تصف هذه الورقة بروتوكولا للمراقبة الزمانية المكانية السريعة والفعالة لمثيلة السيتوزين الطبيعية والشاذة داخل أجنة الزرد السليمة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تصف هذه الورقة بروتوكولا للمراقبة الزمانية المكانية السريعة والفعالة لمثيلة السيتوزين الطبيعية والشاذة داخل أجنة الزرد السليمة.
يتم الحفاظ على مثيلة السيتوزين بشكل كبير عبر أنواع الفقاريات ، وكمحرك رئيسي للبرمجة اللاجينية وحالة الكروماتين ، تلعب دورا مهما في التطور الجنيني المبكر. تؤدي التعديلات الأنزيمية إلى المثيلة النشطة وإزالة ميثيل السيتوزين إلى 5-ميثيل سيتوزين (5-mC) والأكسدة اللاحقة ل 5-mC إلى 5-hydroxymethylcytosine و 5-formylcytosine و 5-carboxylcytosine. إعادة البرمجة اللاجينية هي فترة حرجة أثناء تطور الرحم ، وتعرض الأمهات للمواد الكيميائية لديه القدرة على إعادة برمجة epigenome داخل النسل. يمكن أن يتسبب هذا في نتائج سلبية مثل عواقب النمط الظاهري الفوري ، والآثار طويلة المدى على قابلية الإصابة بأمراض البالغين ، والآثار عبر الأجيال للعلامات اللاجينية الموروثة. على الرغم من أن التسلسل القائم على ثنائي الكبريتيت يمكن الباحثين من استجواب مثيلة السيتوزين بدقة زوج القاعدة ، فإن النهج القائمة على التسلسل باهظة التكلفة ، وعلى هذا النحو ، تمنع القدرة على مراقبة مثيلة السيتوزين عبر مراحل النمو ، وتركيزات متعددة لكل مادة كيميائية ، وتكرار الأجنة لكل علاج. نظرا لسهولة التصوير الآلي في الجسم الحي ، والتلاعب الجيني ، ووقت التطور السريع خارج الرحم ، والتربية أثناء التطور الجنيني ، يستمر استخدام أجنة الزرد كنموذج سليم من الناحية الفسيولوجية للكشف عن المسارات بوساطة الأجانب التي تساهم في النتائج السلبية أثناء التطور الجنيني المبكر. لذلك ، باستخدام الأجسام المضادة الخاصة ب 5 mC المتاحة تجاريا ، نصف استراتيجية فعالة من حيث التكلفة للمراقبة الزمانية المكانية السريعة والفعالة لمثيلة السيتوزين داخل أجنة الزرد الفردية السليمة من خلال الاستفادة من الكيمياء الهيستولوجية المناعية الكاملة ، والتصوير الآلي عالي المحتوى ، ومعالجة البيانات الفعالة باستخدام لغة البرمجة قبل التحليل الإحصائي. وفقا للمعرفة الحالية ، هذه الطريقة هي الأولى التي نجحت في اكتشاف وتحديد مستويات 5 mC في الموقع داخل أجنة الزرد أثناء التطور المبكر. تتيح هذه الطريقة الكشف عن مثيلة الحمض النووي داخل كتلة الخلية ولديها أيضا القدرة على اكتشاف مثيلة السيتوزين ل mRNAs الأم الموضعية بالصفار أثناء الانتقال من الأم إلى الزيجوت. بشكل عام ، ستكون هذه الطريقة مفيدة في التعرف السريع على المواد الكيميائية التي لديها القدرة على تعطيل مثيلة السيتوزين في الموقع أثناء إعادة البرمجة اللاجينية.
تؤدي التعديلات الأنزيمية إلى المثيلة النشطة وإزالة ميثيل السيتوزين إلى 5-ميثيل سيتوزين (5-mC) والأكسدة اللاحقة ل 5-mC إلى 5-hydroxymethylcytosine و 5-formylcytosine و 5-carboxylcytosine 1,2. Tris(1,3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCIPP) هو مثبط للهب يستخدم على نطاق واسع في الولايات المتحدة وقد ثبت سابقا أنه يغير مسار مثيلة السيتوزين بعد التعرض الجنيني المبكر من 0.75 ساعة بعد الإخصاب (HPF) من خلال المعدة المبكرة (6 HPF) 3،4،5،6،7،8 . داخل الفقاريات ، تعتبر 5-mC ومشتقاتها المعدلة ضرورية لتنظيم التطور الجنيني المبكر9. يؤدي إخصاب الجنين إلى إزالة ميثيل الحمض النووي الأبوي ، يليه تدهور mRNA الأمومي ، وتنشيط الجينوم الزيجوتي ، وإعادة مثيلة الجينومالزيجوتي 9. تشمل العمليات ذات الصلة بيولوجيا التي تستخدم مثيلة السيتوزين تعديل الهستون ، وتوظيف آلات النسخ ، ومثيلة الحمض النووي الريبي ، وإعادة البرمجة اللاجينية ، وتحديد بنية الكروماتين10,11. يتم الحفاظ على مثيلة السيتوزين أيضا بين أنواع الفقاريات ، مما يؤكد أهمية فهم والتحقيق في كيفية تأثير مثيلة السيتوزين الشاذة على مسار تطور الكائن الحي11. علاوة على ذلك ، فإن التطور في الرحم حساس لتعرض الأمهات ولديه القدرة على التسبب في نتائج سلبية مثل العواقب المظهرية الفورية ، والآثار طويلة المدى على قابلية البالغين للأمراض ، والآثار عبر الأجيال للعلامات اللاجينية الموروثة12،13،14.
