We hebben het fotoomzetbare PSmOrange-systeem geïntroduceerd als een krachtig, eenvoudig en kosteneffectief hulpmiddel voor in vivo celtracking in GFP transgene achtergrond. Dit protocol beschrijft de toepassing ervan in het zebravis modelsysteem.
Methodenartikel
We hebben het fotoomzetbare PSmOrange-systeem geïntroduceerd als een krachtig, eenvoudig en kosteneffectief hulpmiddel voor in vivo celtracking in GFP transgene achtergrond. Dit protocol beschrijft de toepassing ervan in het zebravis modelsysteem.
De snelle ontwikkeling van transparante zebravis embryo's (Danio rerio) in combinatie met fluorescente labels van cellen en weefsels maakt het mogelijk om ontwikkelingsprocessen te visualiseren terwijl ze plaatsvinden in het levende dier. Cellen van belang kunnen worden gelabeld door gebruik te maken van een weefselspecifiek promotor om de expressie van een fluorescente proteïne (FP) aan te drijven voor het genereren van transgene lijnen. Het gebruik van fluorescente fotoconveerbare proteïnen voor dit doel maakt het bovendien mogelijk om gedefinieerde structuren binnen het expressiedomein nauwkeurig te volgen. Het verlichten van de proteïne in het gebied van belang verandert het emissiespectrum en markeert een specifieke cel of celcluster waardoor andere transgene cellen in hun oorspronkelijke kleur achterblijven. Een belangrijke beperking is het ontbreken van bekende promotoren voor een groot aantal weefsels in de zebravis. Omgekeerd hebben gen- en enhancer trap screens enorme transgene bronnen gegenereerd die letterlijk alle embryonale structuren discreet labelen, meestal met GFP of in mindere mate met rode of gele FP's. Een aanpak om gedefinieerde structuren in dergelijke transgene achtergronden te volgen, zou zijn om bovendien een ubiekwit fotoconveerbare proteïne te introduceren, die in de cel(len) van belang kan worden geconverteerd. De fotoconveerbare proteïnen die beschikbaar zijn, hebben echter een groene en/of minder vaak een rode emissietoestand1 en kunnen daarom vaak niet worden gebruikt om cellen in de FP-achtergrond van bestaande transgene lijnen te volgen. Om dit probleem te omzeilen, hebben we het PSmOrange-systeem voor de zebravis2,3 ontwikkeld. Eenvoudige micro-injectie van synthetisch mRNA dat codeert voor een nucleaire vorm van dit proteïne labelt alle celkernen met oranje/rode fluorescentie. Na gerichte fotoconversie van het proteïne, verandert het zijn emissiespectrum naar verrood. De kwantumefficiëntie en stabiliteit van het proteïne maken PSmOrange tot een uitstekend celvolgsysteem voor zebravissen en mogelijk andere teleost soorten.
Exponentieel verbeterde beeldvormingstechnieken maken het mogelijk om ontwikkelingsprocessen te volgen over perioden van maximaal ongeveer vier opeenvolgende dagen3. Bij zebravis en vele andere dierlijke modelsystemen worden specifieke cellen, weefsels, axonale of vasculaire structuren gemarkeerd door transgene groene of soms rode of gele fluorescente eiwitten om visualisatie te vergemakkelijken. In de meeste transgene lijnen wordt het transgeen echter niet specifiek tot expressie gebracht in de cellen van belang, maar ook in aanvullende structuren, wat het nauwkeurige volgen van bijvoorbeeld enkele cellen of groepen cellen belemmert.
Fluorescente fotoconverteerbare eiwitten zijn goed geschikt voor celtracking tijdens embryonale ontwikkeling. De voorwaarden voor het gebruik van dergelijke eiwitten zijn een langdurige aard, een goed gescheiden emissiebereik na conversie en heldere fluorescentie. Beschikbare fotoconverteerbare eiwitten omvatten die welke hun emissiebereik veranderen na conversie, zoals Kaede4, KiGR5, mEos26, PS-CFP2 of Dendra27 en andere die alleen fluorescent zijn wanneer ze fotogeactiveerd zijn (PAmCherry8, PAGFP9 of PATagRFP10). Hun toepassingen om cellen in bestaande FP-transgene dieren te volgen, zijn echter beperkt omdat ze vaak een groen fluorescente toestand omvatten of niet aan alle bovenstaande criteria voldoen. Pas onlangs rapporteerden Subach en collega's het PSmOrange-eiwit, dat zijn emissie verandert van oranje/rood naar verre rood bij fotoconversie en met succes werd toegepast in cellen in cultuur en gekweekte cellen geïnjecteerd in muizen2.
Om de geschiktheid van het eiwit voor celtracking in een levend embryo te onderzoeken, hebben we een expressieconstruct gemaakt voor de micro-injectie van nucleair-gelabelde H2B-PSmOrange in zebravis-embryo's. We vinden dat het eiwit voldoet aan alle voorwaarden voor succesvolle celtracking in GFP-transgene achtergronden tijdens de eerste 4 (en mogelijk meer) dagen van zebravis embryonale ontwikkeling. Gedurende deze tijd zijn de meeste van de celmigratiegebeurtenissen bij vissen voltooid, waardoor het PSmOrange-systeem een uitstekende aanvulling is op de zebravis-toolkit.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. H2B-PSmOrange mRNA in vitro transcriptie en mRNA Purification
2. H2B-PSmOrange mRNA micro-injectie in zebravis embryo's
3. Embryo Embedding
4. PSmOrange Photoconversion
5. Demonteer Embryo van LMA
6. Het analyseren van het lot van photoconverted PSmOrange eiwit tot expressie brengen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 1 illustreert een voorbeeld van het PSmOrange photoconversion systeem. De pijnappelklier complex is een geconserveerde structuur in de gewervelde dorsale diencephalon. Zoals in vele andere gewervelde dieren, complex, bestaande uit de pijnappelklier orgel in het midden van het diencephalon en linkszijdige parapineal cellen. Elegant, maar tijdrovende uncaging experimenten toonden aan dat parapineal cellen ontstaan in het voorste deel van de pijnappelklier orgel
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Transgene embryo's met TL-reporters hebben fundamenteel bijgedragen aan de embryonale ontwikkeling te begrijpen. Er is echter nog een essentiële noodzaak tot promoters de specifieke visualisatie van bepaalde structuren te vergemakkelijken. In hun afwezigheid, onderzoekers vertrouwen op technieken zoals de photoconversion van fluorescerende eiwitten te weten te komen over het ontstaan en de ontwikkeling van hun structuur van belang. Hierdoor is een essentiële voorwaarde om de moleculaire mechanismen die betrokken z...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We danken O. Subach voor het verstrekken van het originele H2B-PSmOrange-plasmide en ons visfaciliteitsteam voor de verzorging van vissen. We zijn dankbaar aan het Nikon Imaging Center aan de Universiteit van Heidelberg voor toegang tot microscopie-apparatuur en analysesoftware. We erkennen de ondersteuning van de Core Facility Live Cell Imaging Mannheim bij de CBTM (DFG INST 91027/10-1 FUGG). Dit werk werd ondersteund door het Excellenzcluster CellNetworks, EcTop Spatio-temporelle coördinatie van signaalprocessen (EcTop 2), Universiteit van Heidelberg aan C.A.B. en de Medische Faculteit Mannheim van de Universiteit Heidelberg en de DFG (FOR 1036/2, 298/3-1 en 298/6-1) aan M.C.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription kit | Ambion | AM1340 | |
| RNeasy MiniElute Cleanup kit | Qiagen | 74204 | |
| Plastic Pasteur | alpha laboratories | LW4000 | |
| Original H2B-PSmOrange Plasmid | Addgene | 31920 | Het in het artikel beschreven plasmide is beschikbaar in het Carl lab |
| FemtoJet Microinjector | Eppendorf | 5247 000.013 | |
| Forceps (5 Inox) | NeoLab | 2-1633 | |
| Lab-Tek II Chambered #1.5 German Coverglass System | Nunc | 155382 | |
| Nikon A1R+ | Nikon GmbH Germany | Geen nummer | |
| Nikon PLAN Apo λ 20X air objective | Nikon GmbH Germany | Geen nummer | |
| NIS Elements AR Software (v. 4.30.02) | Nikon GmbH Germany/Laboratory Imaging | Geen nummer |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen