הקמנו את מערכת ה-PSmOrange הניתנת להמרה ככלי רב עוצמה, ישר קדימה וזול למעקב אחר תאים in vivo ברקעים טרנסגניים של GFP. פרוטוקול זה מתאר את יישומו במערכת המודל של דג הזברה.
מאמר שיטה
הקמנו את מערכת ה-PSmOrange הניתנת להמרה ככלי רב עוצמה, ישר קדימה וזול למעקב אחר תאים in vivo ברקעים טרנסגניים של GFP. פרוטוקול זה מתאר את יישומו במערכת המודל של דג הזברה.
ההתפתחות המהירה של עוברי דג הזברה השקופים (Danio rerio) בשילוב עם תיוג פלואורסצנטי של תאים ורקמות מאפשרת לדמיין תהליכי התפתחות כפי שהם מתרחשים בבעל החיים החי. ניתן לתייג תאים מעניינים על ידי שימוש במקדם ספציפי לרקמה כדי להניע את הביטוי של חלבון פלואורסצנטי (FP) ליצירת קווים טרנסגניים. שימוש בחלבונים פלואורסצנטיים הניתנים להמרה למטרה זו מאפשר בנוסף לעקוב במדויק אחר מבנים מוגדרים בתחום הביטוי. הארת החלבון באזור העניין, משנה את ספקטרום הפליטה שלו ומדגישה תא או מקבץ תאים מסוים ומשאירה תאים טרנסגניים אחרים בצבעם המקורי. מגבלה עיקרית היא היעדר מקדמים ידועים למספר רב של רקמות בדג הזברה. לעומת זאת, מסכי מלכודות גנים ומשפרים יצרו משאבים טרנסגניים עצומים המתייגים באופן דיסקרטי את כל המבנים העובריים בעיקר עם GFP או במידה פחותה FPs אדומים או צהובים. גישה לעקוב אחר מבנים מוגדרים ברקעים טרנסגניים כאלה תהיה להכניס בנוסף חלבון הניתן להמרה בכל מקום, שניתן להמיר בתא/ים המעניינים. עם זאת, החלבונים הניתנים להמרה לאור הזמיניםכוללים מצב פליטה ירוק ו/או בתדירות נמוכה יותר 1 ולכן לעתים קרובות לא ניתן להשתמש בהם כדי לעקוב אחר תאים ברקע FP של קווים טרנסגניים קיימים. כדי לעקוף בעיה זו, הקמנו את מערכת PSmOrange עבור דג הזברה2,3. מיקרו-הזרקה פשוטה של mRNA סינתטי המקודד צורה גרעינית של חלבון זה מסמנת את כל גרעיני התא עם פלואורסצנטיות כתומה/אדומה. עם המרה ממוקדת של החלבון, הוא מעביר את ספקטרום הפליטה שלו לאדום רחוק. היעילות הקוונטית והיציבות של החלבון הופכות את PSmOrange לכלי מעולה למעקב אחר תאים עבור דגי זברה ואולי מיני טלאוסט אחרים.
טכניקות הדמיה המשפרות באופן אקספוננציאלי מאפשרות מעקב אחר תהליכי התפתחות לאורך תקופות זמן של עד כארבעה ימים רצופים3. בדגי הזברה ובמערכות רבות אחרות של מודלים של בעלי חיים, תאים ספציפיים, רקמות, מבנים אקסונליים או כלי דם מסומנים על ידי חלבונים פלואורסצנטיים ירוקים או לפעמים אדומים או צהובים כדי להקל על ההדמיה. עם זאת, ברוב הקווים הטרנסגניים הטרנסגן אינו מתבטא באופן ספציפי בתאים המעניינים אלא גם במבנים נוספים, מה שמפריע למעקב מדויק של תאים בודדים או קבוצות תאים.
חלבונים פלואורסצנטיים הניתנים להמרה מתאימים היטב למעקב אחר תאים במהלך ההתפתחות העוברית. התנאים המוקדמים ליישום חלבונים כאלה הם אופי ארוך טווח, טווח פליטה מופרד היטב בעת המרה ופלואורסצנטיות בהירה. חלבונים הניתנים להמרה לאור זמינים כוללים את אלה המשנים את טווח הפליטה שלהם עם ההמרה כגון Kaede4, KiGR5, mEos26, PS-CFP2 או Dendra27 ואחרים שהם פלואורסצנטיים רק כאשר הם מופעלים באור (PAmCherry8, PAGFP9 או PATagRFP10). עם זאת, היישומים שלהם למעקב אחר תאים בבעלי חיים טרנסגניים קיימים מוגבלים מכיוון שהם כוללים לעתים קרובות מצב פלואורסצנטי ירוק או אינם עומדים בכל הקריטריונים לעיל. רק לאחרונה, סובאך ועמיתיו דיווחו על חלבון PSmOrange, שמשנה את פליטתו מכתום/אדום לאדום רחוק עם המרת אור ויושם בהצלחה בתאים בתרבית ובתאים מתורבתים שהוזרקו לעכברים2.
כדי לחקור את התאמת החלבון למעקב אחר תאים בעובר חי, יצרנו מבנה ביטוי להזרקת מיקרו של H2B-PSmOrange מתויג גרעיני לעוברי דג זברה. אנו מוצאים כי החלבון ממלא את כל התנאים המוקדמים למעקב מוצלח אחר תאים ברקע טרנסגני של GFP במהלך 4 הימים הראשונים (ואולי יותר) של ההתפתחות העוברית של דג הזברה. במהלך תקופה זו, רוב אירועי נדידת התאים מסתיימים בדגים, מה שהופך את מערכת PSmOrange לתוספת מצוינת לערכת הכלים של דג הזברה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תמלול mRNA H2B-PSmOrange במבחנה טיהור mRNA
2. H2B-PSmOrange mRNA Microinjection לעוברי דג הזברה
3. עובר והטבעה
4. PSmOrange photoconversion
5. העובר לרדת מעל אה"ע
6. ניתוח הגורל של תאים המבטאים חלבון photoconverted PSmOrange
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 מדגים דוגמה של מערכת photoconversion PSmOrange. מתחם האצטרובל הוא מבנה משומר ב diencephalon הגבה חוליות. כמו חוליות רבות אחרות, מורכבים זה מורכב של איבר האצטרובל במרכז של diencephalon ותאי parapineal צדדי-השמאל. ניסויים משחררים רפרוף אלגנטיים אבל גוזל זמן הראו כי תאי parapineal מקורן בחלק הקדמי של איבר האצטרובל 13. ב TG (foxD3: GFP); TG (FLH: GFP) עוברים מהונדס, שני תאים האצטרובל ואת parapineal מסומנים במהלך הפיתו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עובר מהונדסים נושאת כתבי ניאון סייע ביסודו להבין התפתחות עוברית. עם זאת, יש עדיין הצורך החיוני עבור יזמים כדי להקל על ויזואליזציה הספציפי של מבנים בפרט. בהיעדרם, החוקרים מסתמכים על טכניקות כגון photoconversion של חלבוני ניאון כדי לברר על מוצאם והתפתחותם של מבנה האינטרס שלהם. זה בתורו הוא תנאי חיוני כדי לזהות את המנגנונים המולקולריים המעורבים בפיתוח שלה. התקדמות טכנית בתחום דג הזברה כעת לאפשר להחליף את FP בקווים מהונדסים עם, למשל, חלבוני photoconvertible באמצעות נקישה בתיווך CRISPR...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים ל-O. Subach על אספקת הפלסמיד המקורי H2B-PSmOrange ולצוות מתקן הדגים שלנו לטיפול בדגים. אנו אסירי תודה למרכז ההדמיה של Nikon באוניברסיטת היידלברג על הגישה לציוד מיקרוסקופיה ולתוכנת ניתוח. אנו מודים על תמיכתו של מתקן הליבה להדמיית תאים חיים במנהיים ב-CBTM (DFG INST 91027/10-1 FUGG). עבודה זו נתמכה על ידי Excellenzcluster CellNetworks, EcTop תיאום מרחבי-זמני של תהליכי איתות (EcTop 2), אוניברסיטת היידלברג ל-C.A.B. והפקולטה לרפואה מנהיים של אוניברסיטת היידלברג וה-DFG (FOR 1036/2, 298/3-1 ו-298/6-1) ל-M.C.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ערכת טיהור PCR | Qiagen | 28104 | |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 ערכת תמלול | אמביון | AM1340 | |
| RNeasy MiniElute ערכת ניקוי | Qiagen | 74204 | |
| מעבדות אלפא | פסטר מפלסטיק | LW4000 | |
| מקורי H2B-PSmOrange פלסמיד | Addgene | 31920 | הפלסמיד המתואר במאמר הוא זמין במעבדת Carl |
| FemtoJet Microinjector | Eppendorf | 5247 000.013 | |
| מלקחיים (5 Inox) | NeoLab | 2-1633 | |
| Lab-Tek II Chambered #1.5 מערכת Coverglass גרמנית | Nunc | 155382 | |
| Nikon A1R+ | Nikon GmbH גרמניה | ללא מספר | |
| Nikon PLAN Apo λ 20X air objective | Nikon GmbH גרמניה | ללא מספר | |
| NIS Elements AR Software (v. 4.30.02) | Nikon GmbH גרמניה/הדמיה מעבדתית | ללא מספר |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה