אנו מספקים שיטות מפורטות לתיוג מטבולי ולטיהור תמלילים מתחילים לניתוח טרנסקריפטום בעוברים מוקדמים של Xenopus באמצעות 5-אתיניל-אורידין (5-EU).
מאמר שיטה
אנו מספקים שיטות מפורטות לתיוג מטבולי ולטיהור תמלילים מתחילים לניתוח טרנסקריפטום בעוברים מוקדמים של Xenopus באמצעות 5-אתיניל-אורידין (5-EU).
העובר המוקדם דורש שעתוק חדש של גנים זיגוטיים מהגנום הזיגוטי שהיה רדום לאחר ההפריה. אתגר מרכזי היה לזהות במדויק את התמלילים החדשים ולקבוע את זמן הביטוי שלהם במהלך הפעלת הגנום הזיגוטי (ZGA). כאן, אנו מספקים נהלים מפורטים לתיוג מטבולי של התמלולים המתפתחים על ידי 5-אתיניל-אורידין (5-EU) בעוברים מוקדמים של Xenopus laevis . לאחר ההפריה, 5-EU מוזרק מיקרו לעוברים בשלב תא אחד כדי לסמן מטבולית את ה-RNA החדש שהועתקו במהלך ZGA. ה-EU-RNA המתהווים מטוהרים לאחר ביוטינילציה באמצעות תגובות מתווכות בכימיה קליק, והטרנסקריפטום המתהווה נקבע באמצעות ריצוף מהדור הבא. חשוב לציין כי שיטה זו בעלת רגישות וספציפיות גבוהות שמאפשרות אפיון של גנים שמופעלים בפועל נמוך. לכן, גישה זו מספקת כלי עוצמתי לחקר הדינמיקה של שעתוק גנים במהלך ההתפתחות המוקדמת, וניתן להכליל אותה למערכות או רקמות עובריות אחרות.
לאחר ההפריה, העובר נמצא תחת שליטה של גורמים אימהיים שמופקדים בביצית, בעוד שהגנום הזיגוטי שקט לשעתוק למשך תקופה; הוא מופעל כדי לתמלל מאות עד אלפי גנים החיוניים להתפתחות מאוחרת יותר, כולל הגדרת גורל התא ויצירת שכבת הנבט 1,2,3,4,5,6. תופעה זו של הפעלת הגנום הזיגוטי (ZGA) במהלך המעבר מהאם לזיגוטי (MZT) שמורה מאוד בכל מיני המטאזואה, אם כי תזמון ה-ZGA משתנה בין מינים 1,2,3,4,5,6. הבנת האופן שבו ZGA מווסת אינה רק חשובה להבנת העקרונות הבסיסיים של ההתפתחות המוקדמת, אלא גם מציעה פוטנציאל לפיתוח אסטרטגיות חדשות לאבחון וטיפול בהפרעות התפתחותיות ולהגברת בריאות הרבייה.
אתגר מרכזי בחקר ZGA היה לזהות במדויק תמלולים חדשים ולקבוע את זמן הופעתם במהלך הפעלת הגנום הזיגוטי (ZGA). עקב הדומיננטיות של תמלולים אימהיים בעובריםמוקדמים 7, הרמות הגבוהות של תמלולים אלו יכולות להסתיר את גילוי התמלולים החדשים במהלך ZGA, במיוחד עבור גנים בעלי פעילות נמוכה, באמצעות RNA-seq קונבנציונלי. כדי להתגבר על האתגר הזה, פיתחנו שיטה למדידת הטרנסקריפטום המתהווה באמצעות תיוג מטבולי של התמלילים המתפתחים עם 5-אתיניל-אורידין (5-EU), ולאחר מכן ביוטינילציה של ה-EU-RNA המתהווים באמצעות כימיה בלחיצה וטיהורם לצורך ריצוף (EU-RNA-seq)8,9,10. בהשוואה לשיטות פרופיילינג תמלוליות מתחילות אחרות, כמו אלו המשתמשות ב-4-תיאורידין (4sU)11,12, תיוג 5-EU הוא מאוד ספציפי באמצעות כימיה קליק, ניתן להשתמש בו הן להדמיה והן לריצוף, ואינו דורש המרה כימית. יתרה מזאת, ה-EU-RNA-seq המתהווה רגיש מאוד ומזהה מאות גנים, שהפעלתם אינה ניתנת לזיהוי על ידי RNA-seq8 הקונבנציונלי. גישה זו אפשרה לנו גם לקבוע במדויק את תחילת הפעלת הגנים הזיגוטיים הבודדים ולפרופיל את דפוסי המרחב-זמן הייחודיים של ZGA במהלך העוברהמוקדם 8.
