We bieden gedetailleerde methoden om beginnende transcripten metabolisch te labelen en te zuiveren voor transcriptoomanalyse in vroege embryo's van Xenopus met behulp van 5-ethynyl-uridine (5-EU).
Methodenartikel
We bieden gedetailleerde methoden om beginnende transcripten metabolisch te labelen en te zuiveren voor transcriptoomanalyse in vroege embryo's van Xenopus met behulp van 5-ethynyl-uridine (5-EU).
Vroege embryogenese vereist nieuwe transcriptie van zygotische genen uit het aanvankelijk slapende zygotische genoom na bevruchting. Een grote uitdaging was om de nieuwe transcripten nauwkeurig te detecteren en hun expressietijd tijdens zygotische genoomactivatie (ZGA) te bepalen. Hier geven we gedetailleerde procedures voor metabole labeling van de onthullende transcripten met 5-ethynyl-uridine (5-EU) in vroege Xenopus laevis-embryo's . Na bevruchting wordt 5-EU gemicroïnjecteerd in de embryo's in het 1-celstadium om de nieuw getranscribeerde RNA's tijdens ZGA metabolisch te labelen. De ontluikende EU-RNA's worden vervolgens gezuiverd na biotinylatie via klikchemie-gemedieerde reacties, en het beginnende transcriptoom wordt bepaald met behulp van next-generation sequencing. Belangrijk is dat deze methode een hoge gevoeligheid en specificiteit heeft, waardoor de karakterisering van laag geactiveerde genen mogelijk is. Deze benadering biedt dus een krachtig hulpmiddel om de dynamiek van gentranscriptie tijdens de vroege ontwikkeling te bestuderen, en kan worden gegeneraliseerd naar andere embryonale systemen of weefsels.
Na bevruchting staat het embryo onder controle van maternale factoren die in de eicel zijn afgezet, terwijl het zygotische genoom gedurende een bepaalde periode transcriptieloos is; Het wordt geactiveerd om honderden tot duizenden genen te transscriberen die essentieel zijn voor de verdere ontwikkeling, waaronder celfatspecificatie en kiemlaagvorming 1,2,3,4,5,6. Dit fenomeen van zygotische genoomactivatie (ZGA) tijdens de maternale-naar-zygotische overgang (MZT) is sterk bewaard gebleven bij alle metazoa-soorten, hoewel de timing van ZGA varieert tussen soorten 1,2,3,4,5,6. Begrijpen hoe ZGA wordt gereguleerd is niet alleen belangrijk voor ons begrip van de fundamentele principes van vroege ontwikkeling, maar biedt ook mogelijkheden voor het ontwikkelen van nieuwe strategieën voor het diagnosticeren en behandelen van ontwikkelingsstoornissen en het vergroten van de voortplantingsgezondheid.
Een grote uitdaging bij het bestuderen van ZGA is geweest om nieuwe transcripten nauwkeurig te detecteren en hun aanvangstijd tijdens zygotische genoomactivatie (ZGA) te bepalen. Door de overheersing van maternale transcripten in vroege embryo's7, kunnen de hoge niveaus van deze transcripten de detectie van nieuwe transcripten tijdens ZGA maskeren, vooral voor die laag geactiveerde genen, met conventionele bulk RNA-seq. Om deze uitdaging te overwinnen, ontwikkelden we een methode om het ontluikende transcriptoom te meten door metabole labeling van de ontluikende transcripten met 5-ethynyl-uridine (5-EU), gevolgd door biotinylatie van de ontluikende EU-RNA's via klikchemie en het zuiveren ervan voor sequencing (EU-RNA-seq)8,9,10. In vergelijking met andere beginnende transcriptprofileringsmethoden, zoals die met 4-thiouridine (4sU)11,12, is 5-EU-labeling zeer specifiek via klikchemie, kan het worden gebruikt voor zowel beeldvorming als sequencing, en vereist het geen chemische conversie. Bovendien is de prille EU-RNA-seq zeer gevoelig en detecteert het honderden genen, waarvan de activatie niet kan worden gedetecteerd door de conventionele bulk RNA-seq8. Deze aanpak stelde ons ook in staat om nauwkeurig het begin van individuele zygotische genactivatie te bepalen en de verschillende ruimtelijke temporele patronen van ZGA tijdens de vroege embryogenese8 te profileren.
Hier beschrijven we de gedetailleerde procedures voor het voorbereiden van monsters voor de EU-RNA-seq om het ontluikende transcriptoom te profileren met behulp van vroege embryo's van Xenopus laevis als model. Dit protocol is aangepast van een eerdere methode10,13 met kleine optimalisaties in de procedures, waaronder de micro-injectie van 5-EU in embryo's in het 1-celstadium, biotinylatie van beginnende EU-RNA's via klikreactie en het zuiveren ervan voor sequencing (Figuur 1). Om reproduceerbaarheid te waarborgen, moet afhankelijk van de stadia van vroege embryo's met variërende hoeveelheid beginnende transcripten 1–10 μg totaal RNA als input worden gebruikt, hoewel een lagere hoeveelheid nog steeds kan worden gebruikt. Dit protocol kan worden toegepast in andere embryonale systemen, zoals Drosophila14 en zebrafish15, en andere weefsels13. Deze methode is een krachtig hulpmiddel voor ons begrip van gentranscriptie en regulerende mechanismen in diverse biologische processen, waaronder het onthullen van nieuwe principes van vroege embryogenese.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het dierwerk dat in deze studie wordt beschreven, is goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van de University of South Carolina. Laboratoriumveiligheid en afvalverwerking moeten voldoen aan de institutionele regelgeving.
1. Bereiding van reagentia en buffers
2. Micro-injectie van 5-EU in 1-cel embryo's
3. Totale RNA-extractie en concentratiemeting
OPMERKING: Gebruik een op silicamembraan gebaseerde totale RNA-extractiekit om totale RNA's uit vroege embryo's te isoleren en een fluorescentie-gebaseerde hooggevoeligheid RNA-kwantificatiekit om de concentraties RNA's te bepalen. Volg de instructies van de kit, en de volgende stappen zijn licht aangepast ten opzichte van de handleiding. Alle oplossingen en reagentia die in de volgende stappen worden gebruikt, moeten vrij zijn van RNase.
4. Ontluikende EU-RNA biotinylatie en zuivering
OPMERKING: Een op klikchemie gebaseerde beginnende RNA-vangkit wordt gebruikt om de prille EU-RNA's te bionisera en naar beneden te halen. Volg de instructies van de kit en de volgende stappen worden licht aangepast. RNA's van niet-geïnjecteerde embryo's, evenals EU-RNA's zonder biotinylering, kunnen dienen als achtergrondcontroles voor pulldown-specificiteit.
5. RNA-bibliotheekvoorbereiding en sequencing
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Xenopus laevis-embryo's (vier biologische replicata) in de stadia van 5 tot 9 uur na bevruchting (HPF) bij 22 °C, wat de stadia van stadium 5 (met weinig grootschalige ZGA) tot stadium 9 (met hoge ZGA) omvat, werden verwerkt volgens het hierbovengenoemde protocol 8. De totale RNA's, de gezuiverde beginnende EU-RNA's en de doorstroom-RNA's werden gebruikt voor de voorbereiding van de bibliotheken en werden gesequenced. Zoals getoond in
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hier hebben we een gedetailleerd protocol gegeven voor het metabolisch labelen van het ontluikende transcriptoom in de vroege embryogenese, inclusief microinjectie van de 5-EU in 1-cel embryo's, het extraheren van totale RNA's en het meten van hun concentraties, en het biotinyleren en zuiveren van de onthullende EU-RNA's voor bibliotheekvoorbereiding en sequencing (EU-RNA-Seq) (Figuur 1). Vanwege de hoge gevoeligheid en specificiteit van de benadering vergel...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteur verklaart geen concurrerende belangen.
Wij danken het Matthew Good-lab aan de University of Pennsylvania voor het bieden van training. Dit werk werd deels ondersteund door het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (R03HD105802).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| µPUPM Microinjector | World Precision Instruments | UPUMP | Voor micro-injectie (micro-injecteren met druk) |
| 5-ehtynyl uridine | Thermo Fisher Scientific | E10345 | Voor micro-injectie (labelen van nieuwe traqnscripts) |
| ACCU-SCOPE 3075 Zoom Stereomicroscopen | VWR | 470351-130 | Voor micro-injectie (visualiseren van embryo's) |
| Ammoniumacetaat | Sigma-Aldrich | A2706 | Voor RNA-precipitatie |
| Ascorbinezuur | Sigma-Aldrich | A7506 | Voor click reactie |
| Boorsilicaat glazen capillairen | World Precision Instruments | TW100-4 | Voor micro-injectie (het maken van glazen naalden) |
| Centrifuge | Eppendorf | 5425R | Voor centrifuge |
| Click-iT Nascent RNA Capture Kit | Thermo Fisher Scientific | C10365 | Voor biotinyleren en zuiveren van nieuwe RNA |
| CuSO4 | Sigma-Aldrich | 61230 | Voor click reactie |
| DNase I | Roche Diagnostics | 4716728001 | Voor RNA-extractie |
| Ficoll 400 | Sigma-Aldrich | GE17-0300-10 | Voor micro-injectie (incuberen van embryo's) |
| Glazen Petri-schaal (60 mm) | VWR | 75845-542 | Voor bevruchting |
| Glycogen | Thermo Fisher Scientific | AM9510 | Voor RNA-precipitatie |
| Halocarbon olie 27 | Sigma-Aldrich | H8773 | Voor micro-injectie (kalibreren van injectievolume) |
| L-cysteïne | Sigma-Aldrich | 168149 | Voor het ontdoen van embryo's van hun dooier |
| Microloader tips | calibre scientific | EPE-5242956003 | Voor micro-injectie (laden van 5-EU in de glazen naald) |
| NEBNext Library Quant Kit voor Illumina | NEB | E7630 | Voor bibliotheekkwantificering |
| NSQ 500/550 Hi Output KT v2.5 (75 CYS) | Illumina | 20024906 | Voor sequencing |
| Qubi Flex Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33327 | Voor het meten van RNA-concentratie |
| Qubit RNA HS Binding Kit | Thermo Fisher Scientific | Q32852 | Voor het meten van RNA-concentratie |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | Voor RNA-extractie |
| Stage Micrometer | Ward's Science | 470175-914 | Voor micro-injectie (kalibreren van injectievolume) |
| Universele RNA-seq met NuQuant | NuGEN | 0364 | Voor bibliotheekvoorbereiding |
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