كانت الامتدادات الطويلة لأزواج السيتوزين والجوانين ، أو جزر CpG ، هي البؤر الأساسية للباحثين الذين يهدفون إلى توصيف ديناميكيات مثيلة السيتوزين عبر الجينوم15،16،17. تمثل الاستراتيجيات القائمة على ثنائي الكبريتيت مثل تسلسل ثنائي كبريتيت الجينوم الكامل ، وتسلسل ثنائي الكبريتيت منخفض التمثيل ، وتسلسل أمبليكون ثنائي الكبريتيت المعيار الذهبي لاستجواب مثيلة السيتوزين بدقة زوج القاعدة. ومع ذلك ، فإن النهج القائمة على التسلسل باهظة التكلفة ، وبالتالي ، تمنع القدرة على مراقبة مثيلة السيتوزين عبر مراحل النمو ، والتركيزات المتعددة لكل مادة كيميائية ، وتكرار الأجنة لكل علاج. بالإضافة إلى ذلك ، لا توفر الأساليب القائمة على التسلسل معلومات حول التوطين المكاني ، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم أنواع الخلايا والمناطق التي يحتمل أن تتأثر داخل الجنين النامي. وبالمثل ، فإن مقايسات مثيلة الحمض النووي العالمية مثل تحليل التقييد المعتمد على المثيلة ، والمقايسات المناعية المرتبطة بالإنزيم 5-mC (ELISAs) ، و 5-methyl-2'-deoxycytidine (5-mC) قياس الطيف الكتلي اللوني السائل (LC-MS) تعتمد على تجانس الخلايا أو الأنسجة ، وعلى هذا النحو ، تمنع القدرة على مراقبة توطين وحجم مثيلة السيتوزين عبر المكان والزمان داخل العينات السليمة12,18.
نظرا لسهولة التصوير الآلي في الجسم الحي ، والتلاعب الجيني ، ووقت التطور السريع خارج الرحم ، والتربية أثناء التطور الجنيني ، لا تزال أجنة الزرد تستخدم على نطاق واسع كنماذج سليمة من الناحية الفسيولوجية للكشف عن المسارات بوساطة الأجانب التي تساهم في النتائج السلبية أثناء التطور الجنيني المبكر. لذلك ، باستخدام الأجسام المضادة المتاحة تجاريا الخاصة ب 5-mC ، يصف البروتوكول أدناه استراتيجية فعالة من حيث التكلفة للمراقبة الزمانية المكانية السريعة والفعالة لمثيلة السيتوزين داخل أجنة الزرد الفردية السليمة من خلال الاستفادة من الكيمياء الهيستولوجية المناعية الكاملة (IHC) ، والتصوير الآلي عالي المحتوى ، ومعالجة البيانات بكفاءة باستخدام لغة البرمجة قبل التحليل الإحصائي.
للمعرفة الحالية ، هذه الطريقة هي الأولى لمراقبة 5 mC داخل أجنة الزرد سليمة. تتيح هذه الطريقة الكشف عن مثيلة الحمض النووي داخل كتلة الخلية ولديها أيضا القدرة على اكتشاف مثيلة السيتوزين ل mRNAs الأم الموضعية بالصفار أثناء الانتقال من الأم إلى الزيجوت. بشكل عام ، ستكون هذه الطريقة مفيدة في التعرف السريع على المواد الكيميائية التي لديها القدرة على تعطيل مثيلة السيتوزين في الموقع أثناء إعادة البرمجة اللاجينية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم التعامل مع المربين البالغين ومعالجتهم وفقا لبروتوكول استخدام الحيوانات المعتمد من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) (# 20180063) في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد.
