نقدم طرقا مفصلة لوضع العلامات الأيضية وتنقية النسخ الناشئة لتحليل النسخ النصية في الأجنة المبكرة لزينوبوس باستخدام 5-إيثينيل-يوريدين (5-EU).
مقالة منهجية
نقدم طرقا مفصلة لوضع العلامات الأيضية وتنقية النسخ الناشئة لتحليل النسخ النصية في الأجنة المبكرة لزينوبوس باستخدام 5-إيثينيل-يوريدين (5-EU).
يتطلب تكوين الجنين المبكر نسخا جديدا للجينات الزيجوتية من الجينوم الزيجوي الخامد في البداية بعد الإخصاب. كان التحدي الرئيسي هو اكتشاف النسخ الجديدة بدقة وتحديد وقت تعبيرها أثناء تنشيط الجينوم الزنجوي (ZGA). هنا، نقدم إجراءات مفصلة لوضع العلامات الأيضية للنسخ الناشئة بواسطة 5-إيثينيل-يوريدين (5-EU) في أجنة Xenopus laevis المبكرة. بعد التخصيب، يتم حقن 5-EU في الأجنة ذات المرحلة الخلوية الواحدة لوضع علامات أيضية على الحمض النووي الريبي الجديد أثناء ZGA. يتم تنقية الحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئ بعد البيوتنيل عبر تفاعلات كيميائية نقرة، ويتم تحديد النسخ الناشئ باستخدام تسلسل الجيل التالي. ومن المهم أن هذه الطريقة تتمتع بحساسية عالية وخصوصية تسمح بتوصيف الجينات ذات التنشيط المنخفض. لذا، يوفر هذا النهج أداة قوية لدراسة ديناميكيات نسخ الجينات خلال التطور المبكر، ويمكن تعميمه على أنظمة أو أنسجة جنينية أخرى.
بعد الإخصاب، يكون الجنين تحت سيطرة عوامل الأم الترسبة في البويضة، بينما يكون الجينوم الزيجوي صامتا نسخيا لفترة؛ يتم تفعيله لنسخ مئات إلى آلاف الجينات الضرورية للتطور اللاحق، بما في ذلك تحديد مصير الخلية وتكوين الطبقة الجرثومية 1,2,3,4,5,6. هذه الظاهرة المتمثلة في تنشيط الجينوم الزيجوي (ZGA) خلال الانتقال من الأم إلى الزيغوتي (MZT) محفوظة بشكل كبير في جميع أنواع الميتازو، رغم أن توقيت ZGA يختلف بين الأنواع 1,2,3,4,5,6. فهم كيفية تنظيم ZGA ليس مهما فقط لفهمنا للمبادئ الأساسية للتطور المبكر، بل يوفر أيضا إمكانيات لتطوير استراتيجيات جديدة لتشخيص وعلاج اضطرابات النمو وزيادة الصحة الإنجابية.
كان التحدي الرئيسي في دراسة ZGA هو الكشف بدقة عن النسخ الجديدة وتحديد وقت ظهورها أثناء تنشيط الجينوم الزنجوي (ZGA). نظرا لغيمنة نسخ الأم في الأجنةالمبكرة 7، يمكن أن تخفي المستويات العالية من هذه النسخ اكتشاف النسخ الجديدة أثناء ZGA، خصوصا للجينات ذات التنشيط المنخفض، باستخدام RNA-seq التقليدي. لتجاوز هذا التحدي، طورنا طريقة لقياس النسخ الناشئ باستخدام وسم الأيض للنسخ الناشئة باستخدام 5-إيثينيل-يوريدين (5-EU)، تليها البيوتينيل للحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئ عبر كيمياء النقر وتنقيتها للتسلسل (EU-RNA-seq)8,9,10. مقارنة بطرق التحليل النصي الناشئة الأخرى، مثل تلك التي تستخدم 4-ثيوريدين (4sU)11,12، فإن وسم 5-EU محدد جدا عبر كيمياء النقر، ويمكن استخدامه للتصوير والتسلسل، ولا يتطلب تحويلا كيميائيا. علاوة على ذلك، فإن EU-RNA-seq الناشئ حساس للغاية ويكتشف مئات الجينات، ولا يمكن اكتشاف تفعيلها بواسطة RNA-seq الضخم التقليدي8. سمح لنا هذا النهج أيضا بتحديد بداية تنشيط الجينات الزيغوطية الفردية بدقة وتحديد أنماط الزمان المكاني والزماني المميزة ل ZGA خلال بداية تكوين الأجنة8.
نصف هنا الإجراءات التفصيلية لتحضير العينات ل EU-RNA-seq لتحليل ملف النسخ الناشئ باستخدام أجنة Xenopus laevis المبكرة كنموذج. تم تعديل هذا البروتوكول من طريقة سابقة10,13 مع تحسينات طفيفة في الإجراءات، بما في ذلك الحقن الدقيق ل 5-EU في الأجنة ذات المرحلة الواحدة من الخلية، والبيوتينيل لحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئ عبر تفاعل النقر، وتنقيتها للتسلسل (الشكل 1). لضمان قابلية التكرار، اعتمادا على مراحل الأجنة المبكرة ذات الوفرة المتغيرة من النسخ الناشئة، يجب استخدام 1–10 ميكروغرام من إجمالي RNA كمدخل، رغم أنه يمكن استخدام كمية أقل. يمكن تطبيق هذا البروتوكول في أنظمة جنينية أخرى، مثل ذبابة الفاكهة14 وسمك الزرد15، وأنسجة أخرى13. تعد هذه الطريقة أداة قوية لفهمنا لنسخ الجينات والآليات التنظيمية في عمليات بيولوجية مختلفة، بما في ذلك كشف مبادئ جديدة لتكوين الأجنة المبكر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على العمل الحيواني الموضح في هذه الدراسة من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) في جامعة ساوث كارولينا. يجب أن تلتزم سلامة المختبرات والتخلص من النفايات باللوائح المؤسسية.
1. تحضير الكواشف والمخازن
2. حقن دقيق ل 5-EU في أجنة خلية واحدة
3. قياس استخراج وتركيز الحمض النووي الريبي الكلي
ملاحظة: استخدم مجموعة استخراج RNA كليا تعتمد على غشاء السيليكا لعزل إجمالي الحمض النووي الريبي من الأجنة المبكرة ومجموعة قياس كمية RNA عالية الحساسية تعتمد على الفلورة لتحديد تركيزات الحمض النووي الريبي. اتبع التعليمات المقدمة من المجموعة، والخطوات التالية معدلة قليلا من الدليل. يجب أن تكون جميع المحاليل والكواشف المستخدمة في الخطوات التالية خالية من RNase.
4. بيوتينيل وتنقية الحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئ
ملاحظة: تستخدم مجموعة التقاط RNA ناشئة تعتمد على الكيمياء النقرة لتحويل وسحب الحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئ. اتبع التعليمات المقدمة من الطقم، ويتم تعديل الخطوات التالية قليلا. يمكن أن تستخدم الحمض النووي الريبي من الأجنة غير المحقونة، وكذلك الحمض النووي الريبي الأوروبي بدون بيوتينيل، كعناصر تحكم خلفية لخصوصية السحب للأسفل.
5. تحضير وتسلسل مكتبة RNA
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت معالجة أجنة Xenopus laevis (أربع نسخ بيولوجية) في المراحل من 5 إلى 9 ساعات بعد الإخصاب (hpf) عند 22 درجة مئوية، والتي تغطي المراحل من المرحلة 5 (مع قليل من ZGA واسع النطاق) إلى المرحلة 9 (مع ارتفاع ZGA)، وفقا للبروتوكول أعلاه8. تم استخدام إجمالي الحمض النووي الريبي، والحمض النووي النووي المنقي من الاتحاد الأوروبي، والحمض النووي الريبي التدفق عبر المكتبات لإعداد المكتبات وتم ترتيبها. كما هو موضح في الشكل 2، من خلال مقارنة ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هنا قدمنا بروتوكولا مفصلا لوضع العلامات الأيضية على النسخ الناشئ في بداية تكوين الجنين، بما في ذلك حقن 5-EU في أجنة خلية واحدة، واستخراج إجمالي الحمض النووي الريبي وقياس تركيزاتها، وتنقية وتنقية الحمض النووي الريبي الأوروبي الناشئة لتحضير المكتبة والتسلسل (EU-RNA-Seq) (الشكل 1). نظرا للحساسية العالية والخصوصية لهذا النهج مقارنة بإجمالي تسلسل RNA، سمح لنا هذا البروتوكول ليس فقط بتحديد مستوى ووقت بداية النسخ الناشئ بدقة خلال ZGA، بل أيضا باكتشاف أنماط تنشيط مك...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلف يصرح بعدم وجود مصالح متنافسة.
نشكر مختبر ماثيو جود في جامعة بنسلفانيا على توفير التدريب. وقد دعم هذا العمل جزئيا من قبل المعهد الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية (R03HD105802).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| > ماكينة PUPM Microinjectionor | وورلد بريسيجن إنسترومنتس | UPUMP | للحقن الدقيق (الحقن الدقيق بالضغط) |
| 5-إثينيل يوريدين | ثيرمو فيشر العلمي | E10345 | للحقن الدقيق (وضع علامات على الخطوط الناشئة) |
| المجاهر الستيريو ACCU-SCOPE 3075 زووم | VWR | 470351-130 | للحقن الدقيق (رؤية الأجنة) |
| أسيتات الأمونيوم | سيغما-ألدرتش | A2706 | بالنسبة لترسيب الحمض النووي الريبي |
| حمض الأسكوربيك | سيغما-ألدرتش | A7506 | للضغط على رد الفعل |
| شعيرات زجاج البوروسيليكات | وورلد بريسيجن إنسترومنتس | TW100-4 | للحقن الدقيق (صنع إبر زجاجية) |
| الطرد المركزي | إبندورف | 5425R | للطرد المركزي |
| مجموعة التقاط الحمض النووي الريبي الناشئ Click-iT | ثيرمو فيشر العلمي | C10365 | لبيوتنيل وتنقية الحمض النووي الريبي الناشئ |
| CuSO4 | سيغما-ألدرتش | 61230 | للضغط على رد الفعل |
| DNase I | روش ديسجنوستيكس | 4716728001 | لاستخراج الحمض النووي الريبي |
| فيكول 400 | سيغما-ألدرتش | GE17-0300-10 | للحقن الدقيق (حضانة الأجنة) |
| طبق بتري زجاجي (60 مم) | VWR | 75845-542 | للتخصيب |
| الجليكوجين | ثيرمو فيشر العلمي | AM9510 | بالنسبة لترسيب الحمض النووي الريبي |
| زيت هالوكربون 27 | سيغما-ألدرتش | H8773 | للحقن الدقيق (معايرة حجم الحقن) |
| إل-سيستين | سيغما-ألدرتش | 168149 | لإزالة الأجنة |
| نصائح المكرولودر | كاليبر ساينتيفك | EPE-5242956003 | للحقن الدقيق (تحميل 5-EU في إبرة الزجاج) |
| مجموعة الكم في مكتبة NEBNext للعبة Illumina | NEB | E7630 | لقياس المكتبات |
| NSQ 500/550 Hi Output KT v2.5 (75 CYS) | إلومينا | 20024906 | للتسلسل |
| فلورومتر كوبي فليكس | ثيرمو فيشر العلمي | س33327 | لقياس تركيز الحمض النووي الريبي |
| مجموعة ربط الحمض النووي الريبي الكيوبت HS | ثيرمو فيشر العلمي | س32852 | لقياس تركيز الحمض النووي الريبي |
| مجموعة RNeasy الصغيرة | تشياغن | 74104 | لاستخراج الحمض النووي الريبي |
| ميكرومتر المرحلة | علم وارد | 470175-914 | للحقن الدقيق (معايرة حجم الحقن) |
| تسلسل RNA شامل مع NuQuant | NuGEN | 0364 | للتحضير للمكتبة |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن