2018년 4월 30일
Zebrafish 최근 연구 개발 하는 동안 DNA 복제 타이밍을 vivo에서 모델 시스템으로 사용 되었다. 여기 상세한 프로필 복제 타이밍에 zebrafish 태아를 사용 하기 위한 프로토콜. 이 프로토콜 돌연변이, 개별 세포 유형, 질병 모델, 그리고 다른 종에서 복제 타이밍을 공부 하기 쉽게 적응 될 수 있다.
이 절차의 전반적인 목표는 다양한 발달 단계에 있는 제브라피시 배아에서 전체 게놈 DNA 복제 타이밍 맵을 생성하는 것입니다. 이 방법은 배아 발달 중에 발생하는 염색질 변화가 DNA 복제 분기점의 시작에 어떤 영향을 미칠 수 있는지와 같은 세포주기 및 염색질 생물학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 정의된 배아 발달 단계에서 생체 내에서 발생하는 복제 변화를 매핑한다는 것입니다.
이 방법은 제브라피시 발달 중에 DNA 복제가 어떻게 변화하는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 튜니케이트, 개구리 및 파리와 같은 다른 시스템이나 모델 유기체에도 적용할 수 있습니다. 일반적으로 이 방법을 처음 사용하는 사람들은 제브라피시 배아에서 단세포 현탁액을 생성하는 데 약간의 연습이 필요하기 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 배아를 채취하기 전날 밤, 거의 같은 수의 수컷과 암컷을 사용하여 수십 마리의 번식 성체를 번식 탱크에 넣습니다.
실험에 따라 다음 번식 전략 중 하나를 사용하십시오. 첫 번째 번식 전략의 경우 몇 마리의 수컷과 암컷 제브라피시를 개별 번식 탱크에 배치하고 칸막이를 사용하여 수컷과 암컷을 구분합니다. 이 접근 방식을 사용하는 경우 다양한 육종 탱크를 설정하고 각 배아를 풀링하여 생물학적 다양성이 개체군을 대표하는지 확인합니다.
두 번째 번식 전략을 위해 수십 마리의 수컷과 암컷 제브라피시를 큰 번식 탱크에 결합하십시오. 배아 수가 충분히 많은 경우 이 전략을 사용하십시오. 그들이 다양한 설립자로부터 왔기 때문에 유전적으로 인구를 대표한다고 가정하는 것이 합리적입니다.
시간 제한 짝짓기를 수행하려면 아침에 빛의 주기가 시작되자마자 시작하십시오. 물고기가 얕은 물에서 10분 동안 번식할 수 있도록 하고 배아가 빠져나갈 수 있도록 거짓 바닥을 만듭니다. 10분 후, 배아를 여과기에 붓고 세척 병을 사용하여 10cm 접시에 헹구어 배아를 채취합니다.
같은 시점에 수집된 모든 배아를 풀링하고 수집 시간을 표시한 다음 즉시 섭씨 28.5도의 인큐베이터에 넣습니다. 동시에 발달하는 배아를 수집하려면 10분마다 배아 배치를 수집하는 것이 중요합니다. 이것은 배아 발달의 초기 단계에서 특히 중요합니다.
하루에 한 쌍의 짝짓기 쌍에서 수백 개의 배아를 기대할 수 있습니다. 성체가 얻은 배아의 수가 20개 미만이 될 때까지 10분 주기로 번식할 수 있도록 합니다. 채취 후 약 1-1.5시간 후에 배아를 분류하고, 인큐베이터에서 배아를 꺼내 해부 현미경으로 관찰하고, 분류하여 죽은 난자와 수정되지 않은 난자를 제거합니다.
배아를 세고 10cm 플레이트당 100개의 배아 밀도로 놓습니다. 새로운 E3 배지를 추가하고 배아를 섭씨 28.5도의 인큐베이터로 되돌립니다. 배아가 원하는 발달 단계에 도달하면 Stages of Embryonic Development of the Zebrafish에 따라 광학 현미경으로 단계를 형태학적으로 확인합니다.
