מאמר זה מתאר פרוטוקול לניטור מהיר ויעיל של מתילציה תקינה וחריגה של ציטוזין בתוך עוברי דגי זברה שלמים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר פרוטוקול לניטור מהיר ויעיל של מתילציה תקינה וחריגה של ציטוזין בתוך עוברי דגי זברה שלמים.
מתילציה של ציטוזין נשמרת מאוד בין מיני בעלי חוליות, וכגורם מפתח לתכנות אפיגנטי ולמצב הכרומטין, יש תפקיד קריטי בהתפתחות העוברית המוקדמת. שינויים אנזימטיים מניעים מתילציה פעילה ודה-מתילציה של ציטוזין ל-5-מתיל-ציטוזין (5-mC) ולאחר מכן חמצון של 5-mC ל-5-הידרוקסי-מתיל-ציטוזין, 5-פורמילציטוזין ו-5-קרבוקסילציטוזין. תכנות מחדש אפיגנטי הוא תקופה קריטית במהלך התפתחות הרחם , ולחשיפה אימהית לכימיקלים יש פוטנציאל לתכנת מחדש את האפיגנום בתוך הצאצאים. זה עלול לגרום לתוצאות שליליות כגון השלכות פנוטיפיות מיידיות, השפעות ארוכות טווח על רגישות למחלות מבוגרים והשפעות טרנס-דוריות של סימנים אפיגנטיים תורשתיים. למרות שריצוף מבוסס ביסולפיט מאפשר לחוקרים לחקור מתילציה של ציטוזין ברזולוציית זוג בסיסים, גישות מבוססות ריצוף הן בעלות גבוהה, וככאלה, מונעות את היכולת לנטר מתילציה של ציטוזין בשלבי התפתחות, ריכוזים מרובים לכל כימיקל, ולשכפל עוברים לכל טיפול. בשל הקלות של הדמיית in vivo אוטומטית, מניפולציות גנטיות, זמן התפתחות מהיר של רחם לשעבר , וגידול במהלך העוברים, עוברי דגי זברה ממשיכים לשמש כמודל שלם מבחינה פיזיולוגית לחשיפת מסלולים בתיווך קסנוביוטי התורמים לתוצאות שליליות במהלך ההתפתחות העוברית המוקדמת. לכן, תוך שימוש בנוגדנים ספציפיים ל-5 mC הזמינים מסחרית, אנו מתארים אסטרטגיה חסכונית לניטור מהיר ויעיל של מתילציה של ציטוזין בתוך עוברי דגי זברה בודדים ושלמים על ידי מינוף אימונוהיסטוכימיה שלמה, הדמיה אוטומטית בעלת תוכן גבוה ועיבוד נתונים יעיל באמצעות שפת תכנות לפני ניתוח סטטיסטי. למיטב ידיעתו, שיטה זו היא הראשונה לזהות ולכמת בהצלחה רמות של 5-mC באתרם בתוך עוברי דגי זברה במהלך ההתפתחות המוקדמת. השיטה מאפשרת זיהוי של מתילציה של דנ"א בתוך מסת התא ויש לה גם את היכולת לזהות מתילציה של ציטוזין של mRNA אימהי מקומי חלמון במהלך המעבר האימהי לזיגוטי. באופן כללי, שיטה זו תהיה שימושית לזיהוי מהיר של כימיקלים שיש להם פוטנציאל לשבש מתילציה של ציטוזין באתרה במהלך תכנות מחדש אפיגנטי.
שינויים אנזימטיים מניעים מתילציה פעילה ודה-מתילציה של ציטוזין ל-5-מתיל-ציטוזין (5-mC) ולאחר מכן חמצון של 5-mC ל-5-הידרוקסי-מתיל-ציטוזין, 5-פורמילציטוזין ו-5-קרבוקסילציטוזין 1,2. טריס(1,3-דיכלורו-2-פרופיל) פוספט (TDCIPP) הוא מעכב בעירה בשימוש נרחב בארצות הברית שהוכח בעבר כמשנה את המסלול של מתילציה ציטוזין בעקבות חשיפה עוברית מוקדמת מ-0.75 שעות לאחר ההפריה (HPF) ועד גסטרולציה מוקדמת (6 כ"ס)3,4,5,6,7,8 . בתוך בעלי חוליות, 5-mC ונגזרותיו המתוקנות הם קריטיים לוויסות ההתפתחות העוברית המוקדמת9. הפריה של עובר גורמת לדה-מתילציה של הדנ"א ההורי, ואחריה פירוק mRNA אימהי, הפעלת הגנום הזיגוטי ומתילציה מחדש של הגנום הזיגוטי9. תהליכים רלוונטיים ביולוגית המשתמשים במתילציה של ציטוזין כוללים שינוי היסטון, גיוס מכונות שעתוק, מתילציה של RNA, תכנות מחדש אפיגנטי וקביעת מבנה הכרומטין10,11. מתילציה של ציטוזין נשמרת גם בקרב מיני בעלי חוליות, מה שמדגיש את החשיבות של הבנה וחקירה של האופן שבו מתילציה של ציטוזין סוטה עשויה להשפיע על מסלול ההתפתחות של אורגניזם11. יתר על כן, התפתחות הרחם רגישה לחשיפה אימהית ויש לה פוטנציאל לגרום לתוצאות שליליות כגון השלכות פנוטיפיות מיידיות, השפעות ארוכות טווח על רגישות למחלות מבוגרים, והשפעות טרנס-דוריות של סימנים אפיגנטיים תורשתיים12,13,14.
