Nous décrivons des méthodes permettant de visualiser la transcription naissante lors de l’activation du génome zygotique chez les cellules uniques au début de l’embryogenèse.
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Article de méthode
Nous décrivons des méthodes permettant de visualiser la transcription naissante lors de l’activation du génome zygotique chez les cellules uniques au début de l’embryogenèse.
L’embryogenèse précoce nécessite la transition maternelle-zygotique (MZT) qui nécessite l’activation du génome zygotique (ZGA). Pendant la ZGA, des centaines voire des milliers de gènes sont transcrits, ce qui est essentiel pour divers processus du développement embryonnaire précoce, notamment le maintien de la survie embryonnaire, la spécification du destin cellulaire et la formation des couches germinales. Un défi majeur dans l’étude du ZGA a été de visualiser directement le ZGA dans des cellules individuelles d’embryons précoces. Ici, nous décrivons une méthode permettant de visualiser directement la ZGA dans des cellules uniques d’embryons précoces par marquage métabolique de transcrits naissants à l’aide de 5-éthynyle uridine (5-EU), puis en conjuguant les ARN-EU naissants avec des fluorophores via la chimie du clic et en les visualisant dans des embryons montés entiers par microscopie confocale, en utilisant Xenopus laevis comme modèle. Cette méthode nous a permis de suivre la ZGA unicellulaire dans des embryons montés entiers et de révéler l’apparition hétérogène de la ZGA dans l’espace et le temps lors des débuts de l’embryogenèse. Il peut être utilisé dans d’autres systèmes embryonnaires ou tissus pour étudier la transcription génique et la régulation du génome au niveau unicellulaire.
Au début du développement, l’embryon subit la transition maternelle vers zygotique (MZT) qui déplace progressivement le contrôle du développement des facteurs maternels vers ceux des gènes zygotiques. Le MZT nécessite l’activation du génome zygotique initialement dormant, un processus appelé activation du génome zygotique (ZGA) ; les gènes exprimés pendant la ZGA sont nécessaires à la spécification précoce du destin cellulaire, à la gastrulation et à la formationdes axes 1,2. Il est important de noter que le ZGA est conservé chez tous les métazoaires, et que le moment de l’AGZ est strictement contrôlé, bien qu’il varie entre les espèces3 et 4. La dysrégulation du ZGA peut entraîner de graves conséquences, allant de défauts du développement à la mort embryonnaire, comme une fausse couche. Par conséquent, étudier les mécanismes de la ZGA est non seulement important pour comprendre les fondamentaux de la régulation génique, mais a aussi des implications cliniques significatives.
Un défi majeur dans l’étude du ZGA a été de visualiser directement le ZGA à grande échelle chez les embryons précoces et d’étudier ses mécanismes au niveau unicellulaire. Nous avons surmonté ce défi en développant une méthode utilisant le marquage métabolique des transcrits naissants pendant la ZGA avec de l’uridine 5-éthynyle (5-EU), suivi de la conjugaison des ARN-EU naissants en fluorophores via la chimie du clic et la visualisation sur des embryons montés entiers par microscopie confocale, en utilisant Xenopus laevis comme modèle. Le grand embryon de Xénopus (~1,2 mm de diamètre) contient un gradient de taille cellulaire, et le ZGA à grande échelle se situe autour des stades médiens de la blastule (avec début autour du stade 7 et pic autour du stade 9), ce qui en fait un modèle idéal pour étudier les schémas du ZGA5. En utilisant le marquage 5-EU dans les premiers embryons de Xenopus, nous avons pu visualiser et quantifier directement le ZGA à grande échelle dans des cellules individuelles d’embryons entiers précoces, ce qui nous a conduits à découvrir un nouveau schéma spatiotemporel de ZGA principalement régulé par la taille cellulaire 5,6.
Nous décrivons ici les détails de cette approche, adaptée de travaux antérieurs avec des optimisations 5,7, incluant la fixation des embryons après le marquage métabolique de transcrits naissants avec la 5-EU, la conjuguation d’ARN-EU naissants avec un fluorophore via une réactionde clic 8, et l’immunocoloration pour les marqueurs subcellulaires, suivie de l’obtention des embryons pour l’imagerie confocale. Cette méthode peut être appliquée à d’autres systèmes embryonnaires, y compris le poisson-zèbre 9,10, ou utilisée dans le séquençage pour profiler le transcriptomenaissant 11, soutenant ainsi son application générale et large dans divers types d’échantillons et d’analyses. Dans l’ensemble, cette méthode constitue un nouveau moyen important d’étudier les mécanismes régulateurs du génome chez les cellules individuelles.
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Les travaux sur les animaux décrits ici ont été approuvés par le Comité de soins et d’utilisation des animaux institutionnels (IACUC) de l’Université de Caroline du Sud.
1. Préparation avant le début du protocole
REMARQUE : Avant de commencer le protocole, préparez les solutions suivantes à l’aide d’eau sans RNase.
2. Fixation des embryons microinjectés à 5-EU
3. Conjuguation d’ARN naissants avec un fluorophore par réaction de clic
4. Immunocoloration des embryons avec des marqueurs subcellulaires (optionnelle)
5. Élimination des embryons avant imagerie confocale
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Les embryons de Xenopus laevis au stade 1-cellulaire ont été microinjectés avec du 5-EU, et ceux au stade 9 ont été fixés lorsque le ZGA à grande échelle était présent dans tout l’embryon. Les embryons ont été traités selon le protocole décrit ci-dessus. Les ARN naissants dans les embryons ont été marqués avec TAMRA-azide par réaction de clic, l’histone H3 a été marquée à l’aide d’anticorps anti-histone H3, et l’ADN a été marqué avec TO-PRO-3. Les embryons ont été imagés au micr...
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ZGA représente l’une des transitions les plus critiques lors des premiers stades du développementembryonnaire 2,3. Nous avons ici décrit des procédures détaillées pour préparer des échantillons afin de visualiser directement le ZGA dans les embryons de Xénonopus précoces montés entiers, incluant la fixation des embryons microinjectés en 5-EU, la conjuguation d’ARN naissants avec un fluorophore via la réaction clic, l’imm...
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L’auteur ne déclare aucun intérêt concurrent.
Nous remercions le laboratoire Matthew Good de l’Université de Pennsylvanie pour sa formation. Ce travail a été soutenu en partie par l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain (R03HD105802).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 16 % de paraformaldéhyde (PFA) | EMS | 15710-S | Pour la création de la solution fixative |
| 20 et fois ; SSC | Mediatech | MT46-020-CM | Pour fabriquer la solution de blanchiment |
| Mélangeur nutant 3D | VWR | 76595-802 | Pour la nutation des embryons |
| Fioles à filetage vissé de 9 mm (2 mL) | VWR | 46610-722 | Pour le traitement des embryons |
| Anticorps anti-histone H3 | Abcam | déc. 1791 | Pour l’immunocoloration |
| Acide ascorbique | Sigma-Aldrich | A7506 | Pour avoir provoqué la réaction de clic |
| Alcool benzylique | Sigma-Aldrich | 305197 | Pour le dégagement des embryons |
| Benzoate de benzyle | ACROS Organics | 105860010 | Pour le dégagement des embryons |
| Albumine sérique bovine (BSA) | Sigma-Aldrich | A3059 | Pour fabriquer la solution de blocage |
| Bouchons pour fioles à filetage de 9 mm (2 mL) | VWR | 46610-712 | Pour le traitement des embryons |
| Verre de couverture (24 mm et multiplié 40 mm) | VWR | 48393-060 | Pour fabriquer une chambre d’imagerie |
| CuSO4 | Sigma-Aldrich | 61230 | Pour avoir provoqué la réaction de clic |
| Acide éthylénétique (oxyéthylénènitrilo)acide tétraacétique (EGTA) | Thermo Fisher Scientific | AC409915000 | Pour la création de la solution fixative |
| Fiji ImageJ | NIH | Pour le traitement de l’imagerie | |
| Formamide | Thermo Fisher Scientific | AC181090010 | Pour fabriquer la solution de blanchiment |
| Pipettes à pasteur-verre | VWR | 14673-010 | Pour transférer le BABB |
| Anticorps secondaire anti-lapin de chèvre Alex Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A27034 | Pour l’immunocoloration |
| Sérum de chèvre | Abcam | ab7481 | Pour fabriquer la solution de blocage |
| Peroxyde d’hydrogène | Sigma-Aldrich | H1009 | Pour fabriquer la solution de blanchiment |
| Sulfate de magnésium (MgSO4) | Thermo Fisher Scientific | M65-500 | Pour la création de la solution fixative |
| Méthanol | Thermo Fisher Scientific | A4524 | Pour déshydrater les embryons |
| Méthanol, anhydre | Sigma-Aldrich | 322415 | Pour déshydrater les embryons |
| MOPS | Thermo Fisher Scientific | AC172631000 | Pour la création de la solution fixative |
| Mélangeur nutant multimode | VWR | 76595-812 | Pour la nutation des embryons |
| Pipette de transfert en plastique | Thermo Fisher Scientific | 13-711-9AM | Pour transférer des embryons |
| Lame de rasoir | Thermo Fisher Scientific | 18-100-970 | Pour découper des bandes |
| Eau sans RNase | Thermo Fisher Scientific | BP561-1 | Pour créer des solutions sans Rnase |
| Roto-Mini PLUS (rotateur) | VWR | 470313-912 | Pour la roation des embryons |
| Tétraméthylrhodamine (TAMRA)-azide | Abcam | ab146486 | Pour avoir provoqué la réaction de clic |
| TO-PRO-3 | Thermo Fisher Scientific | T3605 | Pour colorer l’ADN |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 10789704001 | Pour fabriquer le tampon de lavage |
| Base Trizma (Base Tris) | Sigma-Aldrich | T1503 | Pour fabriquer le tampon Tris |
| Bandes VHB 3M GPH-110GF (45 mil.) | VWR | 76524-608 | Pour fabriquer une chambre d’imagerie |
| Microscope confocal Zeiss LSM 700 | Zeiss | Pour l’imagerie confocale |
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