Morpholino 媒介性遺伝子サイレンシングは開発中に特定の遺伝子の役割を研究するために使用する一般的な手法です。Morpholinos は、相補的な Mrna を交配させることによって遺伝子発現を抑制します。彼らのユニークな化学のため morpholinos が簡単に作成し、それらになります非常にコスト効果的な他のジーンサイレンシングのメソッドと比較して、保存します。
このビデオは、ときにこれらのオリゴヌクレオチドを使用して適切な実験的なデザインをレビューします。ゼブラフィッシュにおける morpholino マイクロインジェクション技術の説明と結果として得られる表現型の分析、説明を次します。最後に、発達障害をモデルに組織再生の研究に morpholino 技術が使用されている特定のアプリケーションの例を紹介します。
遺伝子サイレンシングのテクニックは、発生生物学の分野でよく使用されます。Morpholino ノックダウン手法は定期的に両方の識別し、重要な細胞プロセスにかかわる遺伝子を分類する研究者を許可します。アンチセンス morpholinos マウス、雛、高効率、高い特異性、低コストなど、ゼブラフィッシュなど多くのモデル システムで広く普及している今。
このビデオは morpholino メカニズム ・ マイクロインジェクション戦略、主要な実験的コントロール、morpholinos を脊椎動物の開発を調査する今日のラボで使用されている方法の概要を提供します。
Morpholinos は、生きている細胞や生物の RNA 転写物の翻訳を抑制する方法として最初に開発されました。一般に、morpholinos は中立的荷電のバックボーンによって接続されている 25 のオリゴヌクレオチドの合成分子です。
しかし、糖リン酸塩のバックボーンは、砂糖のグループの代わりにモルホリン リングが含まれている morpholinos は、DNA のようにたくさん見えるかもしれませんが。この単純な変換細胞で morpholino 安定性を増加し、生産のコストは下がります。
細胞内 morpholinos は相補的な基本を組み合わせることで目的の RNA を対象と。Morpholino が交配 RNA 上の場所は、その特定作用メカニズムを決定します。
スプライス ブロック morpholinos 固有接合にバインドし、適切なトラン スクリプト処理、翻訳ブロック morpholinos 並進開始サイトの近くの遺伝子の 5′ 非翻訳領域内のバインドし、リボソームの組み立てを防ぐに対し阻害します。Morpholinos の両方のタイプは、機能のターゲット蛋白質の表現を減らします。
Morpholinos を用いた実験を計画するときに留意すべきいくつかの重要な考慮事項があります。手での生物学的問題に対処することができるモデルを選択する上で重要ないくつかのモデル系 Morpholinos を使用できます。
Morpholinos が合成される商業的、専門的な設計支援は、研究者に無償で利用可能なすべて特定 morpholino ターゲットの遺伝子情報がデザインする前に食材をする必要があります彼らはシーケンスに固有なので。
ゼブラフィッシュ モデル システムでしばしば、ゼブラフィッシュの発展の祖先で発生した全ゲノム重複イベントのため、他の脊椎動物で見つけられた単一の遺伝子の 2 つのコピーがあります。したがって、両方のゼブラフィッシュ遺伝子のノックダウン正常にモデル蛋白質不足人間開発に必要があります。
良い実験的コントロールを設計対象の morpholinos の設計と同じくらい重要です。任意の与えられた morpholino は異なる遺伝子の特定のシーケンスにバインドできます。確実に興味の遺伝子のノックダウンによる観測の形質転換するために独立した、非重複の morpholinos の同じ遺伝子を補完するものを使用することをお勧めします。
Morpholino 実験的なデザインを対処した私たちは、今、ゼブラフィッシュに morpholinos を導入する方法を見てがあてしましょう。
ここでは、ゼブラフィッシュに morpholino マイクロインジェクションについて述べる。マイクロインジェクションの詳細上の命令の洞察力は、ください参照ゼウス科学教育ビデオ権利「ゼブラフィッシュ マイクロインジェクション技術」
Morpholinos は、ゼブラフィッシュ胚卵黄に、1 と 4 セル段階の間に注入される通常または細胞質を細胞します。萌芽期細胞の間の細胞質接続できます急速な普及と水溶性 morpholinos 生物全体のユビキタス配信。28.5 ° c. にゼブラフィッシュ胚が発生するので、Morpholinos は細胞で安定しています。
最適注入濃度とボリュームは、各 morpholino の経験的テストする必要があります。通常、胚性致死または不要なオフターゲット効果を避けるために低用量で注入された胚の少なくとも 50-75% に定義された信頼性の高い表現型があるが使用されます。
最初の 3 日後受精ほとんど morpholino ゼブラフィッシュの表現型と遺伝子サイレンシング、5 日目から一般的に効果的。スプライス ブロック morpholinos 場合 RT-PCR はネイティブと変更された転写産物の相対量を識別するために使用できます。翻訳ブロック morpholinos 遺伝子の打撃のレベルは西部のしみの評価があります。
迅速な外部開発とゼブラフィッシュ胚の透明性多くの初期の生物学的プロセスの簡単な観察が可能です。Morpholino の表現型は、明視野観察や蛍光顕微鏡を用いた形態を分析することによってだけでなく、挙動を評価することによって一般的が得点します。
Morpholino の表現型を定義すると、ターゲットの特異性を示す RNA 救助が可能です。内在性 mRNA の morpholino 打撃、次は、同じタンパク質をエンコードが morpholino ターゲット シーケンスが含まれていない、合成 mRNA が注入されます。この注入された RNA は生物の野生型表現型を復元することができる、我々 は、観察される morpholino 表現型はターゲット遺伝子により具体的にノックダウンを判断できます。
感触があるため morpholinos、morpholino のどの制御実験を行うことが、生体研究所で morpholinos が適用されて今日を見てみましょう。
細胞生物学、morpholinos を使用して初期発達過程を理解します。クッパーの小胞内の流体の流れの繊毛によって生成されたは、ゼブラフィッシュの左右パターン形成を制御する 1 つの例です。流体の流れは、流体の速度と方向を混乱させる繊毛細胞組織を調節する遺伝子のサイレンシングに対し制御注入胚で、反時計回りに実行されます。
Morpholinos は、迅速かつ確実に人間の遺伝病をモデルに非常に適しています。機能喪失の表現型は、腎嚢胞、心膜の浮腫と丸まった尾を表示する人間の異形成のゼブラフィッシュ モデルに見られるように簡単にタンパク質発現を操作することにより再現できます。また、病原性変異することができます急速に試金する体内 morpholino 疾患表現型を救出する野生型と変異体の mRNA を用いた。
Morpholinos は、さまざまな方法で生活細胞に導入することができます、ので器官再生及び開発的に評価されます。特定の臓器に morpholinos の電気刺激が続いてマイクロインジェクション フィンの成長と大人のゼブラフィッシュの網膜形成の研究に研究ができました。
ゼウスの遺伝子サイレンシング morpholinos で入門を見てきただけ。このビデオでは、構造と morpholinos、使用、および有効性を評価する重要な方法の一般的な用途のメカニズムおよび目標とされた遺伝子サイレンシングの効果を説明しました。彼らは設計は簡単なので、非常に特定でコスト効果の高い、morpholinos は機能的疾患と開発に関与する遺伝子を分析する手助け逆遺伝学の分野における重要なプレーヤーになります。見てくれてありがとう!
Gene silencing techniques are commonly used in the field of developmental biology. Morpholino-based knockdown approaches routinely allow researchers to both identify and characterize genes involved in important cellular processes. Antisense morpholinos are now widely popular in many model systems, including mice, chicks, and zebrafish, due to their high efficacy, high specificity, and low cost.
This video will provide an overview of morpholino mechanisms and microinjection strategies, key experimental controls, and how morpholinos are being used in labs today to investigate vertebrate development.
Morpholinos were first developed as a way to inhibit the translation of RNA transcripts in living cells and organisms. Generally, morpholinos are synthetic molecules made up of 25 oligonucleotides connected by a neutrally charged backbone.
But although morpholinos may look a lot like DNA, they contain morpholine rings in place of the sugar groups found in phosphate sugar backbone. This simple conversion increases morpholino stability in cells, and lowers their cost of production.
Inside cells, morpholinos are targeted to the RNA of interest by complementary base pairing. The location on the RNA where the morpholino hybridizes determines its specific mechanism of action.