קטעים ארוכים של זוגות ציטוזין-גואנין, או איי CpG, היו המוקדים העיקריים של חוקרים שמטרתם לאפיין את הדינמיקה של מתילציה של ציטוזין על פני הגנום15,16,17. אסטרטגיות מבוססות ביסולפיט כגון ריצוף ביסולפיט בגנום שלם, ריצוף ביסולפיט בייצוג מופחת וריצוף אמפליקון ביסולפיט מייצגות את תקן הזהב לחקר מתילציה של ציטוזין ברזולוציית זוג בסיסים. עם זאת, גישות מבוססות ריצוף הן בעלות גבוהה, וככאלה, מונעות את היכולת לנטר מתילציה של ציטוזין בשלבי התפתחות, ריכוזים מרובים לכל כימיקל, ולשכפל עוברים לכל טיפול. בנוסף, גישות מבוססות ריצוף אינן מספקות מידע על לוקליזציה מרחבית, שהיא קריטית להבנת סוגי תאים ואזורים שעלולים להיות מושפעים בתוך עובר מתפתח. באופן דומה, מבחני מתילציה גלובליים של דנ"א, כגון ניתוח הגבלות תלויות מתילציה, בדיקות חיסוניות הקשורות לאנזים 5-mC (ELISAs), וספקטרומטריית כרומטוגרפיה-מסה נוזלית 5-מתיל-2'-דאוקסיציטידין (5-mC) (LC-MS) מסת על הומוגנאטים של תאים או רקמות, וככאלה, מונעים את היכולת לנטר את הלוקליזציה והגודל של מתילציה של ציטוזין על פני מרחב וזמן בתוך דגימות שלמות12,18.
בשל הקלות של הדמיית in vivo אוטומטית, מניפולציות גנטיות, זמן התפתחות מהיר של הרחם לשעבר , וגידול במהלך העוברים, עוברי דגי זברה ממשיכים להיות בשימוש נרחב כמודלים שלמים מבחינה פיזיולוגית כדי לחשוף מסלולים בתיווך קסנוביוטי התורמים לתוצאות שליליות במהלך ההתפתחות העוברית המוקדמת. לכן, תוך שימוש בנוגדנים זמינים מסחרית ספציפיים ל-5-mC, הפרוטוקול שלהלן מתאר אסטרטגיה חסכונית לניטור מהיר ויעיל של מתילציה של ציטוזין בתוך עוברים בודדים ושלמים של דגי זברה על ידי מינוף אימונוהיסטוכימיה שלמה (IHC), הדמיה אוטומטית בעלת תוכן גבוה ועיבוד נתונים יעיל באמצעות שפת תכנות לפני ניתוח סטטיסטי.
למיטב ידיעתו, שיטה זו היא הראשונה לניטור 5-mC בתוך עוברים שלמים של דגי זברה. השיטה מאפשרת זיהוי של מתילציה של דנ"א בתוך מסת התא ויש לה גם את היכולת לזהות מתילציה של ציטוזין של mRNA אימהי מקומי חלמון במהלך המעבר האימהי לזיגוטי. באופן כללי, שיטה זו תהיה שימושית לזיהוי מהיר של כימיקלים שיש להם פוטנציאל לשבש מתילציה של ציטוזין באתרה במהלך תכנות מחדש אפיגנטי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מגדלים בוגרים טופלו וטופלו בהתאם ל 20180063 פרוטוקול שימוש בבעלי חיים (IACUC) שאושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד.