배아가 48hpf 이하인 경우 최대 1500개의 단계적 배아를 15ml 원뿔형 튜브에 이식하고 E3를 사용하여 여러 번 세척합니다. 배아 100개당 E3 1ml와 프로나제 용액 20마이크로리터를 넣고 부드럽게 휘젓습니다. 15밀리리터의 E3가 함유된 단일 튜브에서 최대 1,500개의 배아를 제거할 수 있습니다. 튜브를 옆으로 눕히고 최대 표면 대 부피 비율을 보장하기 위해 배아를 균일한 층으로 배열합니다.
모든 융모막이 배아에서 떨어질 때까지 2-3분마다 튜브를 부드럽게 교반합니다. 총 디코리온테이션 시간은 Pronase 활동에 따라 다릅니다. 상층액을 제거하고 10ml의 E3로 배아를 세 번 부드럽게 헹굽니다.
배아를 얼음 위에 놓고 남은 E3를 제거한 후, 배아 500개당 갓 준비한 얼음처럼 차가운 탈노킹 완충액 1ml를 사용하여 샘플을 세척합니다. 다음으로, P1000을 사용하여 배아를 위아래로 5-10회 부드럽게 피펫팅하여 난황 자루를 파괴합니다. 그런 다음 1ml를 1.5ml 마이크로분리 튜브에 옮기고 섭씨 4도, 중력의 500배에서 5분 동안 샘플을 원심분리합니다.
샘플은 세포를 용해시키지 않고 단일 세포 현탁액을 생성할 수 있을 만큼 충분히 격렬하게 피펫팅해야 합니다. 이 단계에서는 몇 가지 연습이 필요합니다. 상등액을 제거하고 얼음처럼 차가운 1x PBS 1ml를 사용하여 펠릿을 세척하여 Ringer의 용액을 제거합니다.
그런 다음 샘플을 다시 원심분리합니다. 상층액을 조심스럽게 제거하고 1x PBS 1ml에 세포를 재현탁합니다. 그런 다음 얼음 위에 튜브를 놓습니다.
15ml 원뿔형 튜브에 얼음처럼 차가운 에탄올 3ml를 넣고 낮은 설정에서 EtOH 튜브를 부드럽게 소용돌이칩니다. P1000을 사용하여 소용돌이를 계속하면서 제브라피시 배아 세포 현탁액을 EtOH에 천천히 떨어뜨립니다. 총 1ml의 배아 세포 현탁액을 첨가하여 75%EtOH의 최종 고정 용액을 만듭니다.
1ml의 세포 현탁액을 첨가한 후 튜브를 부드럽게 소용돌이쳐 혼합하고 섭씨 영하 20도에서 최소 1시간 동안 옆으로 눕히거나 현탁액을 2-3주 동안 냉동실에 보관합니다. 배아 DNA를 염색하기 위해 영하 20도에서 EtOH 고정 배아 세포를 제거한 후 중력의 1500배, 섭씨 4도에서 5분 동안 튜브를 원심분리합니다. 튜브를 얼음 위에 놓고 상층액을 조심스럽게 제거합니다.
그런 다음 P1000을 사용하여 갓 준비한 차가운 PBS-BSA 1ml에 세포를 부드럽게 재현탁합니다. 중력의 1500배와 섭씨 4도의 온도에서 5분 동안 세포를 원심분리하고 샘플을 얼음 위에 놓습니다. 그런 다음 상층액을 제거하고 배아 1,000개당 200마이크로리터의 프로피듐 요오드화물 염색 용액을 추가하고 세포를 재현탁합니다.
세포가 얼음 위에서 30분 동안 PI 용액에서 배양하도록 하고 5분마다 부드럽게 혼합합니다. 얼음 위의 50ml 원뿔형 튜브에 40마이크로미터 나일론 셀 스트레이너를 놓습니다. 그런 다음 세포를 부드럽게 피펫팅하여 메쉬를 통해 세포 용액을 혼합하고 여과합니다.