אנו מתארים כאן את ההליכים המפורטים להכנת דגימות עבור EU-RNA-seq כדי לפרופיל את הטרנסקריפטום המתהווה באמצעות עוברים מוקדמים של Xenopus laevis כמודל. פרוטוקול זה מותאם משיטה קודמת 10,13 עם אופטימיזציות קלות בפרוצדורות, כולל הזרקת מיקרו-5-EU לעוברים בשלב תא אחד, ביוטינילציה של RNA של EU-RNA מתהווים באמצעות תגובת קליק, וטיהורם לצורך ריצוף (איור 1). כדי להבטיח שכפול, בהתאם לשלבי העוברים המוקדמים עם שפע משתנה של תעתיקים מתחילים, יש להשתמש ב-1–10 מיקרוגרם RNA כולל כקלט, אם כי ניתן עדיין להשתמש בכמות נמוכה יותר. פרוטוקול זה יכול להיות מיושם במערכות עובריות אחרות, כגון דרוזופילה14 וזברה15, וברקמות נוספות13. שיטה זו היא כלי עוצמתי להבנת שעתוק גנים ומנגנוני ויסות בתהליכים ביולוגיים שונים, כולל חשיפת עקרונות חדשים של העובר המוקדם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודות בעלי חיים המתוארות במחקר זה אושרו על ידי ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים מוסדית (IACUC) של אוניברסיטת דרום קרוליינה. בטיחות מעבדות וסילוק פסולת צריכות לעמוד בתקנות המוסדיות.
1. הכנת תגובות ומאגרים
2. מיקרוהזרקה של 5-EU לעוברים חד-תאיים
3. סך הפקת RNA ומדידת ריכוז
הערה: השתמשו בערכת חילוץ RNA מלאה מבוססת ממברנת סיליקה לבידוד RNA כולל מעוברים מוקדמים ובערכת כימות RNA רגישות גבוהה מבוססת פלואורסצנציה כדי לקבוע את ריכוזי ה-RNA. עקבו אחרי ההוראות שניתנות על ידי הערכה, והשלבים הבאים משתנים מעט מהמדריך. כל התמיסות והמגיבים המשמשים בשלבים הבאים צריכים להיות נטולי RNase.
4. ביוטינילציה וטיהור של EU-RNA בתחילת דרכו
הערה: ערכת לכידת RNA מתפתחת מבוססת כימיה בלחיצה משמשת לביוטינילציה ולמשיכת ה-EU-RNA המתהווה. עקבו אחרי ההוראות שמספקת הערכה, והשלבים הבאים משתנים במעט. RNA מעוברים שאינם מוזרקים, וכן RNA של EU-RNA ללא ביוטינילציה, יכולים לשמש כבקרות רקע לספציפיות pulldown down.
5. הכנה וריצוף ספריית RNA
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עוברים של Xenopus laevis (ארבעה שכפולים ביולוגיים) בשלבים שבין 5 ל-9 שעות לאחר ההפריה (hpf) בטמפרטורה של 22 מעלות צלזיוס, המכסים את השלבים משלב 5 (עם מעט ZGA בקנה מידה גדול) ועד שלב 9 (עם ZGA גבוה), עובדו בהתאם לפרוטוקול מעל8. ה-RNA הכולל, ה-EU-RNA המטוהר וה-RNA הזורם שימשו להכנת הספריות וסודרו. כפי שמוצג באיור 2, על ידי השוואת הטרנסקריפטום המתהווה בעוצמה של 6–9 כוחות סוס לבין זה ב-5 כ"פ, מספר הולך וגדל של גנים מופעלים באופן ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כאן סיפקנו פרוטוקול מפורט לתיוג מטבולי של הטרנסקריפטום המתהווה בתחילת העובר, כולל מיקרוהזרקה של 5-EU לעוברים חד-תאיים, חילוץ RNA כולל ומדידת ריכוזיהם, וביוטינילציה וטיהור של ה-EU-RNA המתהווים להכנת ספרייה וריצוף (EU-RNA-Seq) (איור 1). עקב הרגישות והספציפיות הגבוהה של הגישה בהשוואה לסך כל ה-RNA-seq, פרוטוקול זה אפשר לנו לא רק לקבוע במדויק הן את רמת הטרנסקריפטום והן את זמן ההופעה של הטרנסקריפטום המתהווה במהלך ה-ZGA, אלא גם לגלות דפוסי הפעלה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחבר מצהיר שאין אינטרסים מתחרים.