1. איסוף עוברים של דגי זברה וחשיפה כימית
2. דכוריונציה של עוברים
3. אימונוהיסטוכימיה באמצעות נוגדן ספציפי ל-5 mC
4. הדמיה אוטומטית של עוברים בתוך לוחות 96 בארות
5. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא לקבוע אם טיפול משפיע על השפע היחסי של 5-mC על ידי הערכת השטח הכולל והעוצמה היחסית של פלואורסצנטיות בתוך עוברים קבועים ומסומנים של דגי זברה. לאחר השלמת הפרוטוקול, ניתן להשתמש בסטריאומיקרוסקופ פלואורסצנטי כדי לקבוע תחילה אם IHC השלם היה מוצלח. כאשר עוברים מסומנים נצפים תחת מסנן FITC או GFP, תוצאה חיובית מסומנת על ידי אות FITC חיובי בתוך העובר, ואילו תוצאה שלילית מסומנת על ידי היעדר פלואורסצנטיות בתוך עוברי בקרה. באמצעות מערכת סינון בעלת תוכן גבוה, ניתן לאשר תוצאות אלה גם במהלך רכישת תמונה בא...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במהלך פרוטוקול זה, ישנם כמה שלבים שהם קריטיים. ראשית, בעת דכוריזציה של עוברים, חשוב לכוון את המחט הרחק מהרקמה של העובר/שק החלמון/מסת התא, שכן חלקים אלה של העובר המתפתח שבריריים מאוד וקלים לניקוב. שנית, בעת העברת עוברים מסומנים לבארות בודדות, השתמש בפיפטה מזכוכית כדי להעביר עוברים מכיוון שהם יידבקו לפיפטה מפלסטיק. שלישית, בעת ביצוע IHC הרכבה שלמה, ודא כי הצלחת מוגנת מפני אור. לבסוף, לאחר השלמת פרוטוקול IHC בהרכבה מלאה, אפשרו לצלחת לדגור ב-PBS 1x ב-4 מעלות צלזיוס למשך הלילה לפני ההדמיה, מכיוון שהדבר ימזער את ה-autofluoresc...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי לא ידוע להם על אינטרסים כלכליים מתחרים או קשרים אישיים שיכולים היו להשפיע לכאורה על העבודה המדווחת במאמר זה.
תמיכה מחקרית ניתנה על ידי מלגת חטיבת בוגרי UCR ל- SAB, מלגת תוכנית הכשרה של NRSA T32 (T32ES018827) ל- SAB, ומענק של המכונים הלאומיים לבריאות (R01ES027576) ופרויקט האצ'ים של המכון הלאומי למזון וחקלאות של USDA (1009609) ל- DCV.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות מיקרוצנטריפוגה 1.5 מ"ל | פישר סיינטיפיק | 540225 | |
| 10-& L זכוכית מיקרו-נימי | פיפטה פישר סיינטיפיק | 211762B | |
| צלחת פטרי מפלסטיק 100 מ"מ | פישר סיינטיפיק | 08757100D | |
| 10x פוספט חוצץ מלח | פישר סיינטיפיק | BP399500 | |
| פיפטה 1 מ"ל | פישר סיינטיפיק | 13690032 | |
| 250 מ"ל בקבוק ארלנמאייר | פישר סיינטיפיק | FB501250 | |
| פיפטה 5 מ"ל | פישר סיינטיפיק | 13690033 | |
| צלחות פטרי זכוכית 60 מ"מ עם מכסים | פישר סיינטיפיק | 08747A | |
| צלחת 96 בארות | פישר סיינטיפיק | 720089 | |
| AlexaFluor 488 מצומד עז נגד עכבר IgG נוגדן | פישר סיינטיפיק | A21121 | |
| אלבומין סרום בקר | פישר סיינטיפיק | BP67110 | |
| DMSO | פישר סיינטיפיק | BP2311 | |
| פלטה חמה | Fisher Scientific | 1110016SH | |
| מלכודות רבייה בתוך המיכל | בתי גידול מימיים | N/A | מוצר זה אינו זמין עוד בעקבות רכישת בתי גידול מימיים על ידי Pentair. חוקרים יכולים להשתמש במיכלי גידול סטנדרטיים מחוץ למערכת הזמינים ממספר ספקים. |
| ImageXpress Micro XLS מערכת סינון בעלת תוכן גבוה Widefield | התקנים מולקולריים | N / A | כל מערכת סינון בעלת תוכן גבוה המצוידת באור משודר ומסנן FITC תתאים. |
| סל אימונוכימיה (IHC) | N/A | N/A | מיוצר בבית באמצעות צינורות מיקרוצנטריפוגה עם חלק חרוטי שהוסר ותחתית מצוידת ברשת, בגודל של צלחות של 24 או 48 בארות. |
| מטאקספרס - MetaXpress 6.0.3.1658 | התקנים מולקולריים | N/A | כל תוכנה המסוגלת לכמת את השטח הכולל ואת העוצמה המשולבת של הקרינה תתאים. |
| Microspatula | Fisher Scientific | 2140115 | |
| נוגדן נגד 5-mC עכבר חד-שבטי | Millipore Sigma | MABE146 | |
| NaOH | Fisher Scientific | BP359-500 | |
| Orbital shaker | פישר סיינטיפיק | 50998290 | |
| Parafilm | פישר סיינטיפיק | 1337412 | |
| פרפורמלדהיד | פיפטת העברת פלסטיק Fisher Scientific | 18612139 | |
| Fisher Scientific | 1368050 | ||
| Rstudio | RStudio | N/A | RStudio היא תוכנת קוד פתוח וניתן להוריד אותה בכתובת https://www.rstudio.com. |
| סרום כבשים | Millipore Sigma | S3772-5ML | |
| סטריאומיקרוסקופ | Leica | 10450103 | |
| אינקובטור מבוקר טמפרטורה | פישר סיינטיפיק | PR505755L | |
| Tween-20 | פישר סיינטיפיק | P7949-500 מ"ל |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.