주사기 플런저의 평평한 안쪽 끝을 사용하여 메쉬에 남아 있는 세포 덩어리를 부드럽게 파괴합니다. 매 1, 000 배아마다, 여과기를 통해서 세포를 헹구기 위하여 찬 PBS-BSA의 500 마이크로리터를 이용하십시오. 얼음 위의 15ml 원뿔형 튜브 위에 40마이크로미터 메쉬를 놓고 50ml 원뿔형 튜브의 세포 현탁액을 15ml 튜브로 두 번째로 여과합니다.
마지막으로, 적절한 세포 분류 기기를 사용하여 레이저 여기를 561 나노미터로 설정하고 방출 감지를 20 대 610으로 설정하여 프로피듐 요오드화물을 검출합니다. 세포를 정렬하고 텍스트 프로토콜에 따라 추가 분석을 수행합니다. 읽기 매핑 품질을 결정하려면 먼저 mapQ 값의 통계를 사용하여 염기서열분석 데이터를 게놈에 정렬해야 합니다.
또한, 계산된 판독 길이 통계량은 모든 시퀀싱 판독에 대한 삽입 크기 분포의 히스토그램으로 표시됩니다. 이 특정 실험의 결과는 170bp의 중앙값입니다. 이 막대 그래프는 총 매핑된 판독, 저품질 플래그를 포함하는 판독, 다른 염색체에 매핑되는 쌍을 사용한 판독, 거리 임계값을 초과하는 쌍을 사용한 판독 및 PCR 중복에 대한 판독 통계를 보여줍니다.
제브라피시 샘플의 일반적인 염기서열분석 실행에 대한 총 매핑, 매핑되지 않은 및 페어링되지 않은 읽기, 적용 범위 및 읽기 해상도의 대표 수치가 여기에 나열되어 있습니다. 필터링 후 읽기 횟수는 가변 크기 창에서 결정되고 데이터는 평활화되고 정규화됩니다. 생물학적 복제에 대한 대표적인 제브라피시 염색체의 일반적인 평활화되고 정규화된 복제 타이밍 프로파일이 여기에 나와 있습니다.
생물학적 복제와 실험적 복제에 대한 프로필은 매우 유사해야 하며 염색체의 길이를 따라 높은 상관관계를 보여야 합니다. 또한 프로필은 게놈 전체의 타이밍 값 간에 높은 상관관계를 표시해야 합니다. 색상 맵은 Pearson의 상관 계수를 나타냅니다.
이 절차를 시도하는 동안 동시에 발달하는 배아가 수집되었는지 확인하는 것이 가장 중요합니다. 이 절차에 따라 모르폴리노 주사 또는 CRISPR-Cas9 돌연변이 유발과 같은 다른 방법을 수행하여 DNA 복제가 다른 발달 과정과 조정되는 메커니즘은 무엇입니까? 이 비디오를 시청한 후에는 동시에 발달하는 제브라피시 배아에서 세포주기의 특정 단계에서 세포를 수집하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
이러한 샘플의 수집은 전체 게놈 DNA 복제 타이밍 맵을 생성하는 데 중요합니다.
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이 기사는 다양한 발달 단계의 제브라피쉬 배아로부터 전체 게놈 DNA 복제 타이밍 맵을 생성하는 프로토콜을 자세히 설명합니다. 이 방법은 배아 발달 중 크로마틴 변화와 이것이 DNA 복제 개시에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공합니다.
Understanding DNA replication timing dynamics provides mechanistic insights into chromatin regulation and genomic stability, which are critical for target validation in oncology and developmental disorder research. The zebrafish in vivo model enables high-resolution, stage-specific replication timing profiling, supporting predictive confidence in early discovery by linking chromatin architecture to replication initiation. This approach facilitates biological de-risking of therapeutic hypotheses by revealing how developmental perturbations affect genome-wide replication patterns.
The method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis testing through preclinical validation, offering a reproducible in vivo readout of replication dynamics that informs mechanistic de-risking and assay readiness.