אנו מתארים שיטות להמחשת שעתוק ראשוני במהלך הפעלת הגנום הזיגוטי בתאים בודדים במהלך העובר המוקדם.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אנו מתארים שיטות להמחשת שעתוק ראשוני במהלך הפעלת הגנום הזיגוטי בתאים בודדים במהלך העובר המוקדם.
העובר המוקדם דורש את המעבר מהאם לזיגוטי (MZT) שמחייב את הפעלת הגנום הזיגוטי (ZGA). במהלך ZGA, מאות עד אלפי גנים מתועתקים, דבר חיוני לתהליכים שונים בהתפתחות העובר המוקדמת, כולל שמירה על הישרדות עוברית, הגדרת גורל התא והיווצרות שכבת נבט. אתגר מרכזי בחקר ZGA היה להמחיש ישירות את ZGA בתאים בודדים של עוברים מוקדמים. כאן, אנו מתארים שיטה להמחשה ישירה של ZGA בתאים בודדים של עוברים מוקדמים על ידי תיוג מטבולי של תמלילים מתחילים באמצעות 5-אתיניל אורידין (5-EU), ולאחר מכן הצמידת RNA של ה-EU-RNA המתהווים עם פלואורופורים באמצעות כימיה של קליק, והמחשתם בעוברים שלמים באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית, תוך שימוש ב-Xenopus laevis כמודל. שיטה זו אפשרה לנו לעקוב אחר ZGA חד-תא בעוברים שלמים ולחשוף את ההופעה ההטרוגנית של ZGA במרחב ובזמן במהלך העובר המוקדם. ניתן להשתמש בו במערכות עובריות או רקמות אחרות לחקר שעתוק גנים וויסות הגנום ברמת התא היחיד.
במהלך ההתפתחות המוקדמת, העובר עובר את המעבר מהאם לזיגוטי (MZT) שמעביר בהדרגה את הבקרה ההתפתחותית מהגורמים האימהיים לאלו של הגנים הזיגוטיים. ה-MZT דורש הפעלה של הגנום הזיגוטי שהיה רדום בתחילה, תהליך הנקרא הפעלת הגנום הזיגוטי (ZGA); הגנים המבוטאים במהלך ZGA נדרשים להגדרת גורל התא המוקדם, גסטרולציה ויצירת ציר 1,2. חשוב לציין ש-ZGA נשמר בכל המטאזואנים, ותזמון ה-ZGA נשלט בקפדנות, אם כי הוא משתנה בין מינים 3,4. דיסרגולציה של ZGA עלולה להוביל להשלכות חמורות, החל ממומים התפתחותיים ועד מוות עוברי, כגון הפלה. לכן, חקר המנגנונים של ZGA חשוב לא רק להבנת יסודות ויסות הגנים, אלא גם בעל השלכות קליניות משמעותיות.
אתגר מרכזי בחקר ZGA היה הדמיה ישירה של ZGA בקנה מידה גדול בעוברים מוקדמים וחקירת המנגנונים שלה ברמת התא היחיד. התגברנו על אתגר זה על ידי פיתוח שיטה המשתמשת בתיוג מטבולי של תמלולים מתפתחים במהלך ZGA עם 5-אתיניל אורידין (5-EU), ולאחר מכן הצמדת RNA של EU-RNA מתהווים לפלואורופורים באמצעות כימיה של קליקים והדמיה בעוברים שלמים באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית, תוך שימוש ב-Xenopus laevis כמודל. העובר הגדול של Xenopus (בקוטר ~1.2 מ"מ) מכיל גרדיאנט בגודל תא, וה-ZGA בקנה מידה גדול מופיע סביב שלבי הבלסטולה האמצעיים (עם התחלה סביב שלב 7 והשיא סביב שלב 9), מה שהופך אותו למודל אידיאלי לחקר דפוסי ZGA5. באמצעות שימוש בתיוג 5-EU בעוברי Xenopus מוקדמים, הצלחנו להמחיש ולכמת ישירות את ה-ZGA בקנה מידה גדול בתאים בודדים של עוברים מוקדמים שלמים, מה שהוביל אותנו לגלות דפוס מרחבי-זמני חדש של ZGA המוסדר בעיקר לפי גודל התא 5,6.
כאן אנו מתארים את פרטי הגישה הזו, שהותאמה מעבודות קודמות עם אופטימיזציות 5,7, כולל קיבוע עוברים לאחר סימון מטבולי של תמלולים מתחילים עם 5-EU, הצמדת RNA של EU-RNA מתהום עם פלואורופור באמצעות תגובת קליק8, וצביעת חיסון לסמנים תת-תאיים, ולאחר מכן ניקוי העוברים להדמיה קונפוקלית. שיטה זו יכולה להיות מיושמת על מערכות עובריות אחרות, כולל דגי זברה 9,10, או להשתמש בריצוף לפרופיל הטרנסקריפטום11 המתהווה, ולתמוך ביישומו הכללי והרחב בסוגי דגימות וניתוחים שונים. בסך הכול, שיטה זו מספקת אמצעי חשוב חדש לחקר מנגנוני ויסות גנום בתאים בודדים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודות בעלי חיים המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת דרום קרוליינה.
1. הכנה לפני תחילת הפרוטוקול
הערה: לפני תחילת הפרוטוקול, הכינו את הפתרונות הבאים באמצעות מים ללא RNase.