Splice-blocking morpholinos bind to specific junctions and inhibit proper transcript processing, whereas translation-blocking morpholinos bind within the 5′ untranslated region of the gene near the translational start site and prevent ribosome assembly. Both types of morpholinos reduce expression of functional target proteins.
When planning an experiment using morpholinos, there are a few important considerations to keep in mind. Morpholinos can be used in several model systems, so it is important to select a model that is able to address the biological question at hand.
Morpholinos are commercially synthesized, and professional design assistance is available at no cost to researchers, but because they are sequence-specific, gene information for all specific morpholino targets should be sourced prior to design.
In the zebrafish model system, there are often two copies of single genes found in other vertebrates, due to a whole-genome duplication event that occurred in an evolutionary ancestor of the zebrafish. Therefore, knockdown of both zebrafish genes may be necessary to successfully model protein deficiencies in human development.
Designing good experimental controls is just as important as designing your targeted morpholinos. Any given morpholino can bind to specific sequences on different genes. It is advisable to use independent, non-overlapping morpholinos complementary to the same gene, in order to ensure that an observed phenotypic change is due to knockdown of your gene of interest.
Now that we’ve addressed morpholino experimental design, let’s have a look at how morpholinos are introduced into zebrafish.
Here, we will describe morpholino microinjection into zebrafish. For more insight and instruction on the details of microinjection, please reference the JoVE Science Education video entitled “Zebrafish Microinjection Techniques.”
Morpholinos are typically injected into zebrafish embryos between the one- and four-cell stage, into the yolk or cell cytoplasm. Cytoplasmic connections between embryonic cells allow for rapid diffusion and ubiquitous delivery of water-soluble morpholinos throughout the organism. Morpholinos are stable in cells, since the zebrafish embryo is raised at 28.5°C.
Optimum injection concentrations and volumes must be empirically tested for each morpholino. Typically, the lowest dose at which there is a defined reliable phenotype in at least 50-75% of injected embryos is used in order to avoid embryonic lethality or unwanted off-target effects.
Most morpholino zebrafish phenotypes are identified in the first three days post-fertilization, and gene silencing is generally effective through day five. In the case of splice-blocking morpholinos, RT-PCR can be used to identify relative amounts of native and altered transcripts. For translation-blocking morpholinos, levels of gene knockdown may be assessed by Western blot.
The rapid external development and transparency of zebrafish embryos allows for easy observation of many early biological processes. Morpholino phenotypes can commonly be scored by analyzing morphology using brightfield or fluorescence microscopy, as well as by assessing behavior.
After the morpholino phenotype has been defined, RNA rescue can be performed to demonstrate target specificity. Following morpholino knockdown of the endogenous mRNA, synthetic mRNA is injected, which encodes the same protein, but does not contain the morpholino target sequence. If this injected RNA is able to restore the wild-type phenotype of the organism, then we can conclude that the observed morpholino phenotype is specifically due to the target gene getting knocked down.
Now that you have a feel for what morpholinos are and how controlled morpholino experiments can be performed, let’s look at how morpholinos are being applied in biological labs today.
In cell biology, morpholinos are used to understand early developmental processes. Cilia-generated fluid flow in Kupffer’s vesicle is one example, which controls left-right patterning in zebrafish. Fluid flow runs counterclockwise in control-injected embryos, whereas silencing of a gene that regulates ciliated cell organization disrupts fluid speed and direction.
Morpholinos are also very suited to quickly and reliably model human genetic diseases. Loss-of-function phenotypes can be easily reproduced by manipulating protein expression, as seen in a zebrafish model of human dysplasia displaying kidney cysts, pericardial edema, and a curled tail. Additionally, pathogenic mutations can be rapidly assayed in vivo by using wild-type or mutant mRNA to rescue morpholino disease phenotypes.
Since morpholinos can be introduced into living cells in different ways, they are highly valued in studying organ regeneration and development. Microinjection followed by electrical stimulation of morpholinos into specific tissues has allowed researchers to study fin growth and retina formation in adult zebrafish.
You’ve just watched JoVE’s introduction to gene silencing with morpholinos. In this video, we’ve discussed the structure and mechanism of morpholinos, common applications for use, and important ways to assess efficacy and effects of targeted gene silencing. Because they are easy to design, highly specific, and cost-effective, morpholinos will remain a significant player in the field of reverse genetics, helping to functionally analyze genes involved in disease and development. Thanks for watching!
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