Tutaj opisujemy protokół hybrydyzacji in situ (FISH) do określania właściwości ekspresji i lokalizacji RNA wyrażanych podczas embriogenezy u muszki owocowej, Drosophila melanogaster.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj opisujemy protokół hybrydyzacji in situ (FISH) do określania właściwości ekspresji i lokalizacji RNA wyrażanych podczas embriogenezy u muszki owocowej, Drosophila melanogaster.
Ocena wzorca ekspresji genu, jak również właściwości lokalizacji subkomórkowej jego transkrybowanego RNA, są kluczowymi cechami dla zrozumienia jego biologicznej funkcji podczas rozwoju. Hybrydyzacja RNA in situ (RNA-ISH) to potężna metoda stosowana do wizualizacji właściwości dystrybucji RNA, zarówno na poziomie organizmu, komórki, jak i subkomórkowym 1. RNA-ISH opiera się na hybrydyzacji znakowanej sondy kwasu nukleinowego (np. antysensownego RNA, oligonukleotydów) komplementarnej do sekwencji mRNA lub niekodującego celu RNA będącego przedmiotem zainteresowania 2. Ponieważ procedura wymaga samych informacji o sekwencji pierwotnej do wygenerowania sond specyficznych dla sekwencji, może być uniwersalnie stosowana do szerokiego zakresu organizmów i próbek tkanek 3. Rzeczywiście, wdrożono szereg badań ISH na dużą skalę w celu udokumentowania ekspresji genów i dynamiki lokalizacji RNA w różnych organizmach modelowych, co doprowadziło do ustanowienia ważnych zasobów społecznościowych 4-11. Chociaż na przestrzeni lat opracowano wiele strategii znakowania i wykrywania sond, połączone zastosowanie znakowanych fluorescencyjnie odczynników detekcyjnych i etapów enzymatycznego wzmacniania sygnału zapewnia znaczne zwiększenie czułości i rozdzielczości procedury 12. W tym miejscu opisujemy zoptymalizowaną metodę fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) wykorzystującą wzmocnienie sygnału tyramidu (TSA) do wizualizacji ekspresji i dynamiki lokalizacji RNA w stadizowanych zarodkach Drosophila. Procedura przeprowadzana jest w formacie 96-dołkowej płytki PCR, co znacznie ułatwia jednoczesne przetwarzanie dużej liczby próbek.
1. Przygotowanie sondy RNA
Przegląd: Poniższa sekcja opisuje kroki wymagane do stworzenia sond RNA znakowanych digoksygeniną (Dig) odpowiednich dla FISH. Pierwszy krok polega na klonowaniu lub amplifikacji PCR sekwencji odpowiadającej transkrybowanemu regionowi genu będącego przedmiotem zainteresowania, który zostanie wykorzystany do wygenerowania sondy specyficznej dla sekwencji. Można to osiągnąć, najpierw klonując segment genu do plazmidu, w którym wielokrotne miejsce klonowania jest otoczone elementami promotora bakteriofagów (T7, T3 lub Sp6), które mogą następnie służyć jako matryca do PCR przy użyciu starterów flankujących, które zawierają sekwencje promotorowe, generując w ten sposób liniowy produkt PCR z różnymi sekwencjami promotorowymi na każdym końcu (Figura 1A). Alternatywnie, aby uniknąć etapu klonowania, można również przeprowadzić amplifikację PCR z genomowego DNA lub cDNA przy użyciu oligonukleotydów, które zawierają sekwencje T7, T3 lub Sp6 na ich końcach 5' (np. T7: 5'-TAATACGACTCACTATAGAGA-3'; T3: 5'-AATTAACCCTCACTAAAGGGAGA-3'; Sp6: 5'-ATTTAGGTGACACTATAGAAGAG-3'). Liniowe produkty PCR są następnie wykorzystywane jako matryce do tworzenia sond RNA z sensem lub antysensem znakowanych Dig poprzez spływ transkrypcji in vitro z odpowiednią polimerazą (Figura 1B). Podczas wykonywania sond dla określonych genów zalecamy przygotowanie zarówno sond RNA sensownych, jak i antysensownych przy użyciu odrębnych polimeraz, które będą pomocne w ocenie specyficzności sygnału FISH (tj. jeśli interesujący nas gen nie zostanie przepisany w orientacji antysensownej, sonda sensownego RNA ujawni poziom sygnału tła). We wszystkich poniższych krokach należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć potencjalnej degradacji przez zanieczyszczenie rybonukleaz (RNA), najpierw czyszcząc wszystkie obszary stołu i sprzęt 70% etanolem lub dostępnymi w handlu roztworami do odkażania RNAzy oraz używając materiałów niezawierających RNAzy (np. wody, końcówek, probówek do mikrowirówek).
Materiały
Wyposażenie
2. Pobieranie i utrwalanie zarodków Drosophila
Przegląd: Ta sekcja opisuje etapy pobierania i przetwarzania zarodków Drosophila. W zależności od liczby potrzebnych zarodków muchy mogą być trzymane w klatkach populacyjnych o różnych rozmiarach. Poniższe kroki dotyczą zbiorów wykonywanych przy użyciu3 cylindrycznych klatek o długości 900 cm przy użyciu talerzy do zbierania soku jabłkowego o średnicy 100 mm. Prawidłowe utrwalenie wymaga usunięcia dwóch warstw ochronnych otaczających zarodek: kosmówki zewnętrznej i błony wewnętrznej błony witelinowej 13. Po zebraniu zarodki są najpierw kąpane w 50% roztworze wybielacza w celu usunięcia kosmówki, a następnie są mieszane w dwufazowym roztworze zawierającym heptan (przenika przez błonę witeliny) i PBS zawierającym 3,7% formaldehydu. Błona witeliny jest następnie pękana i usuwana poprzez przeniesienie zarodków do dwufazowej mieszaniny heptanu i metanolu. Prawidłowe utrwalenie zarodka i usunięcie błony witelinowej ma kluczowe znaczenie dla powodzenia dalszej procedury FISH.