אנו מודים למעבדת מתיו גוד באוניברסיטת פנסילבניה על מתן ההכשרה. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי המכון הלאומי לבריאות הילד וההתפתחות האנושית ע"ש יוניס קנדי שרייבר (R03HD105802).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| &; PUPM מיקרואינג'קטור | וורלד פרסיז'ן אינסטרומנטס | UPUMP | למיקרוהזרקה (מיקרוהזרקה בלחץ) |
| 5-ehtynyl uridine | תרמו פישר סיינטיפיק | E10345 | למיקרוהזרקה (תיוג טראקנסקריפטים מתחילים) |
| מיקרוסקופים סטריאוסקופים זום ACCU-SCOPE 3075 | VWR | 470351-130 | למיקרוהזרקה (הדמיית עוברים) |
| אצטט אמוניום | סיגמא-אלדריץ' | A2706 | עבור משקעים של RNA |
| חומצה אסקורבית | סיגמא-אלדריץ' | A7506 | לתגובה ללחיצה |
| נימי זכוכית בורוסיליקט | וורלד פרסיז'ן אינסטרומנטס | TW100-4 | למיקרוהזרקה (ייצור מחטים מזכוכית) |
| צנטריפוגה | אפנדורף | 5425R | לצנטריפוגה |
| ערכת לכידת RNA מתפתחת Click-iT | תרמו פישר סיינטיפיק | C10365 | לביוטינילציה וטיהור RNA צעיר |
| CuSO4 | סיגמא-אלדריץ' | 61230 | לתגובה ללחיצה |
| DNase I | רוש דיאגנוסטיקה | 4716728001 | לצורך חילוץ RNA |
| Ficoll 400 | סיגמא-אלדריץ' | GE17-0300-10 | למיקרוהזרקה (עוברים מדגירים) |
| צלחת פטרי זכוכית (60 מ"מ) | VWR | 75845-542 | לצורך הפריה |
| גליקוגן | תרמו פישר סיינטיפיק | AM9510 | עבור משקעים של RNA |
| Halocarbon Oil 27 | סיגמא-אלדריץ' | H8773 | למיקרוהזרקה (כיול נפח הזרקה) |
| L-ציסטאין | סיגמא-אלדריץ' | 168149 | לפירוק עוברים |
| טיפים למיקרולודר | קליבר סיינטיקל | EPE-5242956003 | למיקרוהזרקה (טעינת 5-EU לתוך מחט הזכוכית) |
| ערכת כמותית של ספריית NEBNext ל-Illumina | NEB | E7630 | לכימות ספרייה |
| NSQ 500/550 Hi Output KT v2.5 (75 CYS) | אילומינה | 20024906 | לרצף |
| פלואורומטר Qubi Flex | תרמו פישר סיינטיפיק | Q33327 | למדידת ריכוז RNA |
| ערכת קישור HS ל-RNA קיוביט | תרמו פישר סיינטיפיק | Q32852 | למדידת ריכוז RNA |
| ערכת מיני RNeasy | קיאגן | 74104 | לצורך חילוץ RNA |
| מיקרומטר שלב | המדע של וורד | 470175-914 | למיקרוהזרקה (כיול נפח הזרקה) |
| RNA-seq אוניברסלי עם NuQuant | NuGEN | 0364 | להכנת ספרייה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה