorescência Cry1
Nota: Estudos anteriores circadianos, usando o sistema de bioluminescência2,12,<sup class="xre...

<ol>
	<li>Welsh, D. K., Takahashi, J. S., Kay, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suprachiasmatic+nucleus:+cell+autonomy+and+network+properties.">Suprachiasmatic nucleus: cell autonomy and network properties.</a> Annual Review of Physiology. 72, 551-577 (2010).</li><li>Zhang, E. E., Kay, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clocks+not+winding+down:+unravelling+circadian+networks.">Clocks not winding down: unravelling circadian networks.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11, 764-776 (2010).</li><li>Takahashi, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+architecture+of+the+mammalian+circadian+clock.">Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock.</a> Nature Reviews Genetics. 18, 164-179 (2017).</li><li>Yoo, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PERIOD2::LUCIFERASE+real-time+reporting+of+circadian+dynamics+reveals+persistent+circadian+oscillations+in+mouse+peripheral+tissues.">PERIOD2::LUCIFERASE real-time reporting of circadian dynamics reveals persistent circadian oscillations in mouse peripheral tissues.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 101, 5339-5346 (2004).</li><li>Davidson, A. J., Castanon-Cervantes, O., Leise, T. L., Molyneux, P. C., Harrington, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+jet+lag+in+the+mouse+suprachiasmatic+nucleus+and+peripheral+circadian+timing+system.">Visualizing jet lag in the mouse suprachiasmatic nucleus and peripheral circadian timing system.</a> European Journal of Neuroscience. 29, 171-180 (2009).</li><li>Savelyev, S. A., Larsson, K. C., Johansson, A. S., Lundkvist, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slice+preparation,+organotypic+tissue+culturing+and+luciferase+recording+of+clock+gene+activity+in+the+suprachiasmatic+nucleus.">Slice preparation, organotypic tissue culturing and luciferase recording of clock gene activity in the suprachiasmatic nucleus.</a> Journal of Visualized Experiments. (48), (2011).</li><li>Yamaguchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+expression:+View+of+a+mouse+clock+gene+ticking.">Gene expression: View of a mouse clock gene ticking.</a> Nature. 409, 684-684 (2001).</li><li>Ono, D., Honma, K. I., Honma, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+and+ultradian+rhythms+of+clock+gene+expression+in+the+suprachiasmatic+nucleus+of+freely+moving+mice.">Circadian and ultradian rhythms of clock gene expression in the suprachiasmatic nucleus of freely moving mice.</a> Science Reports. 5, 12310 (2015).</li><li>Ono, D., Honma, S., Honma, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+PER2::LUC+rhythms+in+the+olfactory+bulb+of+freely+moving+mice+depend+on+the+suprachiasmatic+nucleus+but+not+on+behaviour+rhythms.">Circadian PER2::LUC rhythms in the olfactory bulb of freely moving mice depend on the suprachiasmatic nucleus but not on behaviour rhythms.</a> European Journal of Neuroscience. 42, 3128-3137 (2015).</li><li>Ono, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissociation+of+Per1+and+Bmal1+circadian+rhythms+in+the+suprachiasmatic+nucleus+in+parallel+with+behavioral+outputs.">Dissociation of Per1 and Bmal1 circadian rhythms in the suprachiasmatic nucleus in parallel with behavioral outputs.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 114, E3699-E3708 (2017).</li><li>Reppert, S. M., Weaver, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordination+of+circadian+timing+in+mammals.">Coordination of circadian timing in mammals.</a> Nature. 418, 935-941 (2002).</li><li>Liu, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redundant+function+of+REV-ERBalpha+and+beta+and+non-essential+role+for+Bmal1+cycling+in+transcriptional+regulation+of+intracellular+circadian+rhythms.">Redundant function of REV-ERBalpha and beta and non-essential role for Bmal1 cycling in transcriptional regulation of intracellular circadian rhythms.</a> PLoS Genetics. 4, e1000023 (2008).</li><li>Maywood, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+core+circadian+feedback+loop+in+suprachiasmatic+nucleus+of+mCry1-luc+transgenic+reporter+mouse.">Analysis of core circadian feedback loop in suprachiasmatic nucleus of mCry1-luc transgenic reporter mouse.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 110, 9547-9552 (2013).</li><li>Ukai-Tadenuma, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delay+in+feedback+repression+by+cryptochrome+1+is+required+for+circadian+clock+function.">Delay in feedback repression by cryptochrome 1 is required for circadian clock function.</a> Cell. 144, 268-281 (2011).</li><li>McClure, C., Cole, K. L., Wulff, P., Klugmann, M., Murray, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+titering+of+recombinant+adeno-associated+viral+vectors.">Production and titering of recombinant adeno-associated viral vectors.</a> Journal of Visualized Experiments. 57, e3348 (2011).</li><li>Yamaguchi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mice+genetically+deficient+in+vasopressin+V1a+and+V1b+receptors+are+resistant+to+jet+lag.">Mice genetically deficient in vasopressin V1a and V1b receptors are resistant to jet lag.</a> Science. 342, 85-90 (2013).</li><li>Nagano, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+abrupt+shift+in+the+day/night+cycle+causes+desynchrony+in+the+mammalian+circadian+center.">An abrupt shift in the day/night cycle causes desynchrony in the mammalian circadian center.</a> Journal of Neuroscience. 23, 6141-6151 (2003).</li><li>Golombek, D. A., Rosenstein, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiology+of+Circadian+Entrainment.">Physiology of Circadian Entrainment.</a> Physiological Reviews. 90, 1063-1102 (2010).</li><li>Mei, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+in+vivo+recording+of+circadian+rhythms+in+brains+of+freely+moving+mice.">Long-term in vivo recording of circadian rhythms in brains of freely moving mice.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115, 4276-4281 (2018).</li></ol>

Em contraste com o ex vivo métodos, tais como a fatia cultura4,5, RT-PCR16e em situ da hibridação17, que exigem que os animais mortos, o na vivo método de gravação permite investigadores para estudar a expressão gênica circadiano em um animal vivo. Como tal, esta tecnologia fornece a capacidade de avaliar o efeito de perturbações físicas diferentes (por exemplo, privaç...

Nos mamíferos, o núcleo supraquiasmático (SCN) rege o ritmo circadiano do todo o corpo para coordenar a resposta do indivíduo a mudanças ambientais exógenos (por exemplo, luz, temperatura, estresse, etc.)1. Componentes principais do relógio consistem de Per1-3, Cry1-2, relógioe Bmal1e desempenham um papel central na regulação do relógio circadiano de cada célula. O SCN cada célula contém o ativador transcricional, relógio/BMAL1, que atua como um heterodímero para induzir a expressão do PER e chorar. O PER / complexo de chorar então inibe a função de relógio/BMAL1 para formar um laço de realimentação de transcrição-tradução que leva cerca de 24 h para completo2,3.
Estudos anteriores sobre o SCN principalmente têm empregado a ex vivo SCN fatia cultura método4,5,6 , e, enquanto esta abordagem forneceu informações valiosas, suas limitações têm inibido a nossa capacidade de obter dados sobre a influência de outros núcleos do cérebro sobre o SCN, bem como o efeito de estímulos exógenos (por exemplo, luz) em células que residem nesta região crítica. Em 2001, o grupo de Hitoshi Okamura foi o primeiro a usar o sistema de bioluminescência da expressão gênica em vivo monitor relógio circadiano no SCN em ratos7movimentando-se livremente. Grupo do Ken-ichi Honma passou os últimos anos desenvolver a bioluminescência na vivo sistema de gravação no SCN8,9,10. Juntos, esses estudos forneceram os pesquisadores com a capacidade de monitorar o relógio circadiano na escuridão constante ou após um pulso de luz. No entanto, como bioluminescência é muito fraca para permitir a monitorização contínua durante o ciclo luz/escuridão, juntamente com o fato de que a luz é o sinal predominante necessário para o arrastamento de SCN-mediada de pulsos de disparo circadian11, há crescente demanda para o desenvolvimento de métodos experimentais que superar as limitações associadas com gravação de bioluminescência. O presente relatório descreve um sistema baseado em fluorescência, que foi construído para monitorar o relógio circadiano do SCN na vivo em ratos movimentando-se livremente. Este método fácil de usar permite a monitorização contínua durante o ciclo claro/escuro e permite a observação a longo prazo da transcrição de genes do relógio circadiano no SCN em tempo real e em alta resolução temporal.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1408px;" width="1408">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:627px;">KOD Plus Neo</td>
			<td style="width:403px;">TOYOBO</td>
			<td style="width:133px;">KOD-401</td>
			<td style="width:245px;">Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">pVENUS-N1</td>
			<td>addgene</td>
			<td>#61854</td>
			<td>Plasmid</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">pcDNA3.3_d2eGFP</td>
			<td>addgene</td>
			<td>#26821</td>
			<td>Plasmid</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;">pAAV-EF1a-double floxed-hChR2(H134R)-mCherry-WPRE-HGHpA</td>
			<td>addgene</td>
			<td>#20297</td>
			<td>Plasmid</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">MluI</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>FD0564</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">EcoRI</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>FD0274</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Gibson Assembly Mix</td>
			<td>NEB</td>
			<td>E2611s</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Lipofectamine 2000</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>12566014</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Syringe Filter</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>SLHV033RS</td>
			<td>0.45&#160;&#181;m&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">HiTrap heparin columns</td>
			<td>gelifesciences</td>
			<td>17-0406-01</td>
			<td>1 mL&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Amicon ultra-4 centrifugal filter</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>&#160;UFC810024</td>
			<td>100,000 MWCO</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Benzonase nuclease</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E1014</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Sodium deoxycholate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5670</td>
			<td>Make fresh solution for each batch</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">mouse stereotaxic apparatus</td>
			<td>B&#38;E TEKSYSTEMS LTD</td>
			<td>#SR-5M/6M</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">pentobarbital</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>#1507002</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">mouse stereotaxic apparatus</td>
			<td>B&#38;E TEKSYSTEMS LTD</td>
			<td>#SR-5M/6M</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Hydrogen peroxide solution</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>#216763</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Optical Fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FT200EMT</td>
			<td>0.39 NA, &#216;200 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">microsyringe pump</td>
			<td>Nanoliter 2000 Injector, WPI</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">ceramic ferrule</td>
			<td>Shanghai Fiblaser</td>
			<td></td>
			<td>230&#8201;&#956;m I.D., 2.5 mm O.D.</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Gene Observer</td>
			<td>BiolinkOptics</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo monitoring of circadian clock gene expression in the mouse suprachiasmatic nucleus using fluorescence reporters