Materiały
Wyposażenie
3. Przetwarzanie po utrwaleniu, hybrydyzacja i mycie po hybrydyzacji
Przegląd: Ta sekcja szczegółowo opisuje etapy przetwarzania permeabilizacji zarodków przed FISH, przed hybrydyzacją, hybrydyzacją za pomocą sond RNA i myciem po hybrydyzacji. W początkowych etapach przepuszczalności zarodki są traktowane jako pula w pojedynczej probówce (kroki 1-9 poniżej, dążąc do 10-15 μl osiadłych zarodków/próbki), ale są one rozdzielane na porcje do indywidualnych dołków 96-dołkowej płytki PCR przed przejściem do etapu wstępnej hybrydyzacji (krok 10 poniżej). Pomaga to zapewnić równomierne traktowanie wszystkich zarodków w początkowych fazach eksperymentu. Podczas przygotowywania eksperymentu FISH ważne jest, aby uwzględnić kontrole ujemne w celu określenia poziomu sygnału tła w poszczególnych eksperymentach. W tym celu zalecamy dołączenie próbki "bez sondy" i, jak wspomniano w sekcji 1, próbki zhybrydyzowanej z sondą RNA "sense", która zazwyczaj daje sygnał porównywalny do stanu "bez sondy".
Materiały:
Wyposażenie
4. Wykrywanie sondy
Przegląd: Ta sekcja opisuje przeciwciała i odczynniki wykrywające używane do wykrywania i wizualizacji rozkładu sygnału sondy RNA po hybrydyzacji. Kroki te przedstawiono schematycznie na rysunku 2. Tutaj przedstawiamy tylko standardowe odczynniki detekcyjne, których używamy do solidnego wzmacniania sygnału, ale istnieje wiele dostępnych na rynku odczynników, które mogą być używane jako alternatywa, zwłaszcza podczas wykonywania eksperymentów z podwójnymi FISH w celu jednoczesnego jednoczesnego wykrywania różnych RNA w celu podwójnego barwienia białka-RNA. Przykłady wyników uzyskanych za pomocą tego protokołu przedstawiono w mozaice wzorca ekspresji/lokalizacji mRNA na rysunku 3.
Materiały
Wyposażenie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Prawidłowo wykonana procedura ta zapewnia znacznie wyższy poziom szczegółowości w analizie czasowo-przestrzennej dynamiki ekspresji genów i lokalizacji mRNA podczas wczesnej embriogenezy Drosophila. Rzeczywiście, jak zilustrowano na Rysunku 3A dla klasycznego genu parzystego runt (run), za pomocą tego protokołu można obserwować zdarzenia ekspresji genów poprzez detekcję ognisk powstających transkrypty w grupach eksponujących ją jąder. Ponadto, jak pokazano na mozaice embrionów ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Na etapach syntezy sondy zwykle generujemy spływające antysensowne sondy RNA przez transkrypcję in vitro z pełnowymiarowych cDNA Drosophila amplifikowanych z plazmidów znalezionych w Drosophila Gene Collection (DGC), zasobu szczegółowo opisanym na następującej stronie internetowej: http://www.fruitfly.org/DGC/index.html 14,15. Podejście to jest szeroko stosowane w badaniach ISH na dużą skalę, mających na celu mapowa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Praca prowadzona w laboratorium Lécuyera jest wspierana przez fundusze z National Sciences and Engineering Council of Canada (NSERC), Canadian Institutes of Health Research (CIHR) oraz Fonds de Recherche en Santé du Québec (FRSQ). Fabio Alexis Lefebvre i Gaël Moquin-Beaudry są wspierani przez stypendia naukowe NSERC, a Carole Iampietro jest wspierana przez stypendium podoktorskie Angelo Pizzagalli.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Polimeraza RNA T7, T3 lub SP6 | Fermentas Life Sciences | EP0101,EP0111,EP0131 | Zestawy zawierają bufor reakcyjny. |
| DIG RNA Labeling Mix Roche | Applied Science | 11 277 073 910 | |
| RNAguard | Amersham Biosciences | 27-0816-01 | |
| 3M octan | |||
| Zimny 100% etanol. | |||
| Zimny 70% etanol. | |||
| Roztwór wybielacza chlorowego rozcieńczony wodą w stosunku 1:1. | |||
| Heptan | |||
| Metanol | |||
| proteinaza K | Sigma Aldrich Oakville, ON, Kanada | Nr katalogowy P2308 | |
| 40% roztwór formaldehydu, świeżo przygotowany | |||
| roztwór PBS-Tween (PBT) | 1xPBS, 0,1% Tween-20 | ||
| Roztwór | 2 mg / ml glicyny w monoklonalnym | ||
| HRP | Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc | 200-032-156 | (1/400 rozcieńczenie roztworu podstawowego 1 mg / ml w PBTB |
| HRP-sprzężonym z owcami monoklonalnym anty-DIG | Roche Applied Science, Laval, QC | 1 207 733 | 1/500 rozcieńczenie roztworu podstawowego w PBTB |
| Monoklonalny anty-DIG | myszy sprzężony z biotynąJackson ImmunoResearch Laboratories Inc., West Grove, PA, USA | 200-062-156 | (1/400 rozcieńczenie roztworu podstawowego 1 mg / ml w |
| sprzężonych sondach molekularnych | PBTB Streptawidyna-HRP | S991 | (1/100 rozcieńczenie 1 μ g/ml zapasu |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.