2. תיקון עוברים עם 5-EU-מיקרו-הוזרק
3. הצמידת RNA מתהווים עם פלואורופור באמצעות תגובת קליק
4. צביעת חיסון של עוברים עם סמנים תת-תאיים (אופציונלי)
5. ניקוי עוברים לפני הדמיה קונפוקלית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עוברים של Xenopus laevis בשלב התא היחיד הוזרקו מיקרו עם 5-EU, ועוברים בשלב 9 היו קבועים כאשר התרחש ZGA בקנה מידה גדול ברחבי העובר. העוברים עובדו בהתאם לפרוטוקול כפי שתואר לעיל. RNA מתפתחים בעוברים סומנו ב-TAMRA-אזיד באמצעות תגובת קליק, היסטון H3 סומן באמצעות נוגדן אנטי-היסטון H3, ו-DNA סומן ב-TO-PRO-3. העוברים צולמו תחת מיקרוסקופ קונפוקלי באמצעות מטרת 10×. כפי שמוצג באיור 1, ה-EU-RNA המתהווים (באדום) זוהו בגרעינים של התאים העובריים, עבורם H3 (בירוק)...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ZGA מייצג אחד המעברים הקריטיים ביותר בשלבים הראשונים של התפתחות העובר 2,3. כאן תיארנו נהלים מפורטים להכנת דגימות להמחשה ישירה של ZGA בעוברים מוקדמים של Xenopus במלואם, כולל קיבוע עוברים שהוזרקו ב-5-EU, הצמידת RNA מתהווים עם פלואורופור באמצעות תגובת קליק, צביעת סמנים תת-תאיים לאחר תגובת הקליק, ופינוי עוברים להדמיה קונפוקלית7. מכיוון שכמות ה-5-EU המשולבת פרופורציונלית לשעתוק המתמשך, עוצמת אות הפלואו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחבר מצהיר שאין אינטרסים מתחרים.
אנו מודים למעבדת מתיו גוד באוניברסיטת פנסילבניה על 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 |
|---|---|---|---|
| 16% פאראפורמלדהיד (PFA) | EMS | 15710-S | ליצירת הפתרון הקיבעוני |
| 20&00; SSC | מדיאטק | MT46-020-CM | להכנת תמיסת ההלבנה |
| מיקסר נואטינג תלת-ממדי | VWR | 76595-802 | לעוברים מטורפים |
| בקבוקוני ברג בקוטר 9 מ"מ (2 מ"ל) | VWR | 46610-722 | לעיבוד עוברים |
| נוגדן H3 אנטי-היסטון | אבקאם | ab1791 | לצביעת חיסון |
| חומצה אסקורבית | סיגמא-אלדריץ' | A7506 | על יצירת תגובת הקליק |
| אלכוהול בנזיל | סיגמא-אלדריץ' | 305197 | לניקוי עוברים |
| בנזיל בנזואט | אקרוס אורגניקס | 105860010 | לניקוי עוברים |
| אלבומין סרום בקר (BSA) | סיגמא-אלדריץ' | A3059 | ליצירת פתרון החסימה |
| קבלים לבקבוקי בורג 9 מ"מ (2 מ"ל) | VWR | 46610-712 | לעיבוד עוברים |
| זכוכית כיסוי (24 מ"מ ופ; 40 מ"מ) | VWR | 48393-060 | ליצירת תא הדמיה |
| CuSO4 | סיגמא-אלדריץ' | 61230 | על יצירת תגובת הקליק |
| אתילנביס (אוקסיתילניטרילו) חומצה טטראצטית (EGTA) | תרמו פישר סיינטיפיק | AC409915000 | ליצירת הפתרון הקיבעוני |
| Fiji ImageJ | NIH | לעיבוד תמונות | |
| פורמיד | תרמו פישר סיינטיפיק | AC181090010 | להכנת תמיסת ההלבנה |
| פיפטות זכוכית פסטר | VWR | 14673-010 | להעברת BABB |
| נוגדן משני נגד עזים אלכס פלואר 488 | תרמו פישר סיינטיפיק | A27034 | לצביעת חיסון |
| סרום עזים | אבקאם | ab7481 | ליצירת פתרון החסימה |
| מי חמצן | סיגמא-אלדריץ' | H1009 | להכנת תמיסת ההלבנה |
| מגנזיום סולפט (MgSO4) | תרמו פישר סיינטיפיק | M65-500 | ליצירת הפתרון הקיבעוני |
| מתנול | תרמו פישר סיינטיפיק | A4524 | לייבוש עוברים |
| מתנול, חסר מים | סיגמא-אלדריץ' | 322415 | לייבוש עוברים |
| MOPS | תרמו פישר סיינטיפיק | AC172631000 | ליצירת הפתרון הקיבעוני |
| מערבל נואטינג רב-מצבי | VWR | 76595-812 | לעוברים מטורפים |
| פיפטת העברה מפלסטיק | תרמו פישר סיינטיפיק | 13-711-9AM | להעברת עוברים |
| להב סכין גילוח | תרמו פישר סיינטיפיק | 18-100-970 | לחיתוך סרטים |
| מים ללא RNase | תרמו פישר סיינטיפיק | BP561-1 | ליצירת פתרונות ללא RNASE |
| Roto-Mini PLUS (רוטטור) | VWR | 470313-912 | להעברת עוברים |
| טטרמתילרודאמין (TAMRA)-אזיד | אבקאם | AB146486 | על יצירת תגובת הקליק |
| TO-PRO-3 | תרמו פישר סיינטיפיק | T3605 | לצביעת DNA |
| טריטון X-100 | סיגמא-אלדריץ' | 10789704001 | להכנת בופר הכביסה |
| בסיס טריזמה (בסיס טריס) | סיגמא-אלדריץ' | T1503 | ליצירת בופר טריס |
| קלטות VHB 3M GPH-110GF (45 מ"ל) | VWR | 76524-608 | ליצירת תא הדמיה |
| מיקרוסקופ קונפוקלי Zeiss LSM 700 | צייס | להדמיה קונפוקלית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.