Esta técnica combina fibra óptica mediada por gravações de fluorescência com a entrega precisa de repórteres de gene recombinante vírus adeno-associado à base. Este novo e fácil de usar na vivo fluorescência sistema de vigilância foi desenvolvido para gravar o ritmo transcricional do gene do relógio, Cry1, no núcleo supraquiasmático (SCN) de ratos movimentando-se livremente. Para fazer isso, um repórter de fluorescência de transcrição Cry1 foi projetado e empacotado em vírus Adeno-associado. Vírus purificado, concentrado foi injetado o SCN seguido pela inserção de uma fibra óptica, que fixou-se então para a superfície do cérebro do rato. Os animais foram voltou para suas casa gaiolas e permitidos um período de recuperação pós-operatória de 1 mês para assegurar suficiente expressão de repórter. Fluorescência foi então gravada em movimentando-se livremente os ratos através de um na vivo monitoramento sistema que foi construído em nossa instituição. Para o na vivo sistema de gravação, um laser de 488 nm foi acoplado com um 1 × 4-divisor de feixe que divide a luz em quatro saídas de excitação do laser do poder igual. Esta configuração permitiu gravar a partir de quatro animais simultaneamente. Cada um dos sinais de fluorescência emitida foi coletado através de um tubo fotomultiplicador e uma placa de aquisição de dados. Em contraste à anterior bioluminescência na vivo gravação relógio circadiano técnica, esta fluorescência na vivo gravação sistema permitiu a gravação de expressão de gene relógio circadiano durante o ciclo de luz.

Projeto de repórter de fluorescência do Cry1 foi mostrar na figura 1A. Usando a abordagem detalhados acima, 500 nL de rAAV-P (Cry1) - intron336 - Venus-NLS-D2 com êxito foi injetado o SCN de um rato adulto e exibiu expressão de Venus robusto (figura 1B, 1C). Sinais de fluorescência gravados em condições de escuro/escuro (DD) (Figura 2) e 12h/12h claro/escuro ...

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In Vivo Monitoring of Circadian Clock Gene Expression in the Mouse Suprachiasmatic Nucleus Using Fluorescence Reporters

Esta tecnologia baseada em fluorescência recém-desenvolvido permite a monitoração a longo prazo da transcrição de genes do relógio circadiano no núcleo supraquiasmático (SCN) de movimentando-se livremente os ratos em tempo real e em uma alta resolução temporal.

Na Vivo Monitoramento de expressão de Gene relógio circadiano no núcleo supraquiasmático do Mouse usando a repórteres de fluorescência

This technique combines optical fiber mediated fluorescence recordings with the precise delivery of recombinant adeno-associated virus based gene ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In Vivo Monitoring of Circadian Clock Gene Expression in the Mouse Suprachiasmatic Nucleus Using Fluorescence Reporters

Slice Preparation, Organotypic Tissue Culturing and Luciferase Recording of Clock Gene Activity in the Suprachiasmatic Nucleus

Preparação fatia, cultura de tecidos organotípicas e Gravação luciferase de Atividade Gene Relógio no núcleo supraquiasmático

A central circadian (~24 hr) clock coordinating daily rhythms in physiology and behavior resides in the suprachiasmatic nucleus (SCN) located in the ...

Neurociência

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