2018年4月30日
斑马鱼最近被用作一个体内模型系统, 用于研究开发过程中 DNA 复制的时机。这里详细介绍了使用斑马鱼胚胎来描述复制时间的协议。该协议可以很容易地适应于研究突变体、个体细胞类型、疾病模型和其他物种的复制时间。
该程序的总体目标是从处于不同发育阶段的斑马鱼胚胎生成全基因组 DNA 复制时序图。这种方法可以帮助回答细胞周期和染色质生物学领域的关键问题,例如胚胎发育过程中发生的染色质变化如何影响 DNA 复制分叉的启动。该技术的主要优点是它映射了胚胎发育的确定阶段体内发生的复制变化。
虽然这种方法可以深入了解斑马鱼发育过程中 DNA 复制如何变化,但它也可以应用于其他系统或模式生物,例如被毛动物、青蛙和苍蝇。一般来说,这种方法的新手可能会很挣扎,因为从斑马鱼胚胎中生成单细胞悬液确实需要一些练习。在收集胚胎的前一天晚上,将数十只繁殖成虫放入繁殖池中,使用大致相等数量的雄性和雌性。
根据实验,使用以下育种策略之一。对于第一种繁殖策略,将一些雄性和雌性斑马鱼放入单独的繁殖池中,并使用隔板将雄性和雌性分开。如果使用这种方法,请设置许多不同的繁殖池并汇集每个繁殖池的胚胎,以确保生物变异性代表种群。
对于第二种繁殖策略,将数十只雄性和雌性斑马鱼组合在一个大型繁殖池中。只要有足够多的胚胎,就使用此策略。可以合理地假设他们来自不同的创始人,因此在基因上代表了该人群。
要进行定时交配,请在早上光照循环开始时立即开始。让鱼在浅水中繁殖 10 分钟,假底让胚胎逃脱。10 分钟后,将胚胎倒入过滤器中,然后使用洗涤瓶冲洗到 10 厘米的板中,以收集胚胎。
汇集在同一时间点收集的所有胚胎,用收集时间标记它们,并立即将它们放入 28.5 摄氏度的培养箱中。为了确保收集同步发育的胚胎,每 10 分钟收集一批胚胎至关重要。这对于胚胎发育的早期阶段尤其重要。
预计一天内一对交配会产生数百个胚胎。让成虫以 10 分钟为周期繁殖,直到获得的胚胎数量少于 20 个。采集后大约 1 到 1.5 小时,对胚胎进行分类,将它们从培养箱中取出,在解剖显微镜下观察它们,然后对它们进行分类以去除死卵和未受精的卵子。
对胚胎进行计数,并将它们以每 10 厘米板 100 个胚胎的密度放置。加入新鲜的 E3 培养基,将胚胎放回 28.5 摄氏度的培养箱中。当胚胎达到所需的发育阶段时,根据斑马鱼胚胎发育阶段,在光学显微镜下验证阶段的形态。
如果胚胎为 48 hpf 或更小,则最多可将 1500 个分期胚胎转移到 15 毫升锥形管中,并使用 E3 洗涤数次。对于每 100 个胚胎,加入 1 毫升 E3 和 20 微升 Pronase 溶液并轻轻旋转。多达 1500 个胚胎可以用 15 毫升 E3 在单管中去绒毛膜。将试管侧放,并将胚胎均匀排列,以确保最大的表面积体积比。
每两到三分钟轻轻搅动试管,直到所有绒毛膜都从胚胎上脱落。总去绒毛膜时间将根据链霉蛋白酶活性而变化。去除上清液,用 10 毫升 E3 轻轻冲洗胚胎 3 次。
将胚胎置于冰上并去除剩余的 E3 后,每 500 个胚胎使用 1 毫升新鲜制备的冰冷脱盐洗涤样品。接下来,使用 P1000 轻轻上下移液胚胎 5 到 10 次,以破坏蛋黄袋。然后,将 1 mL 样品转移到 1.5 mL 微量离心管中,并在 4 摄氏度和 500 倍重力下离心样品 5 分钟。
样品的移液强度必须足够大,以产生单细胞悬液而不裂解细胞。此步骤需要一些练习。去除上清液,用一毫升冰冷的 1x PBS 洗涤沉淀以去除林格氏溶液。
然后,再次离心样品。小心地去除上清液,并将细胞重悬于一毫升 1x PBS 中。然后,将试管放在冰上。
将 3 毫升冰冷的乙醇加入 15 毫升锥形管中,并在低温下轻轻涡旋 EtOH 管。使用 P1000,将斑马鱼胚胎细胞悬液缓慢滴入 EtOH 中,同时继续涡旋。加入总共 1 毫升胚胎细胞悬液,得到 75% EtOH 的最终固定溶液。
加入 1 毫升细胞悬液后,轻轻旋转试管混合,并在零下 20 摄氏度下侧放至少一小时,或将悬液存放在冰箱中两到三周。为了对胚胎 DNA 进行染色,在从负 20 摄氏度中取出 EtOH 固定的胚胎细胞后,将试管以 1500 倍重力和 4 摄氏度离心 5 分钟。将试管放在冰上,小心地去除上清液。
然后,使用 P1000 将细胞轻轻重悬于一毫升新鲜制备的冷 PBS-BSA 中。将细胞在 1500 倍重力和 4 摄氏度下离心 5 分钟,然后将样品置于冰上。然后,去除上清液,每 1, 000 个胚胎加入 200 微升碘化丙啶染色液并重悬细胞。
让细胞在 PI 溶液中在冰上孵育 30 分钟,每 5 分钟轻轻混合一次。将 40 微米尼龙细胞过滤器放在冰上的 50 毫升锥形管上。然后,轻轻移液细胞,通过网孔混合和过滤细胞溶液。
使用注射器柱塞的扁平内侧端,轻轻破坏网片上任何剩余的细胞团块。对于每 1, 000 个胚胎,使用 500 微升冷 PBS-BSA 通过过滤器冲洗细胞。将 40 微米的网孔放在冰上的 15 毫升锥形管上,然后将 50 毫升锥形管中的细胞悬液第二次过滤到 15 毫升管中。
最后,使用合适的细胞分选仪器,将激光激发设置为 561 纳米,发射检测设置为 610 超过 20,以检测碘化丙啶。对单元格进行排序,并根据文本协议进行其他分析。为了确定读取映射质量,必须首先使用 mapQ 值的统计数据将测序数据与基因组对齐。
此外,计算出的读长统计数据绘制为所有测序读长的插入片段大小分布的直方图。这个特定的实验导致中位数为 170 bp。此条形图说明了总映射读数、包含低质量标志的读数、映射到不同染色体的对的读数、超出距离阈值的对读数以及 PCR 重复的读数的读数统计数据。
此处列出了斑马鱼样品典型测序运行中总映射、未映射和未配对读长的代表性数量、覆盖率和读长分离度。筛选后,在可变大小的窗口中确定读取计数,并对数据进行平滑和规范化。此处显示了用于生物重复的代表性斑马鱼染色体的典型平滑和归一化复制时序曲线。
生物学和实验重复的图谱应非常相似,并且沿染色体长度也显示出高度相关性。图谱还应显示全基因组时间值之间的高度相关性。色图表示 Pearson 的相关系数。
在尝试此过程时,最重要的是要记住确保收集同步发育的胚胎。按照这个程序,可以执行其他方法,如吗啉代注射或 CRISPR-Cas9 诱变,以回答其他问题,例如 DNA 复制与其他发育过程协调的机制是什么?看完这个视频后,你应该对如何从同步发育的斑马鱼胚胎中收集细胞周期的特定阶段有一个很好的了解。
收集这些样本对于生成全基因组 DNA 复制时序图至关重要。
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本文详细介绍了从斑马鱼胚胎中生成全基因组DNA复制时间图的协议,该胚胎处于不同的发育阶段。该方法提供了对胚胎发育过程中染色质变化及其对DNA复制启动影响的见解。
Understanding DNA replication timing dynamics provides mechanistic insights into chromatin regulation and genomic stability, which are critical for target validation in oncology and developmental disorder research. The zebrafish in vivo model enables high-resolution, stage-specific replication timing profiling, supporting predictive confidence in early discovery by linking chromatin architecture to replication initiation. This approach facilitates biological de-risking of therapeutic hypotheses by revealing how developmental perturbations affect genome-wide replication patterns.
The method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis testing through preclinical validation, offering a reproducible in vivo readout of replication dynamics that informs mechanistic de-risking and assay readiness.