1. جمع أجنة الزرد والتعرض الكيميائي
2. إزالة الأجنة
3. الكيمياء الهيستولوجية المناعية باستخدام الأجسام المضادة الخاصة ب 5 mC
4. التصوير الآلي للأجنة داخل 96 لوحة بئر
5. تحليل البيانات
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الهدف العام من هذا البروتوكول هو تحديد ما إذا كان العلاج يؤثر على الوفرة النسبية ل 5 مللي مئوية من خلال تقييم المساحة الإجمالية والكثافة النسبية للتألق داخل أجنة الزرد الثابتة والموسمة. بعد الانتهاء من البروتوكول ، يمكن استخدام المجهر المجسم الفلوري لتحديد ما إذا كان IHC بالكامل ناجحا أم لا. عندما تتم ملاحظة الأجنة الموسومة تحت مرشح FITC أو GFP ، تتم الإشارة إلى النتيجة الإيجابية من خلال إشارة FITC الإيجابية داخل الجنين ، في حين يشار إلى النتيجة السلبية من خلال عدم وجود مضان داخل الأجنة الضابطة. باستخدام نظام فحص عالي ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
خلال هذا البروتوكول ، هناك بعض الخطوات الحاسمة. أولا ، عند إزالة الأجنة ، من المهم توجيه الإبرة بعيدا عن أنسجة كيس الجنين / كيس الصفار / كتلة الخلية ، لأن هذه الأجزاء من الجنين النامي هشة للغاية ويسهل ثقبها. ثانيا ، عند نقل الأجنة المصنفة إلى آبار فردية ، استخدم ماصة زجاجية لنقل الأجنة لأنها ستلتصق بماصة بلاستيكية. ثالثا ، عند إجراء IHC بالكامل ، تأكد من حماية اللوحة من الضوء. أخيرا ، بعد الانتهاء من بروتوكول IHC بالكامل ، اسمح للوحة بالحضانة في 1x PBS عند 4 درجات مئوية طوال الليل قبل التصوير ، لأن هذا سيقلل من التألق ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة معروفة أو علاقات شخصية يمكن أن يبدو أنها تؤثر على العمل المذكور في هذه الورقة.
تم تقديم الدعم البحثي من خلال زمالة قسم الدراسات العليا في UCR إلى SAB ، وزمالة برنامج تدريب NRSA T32 (T32ES018827) إلى SAB ، ومنحة المعاهد الوطنية للصحة (R01ES027576) ومشروع هاتش المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية (1009609) إلى DCV.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1.5 مل أنابيب الطرد المركزي | الدقيقة فيشر 540225 | ||
| 10-& L ماصة زجاجية دقيقة | فيشر Scientific | 211762B | |
| 100 مم بلاستيك بتري طبق | فيشر Scientific | 08757100D | |
| 10x محلول ملحي مخزن بالفوسفات ؛ | BP399500 | العلمي | |
| ماصة 1 مل | 13690032 | فيشر ساينتفيك | |
| قارورة 250 مل من فيشر | ساينتفيك | FB501250 | |
| 5 مل ماصة | فيشر ساينتفيك | 13690033 | |
| أطباق بتري زجاجية مقاس 60 مم مع أغطية | فيشر ساينتفيك | 08747A | |
| لوحة 96 بئر | فيشر ساينتفيك | 720089 | |
| أليكسا فلور 488 ماعز مترافق مضاد للفأر IgG الأجسام المضادة | فيشر Scientific | A21121 | |
| ألبومين مصل الأبقار | فيشر BP67110 | ||
| DMSO | فيشر Scientific | BP2311 | |
| Hotplate | فيشر ساينتفيك | 1110016SH | |
| مصائد التكاثر داخل الخزان | الموائل المائية | N / A | لم يعد هذا المنتج متاحا بعد الاستحواذ على الموائل المائية من قبل Pentair. يمكن للمحققين استخدام خزانات التكاثر القياسية خارج النظام المتاحة من بائعين متعددين. |
| ImageXpress Micro XLS Widefield نظام فحص عالي | الأجهزة الجزيئية | N / A | سيكون أي نظام فحص عالي المحتوى مزود بالضوء المرسل ومرشح FITC مناسبا. |
| سلة الكيمياء المناعية (IHC) | N / A | N / A | تم تصنيعها داخليا باستخدام أنابيب أجهزة الطرد المركزي الدقيقة مع إزالة الجزء المخروطي والجزء السفلي المزود بشبكة ، بحجم 24 أو 48 بئرا من الألواح |
| MetaXpress 6.0.3.1658 | الأجهزة الجزيئية | N / A | أي برنامج قادر على تحديد المساحة الإجمالية والكثافة المتكاملة للتألق سيكون مناسبا. |
| Microspatula | Fisher Scientific | 2140115 | |
| الفأر أحادي النسيلة المضاد للجسم المضاد 5-mC | Millipore Sigma | MABE146 | |
| هيدروكسيد الصوديوم | فيشر Scientific | BP359-500 | |
| شاكر مداري ؛ | فيشر 50998290 | ||
| Parafilm | فيشر 1337412 | ||
| بارافورمالدهايد | البلاستيك Fisher Scientific | 18612139 | |
| Fisher Scientific | 1368050 | ||
| Rstudio | RStudio | N / A | RStudio هو برنامج مفتوح المصدر ويمكن تنزيله من https://www.rstudio.com. |
| مصل الأغنام | Millipore Sigma | S3772-5ML | |
| مجهر مجسم | لايكا | 10450103 | |
| حاضنة يتم التحكم في درجة حرارتها ؛ | فيشر PR505755L | ||
| Tween-20 | فيشر ساينتفيك | P7949-500ML |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.