Ten artykuł opisuje protokół szybkiego i efektywnego czasoprzestrzennego monitorowania normalnej i nieprawidłowej metylacji cytozyny w nienaruszonych zarodkach danio pręgowanego.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje protokół szybkiego i efektywnego czasoprzestrzennego monitorowania normalnej i nieprawidłowej metylacji cytozyny w nienaruszonych zarodkach danio pręgowanego.
Metylacja cytozyny jest wysoce konserwatywna wśród gatunków kręgowców i, jako kluczowy czynnik programowania epigenetycznego i stanu chromatyny, odgrywa kluczową rolę we wczesnym rozwoju embrionalnym. Modyfikacje enzymatyczne napędzają aktywną metylację i demetylację cytozyny do 5-metylocytozyny (5-mC), a następnie utlenianie 5-mC do 5-hydroksymetylocytozyny, 5-formylocytozyny i 5-karboksylcytozyny. Przeprogramowanie epigenetyczne jest krytycznym okresem podczas rozwoju in utero, a narażenie matki na chemikalia może potencjalnie przeprogramować epigenom u potomstwa. Może to potencjalnie powodować niekorzystne skutki, takie jak natychmiastowe konsekwencje fenotypowe, długoterminowy wpływ na podatność na choroby u dorosłych oraz międzypokoleniowe skutki dziedzicznych cech epigenetycznych. Chociaż sekwencjonowanie oparte na wodorosiarczynach umożliwia badaczom badanie metylacji cytozyny w rozdzielczości par zasad, podejścia oparte na sekwencjonowaniu są zbyt kosztowne i jako takie wykluczają możliwość monitorowania metylacji cytozyny na różnych etapach rozwoju, wielu stężeń na substancję chemiczną i replikacji zarodków na leczenie. Ze względu na łatwość zautomatyzowanego obrazowania in vivo, manipulacji genetycznych, szybki czas rozwoju ex utero i hodowlę podczas embriogenezy, zarodki danio pręgowanego są nadal wykorzystywane jako fizjologicznie nienaruszony model do odkrywania szlaków za pośrednictwem ksenobiotyków, które przyczyniają się do niekorzystnych skutków we wczesnym rozwoju embrionalnym. Dlatego, korzystając z dostępnych na rynku przeciwciał specyficznych dla 5 mC, opisujemy opłacalną strategię szybkiego i wydajnego czasoprzestrzennego monitorowania metylacji cytozyny w indywidualnych, nienaruszonych zarodkach danio pręgowanego poprzez wykorzystanie immunohistochemii całościowej, zautomatyzowanego obrazowania o wysokiej zawartości i wydajnego przetwarzania danych przy użyciu języka programowania przed analizą statystyczną. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy, metoda ta jest pierwszą, która z powodzeniem wykryła i określiła ilościowo poziomy 5-mC in situ w zarodkach danio pręgowanego we wczesnym okresie rozwoju. Metoda umożliwia wykrycie metylacji DNA w obrębie masy komórkowej, a także ma zdolność wykrywania metylacji cytozyny matczynych mRNA zlokalizowanych w żółtku podczas przejścia od matczynego do zygotycznego. Ogólnie rzecz biorąc, metoda ta będzie przydatna do szybkiej identyfikacji substancji chemicznych, które mogą potencjalnie zakłócać metylację cytozyny in situ podczas przeprogramowania epigenetycznego.
Modyfikacje enzymatyczne napędzają aktywną metylację i demetylację cytozyny do 5-metylocytozyny (5-mC), a następnie utlenianie 5-mC do 5-hydroksymetylcytozyny, 5-formylocytozyny i 5-karboksylcytozyny1,2. Fosforan tris(1,3-dichloro-2-propylu) (TDCIPP) jest szeroko stosowanym środkiem zmniejszającym palność w Stanach Zjednoczonych, który, jak wykazano wcześniej, zmienia trajektorię metylacji cytozyny po wczesnej ekspozycji embrionalnej od 0,75 godziny po zapłodnieniu (HPF) do wczesnej gastrulacji (6 HPF)3,4,5,6,7,8. U kręgowców 5-mC i jego zmodyfikowane pochodne mają kluczowe znaczenie dla regulacji wczesnego rozwoju embrionalnego9. Zapłodnienie zarodka wyzwala demetylację rodzicielskiego DNA, a następnie degradację mRNA matki, aktywację genomu zygotycznego i remetylację genomu zygotycznego9. Biologicznie istotne procesy wykorzystujące metylację cytozyny obejmują modyfikację histonów, rekrutację maszynerii transkrypcyjnej, metylację RNA, przeprogramowanie epigenetyczne i określenie struktury chromatyny10,11. Metylacja cytozyny jest również zachowana wśród gatunków kręgowców, co podkreśla znaczenie zrozumienia i zbadania, w jaki sposób nieprawidłowa metylacja cytozyny może wpływać na trajektorię rozwoju organizmu11. Co więcej, rozwój in utero jest wrażliwy na narażenie matki i może powodować niekorzystne skutki, takie jak natychmiastowe konsekwencje fenotypowe, długoterminowy wpływ na podatność na choroby dorosłych i międzypokoleniowe skutki dziedzicznych cech epigenetycznych12,13,14.
Długie odcinki par cytozyna-guanina, czyli wyspy CpG, były głównymi ogniskami badaczy, którzy dążą do scharakteryzowania dynamiki metylacji cytozyny w całym genomie15,16,17. Strategie oparte na wodorosiarczynach, takie jak sekwencjonowanie wodorosiarczynów w całym genomie, sekwencjonowanie wodorosiarczynów o zmniejszonej reprezentacji i sekwencjonowanie amplikonów wodorosiarczynowych, stanowią złoty standard w badaniu metylacji cytozyny w rozdzielczości par zasad. Jednak podejścia oparte na sekwencjonowaniu są zbyt kosztowne i jako takie wykluczają możliwość monitorowania metylacji cytozyny na różnych etapach rozwoju, wielu stężeń na substancję chemiczną i replikacji zarodków podczas leczenia. Ponadto podejścia oparte na sekwencjonowaniu nie dostarczają informacji o lokalizacji przestrzennej, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia potencjalnie dotkniętych typów komórek i obszarów w rozwijającym się zarodku. Podobnie, globalne testy metylacji DNA, takie jak analiza restrykcyjna zależna od metylacji, testy immunologiczne sprzężone z enzymami 5-mC (ELISA) i chromatografia cieczowa ze spektrometrią mas 5-metylo-2'-deoksycytydyny (5-mC) (LC-MS) opierają się na homogenatach komórkowych lub tkankowych i jako takie wykluczają możliwość monitorowania lokalizacji i wielkości metylacji cytozyny w przestrzeni i czasie w nienaruszonych próbkach12,18.
Ze względu na łatwość zautomatyzowanego obrazowania in vivo, manipulacji genetycznych, szybkiego czasu rozwoju ex utero i hodowli podczas embriogenezy, zarodki danio pręgowanego są nadal szeroko stosowane jako fizjologicznie nienaruszone modele do odkrywania ścieżek za pośrednictwem ksenobiotyków, które przyczyniają się do niekorzystnych wyników podczas wczesnego rozwoju embrionalnego. W związku z tym, wykorzystując komercyjnie dostępne przeciwciała swoiste dla 5-mC, poniższy protokół opisuje opłacalną strategię szybkiego i wydajnego czasoprzestrzennego monitorowania metylacji cytozyny w pojedynczych, nienaruszonych zarodkach danio pręgowanego poprzez wykorzystanie immunohistochemii całościowej (IHC), zautomatyzowanego obrazowania o wysokiej zawartości i wydajnego przetwarzania danych przy użyciu języka programowania przed analizą statystyczną.
Zgodnie z aktualnym wiedzą, ta metoda jest pierwszą metodą monitorującą 5-mC w nienaruszonych zarodkach danio młodego. Metoda umożliwia wykrycie metylacji DNA w obrębie masy komórkowej, a także ma zdolność wykrywania metylacji cytozyny matczynych mRNA zlokalizowanych w żółtku podczas przejścia od matczynego do zygotycznego. Ogólnie rzecz biorąc, metoda ta będzie przydatna do szybkiej identyfikacji substancji chemicznych, które mogą potencjalnie zakłócać metylację cytozyny in situ podczas przeprogramowania epigenetycznego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dorośli hodowcy byli traktowani zgodnie z zatwierdzonym przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) protokołem użytkowania zwierząt (#20180063) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside.
1. Pobieranie zarodków danio pręgowanego i ekspozycja chemiczna
2. Dechorionacja zarodków
3. Immunohistochemia z użyciem przeciwciała specyficznego dla 5-mC
4. Automatyczne obrazowanie zarodków na płytkach 96-dołkowych
5. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ogólnym celem niniejszego protokołu jest ustalenie, czy dana terapia wpływa na względną obfitość 5-mC poprzez ocenę całkowitego obszaru i względnej intensywności fluorescencji w utrwalonych i znakowanych zarodkach ryb zebrafish. Po zakończeniu protokołu można wykorzystać stereomikroskop fluorescencyjny, aby w pierwszej kolejności stwierdzić, czy immunohistochemia (IHC) całego preparatu przebiegła pomyślnie. W przypadku obserwacji znakowanych zarodków przy użyciu filtra FITC lub GFP, wynik dodatni jest wskazywany przez po...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podczas tego protokołu należy wykonać kilka kroków, które są krytyczne. Po pierwsze, podczas dekorionacji zarodków ważne jest, aby skierować igłę z dala od tkanki zarodka/woreczka żółtkowego/masy komórkowej, ponieważ te części rozwijającego się zarodka są bardzo delikatne i łatwe do nakłucia. Po drugie, przenosząc oznakowane zarodki do poszczególnych studzienek, użyj szklanej pipety do transferu zarodków, ponieważ będą one przylegać do plastikowej pipety. Po trzecie, podczas wykonywania całego montażu IHC należy upewnić ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie są im znane żadne konkurencyjne interesy finansowe ani powiązania osobiste, które mogłyby mieć wpływ na pracę opisaną w tym artykule.
Wsparcie badawcze zostało zapewnione przez UCR Graduate Division Fellowship dla SAB, stypendium NRSA T32 Training Program Fellowship (T32ES018827) dla SAB, a także grant National Institutes of Health (R01ES027576) i USDA National Institute of Food and Agriculture Hatch Project (1009609) dla DCV.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki do mikrowirówek 1,5 ml | Fisher Scientific | 540225 | |
| 10- i mikro; Szklana pipeta mikrokapilarna | L Fisher Scientific | 211762B | |
| 100-mm plastikowa szalka Petriego | Fisher Scientific | 08757100D | |
| 10x sól fizjologiczna buforowana fosforanami | Fisher Scientific | BP399500 | |
| Pipeta 1 ml | Fisher Scientific 13690032 | ||
| 250 ml Kolba Erlenmeyera | Fisher Scientific | FB501250 | |
| Pipeta 5 ml | Fisher Scientific | 13690033 | |
| 60-milimetrowa szklana szalka Petriego z pokrywkami | Fisher Scientific | 08747A | |
| płytka | Fisher Scientific | 720089 | |
| AlexaFluor 488-sprzężona kozia anty-mysia IgG przeciwciało | Fisher Scientific | A21121 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Fisher Scientific | BP67110 | |
| DMSO | Fisher Scientific | BP2311 | |
| Płyta grzewcza | Fisher Scientific | 1110016SH | |
| Pułapki hodowlane w zbiornikach | Siedliska wodne | N/A | Ten produkt nie jest już dostępny po przejęciu Aquatic Habitats przez Pentair. Badacze mogą korzystać ze standardowych zbiorników hodowlanych poza systemem dostępnych u wielu dostawców. |
| ImageXpress Micro XLS Widefield High-Content Screening System | Urządzenia molekularne | N/A | Każdy system przesiewowy o wysokiej zawartości wyposażony w światło przechodzące i filtr FITC będzie odpowiedni. |
| Kosz do immunochemii (IHC) | N/A | N/A | Wyprodukowano we własnym zakresie przy użyciu probówek do mikrowirówek z usuniętą stożkową częścią i dnem wyposażonym w siatkę, dozowaną do płytek 24- lub 48-dołkowych. |
| MetaXpress 6.0.3.1658 | Urządzenia molekularne | Nie dotyczy | Odpowiednie będzie dowolne oprogramowanie zdolne do ilościowego określenia całkowitej powierzchni i zintegrowanej intensywności fluorescencji. |
| Mikroszpatułka | Fisher Scientific | 2140115 | |
| Monoklonalne mysie przeciwciało anty-5-mC | Millipore Sigma | MABE146 | |
| NaOH | Fisher Scientific | BP359-500 | |
| Wytrząsarka orbitalna | Fisher Scientific | 50998290 | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 1337412 | |
| Paraformaldehyd | Fisher Scientific | 18612139 | |
| Plastikowa pipeta transferowa | Fisher Scientific | 1368050 | |
| Rstudio | RStudio | N/A | RStudio to oprogramowanie typu open source, które można pobrać ze strony https://www.rstudio.com. |
| Surowica owcza | Millipore Sigma | S3772-5ML | |
| Stereomikroskop | Leica | 10450103 | |
| Inkubator z kontrolowaną temperaturą | Fisher Scientific | PR505755L | |
| Tween-20 | Fisher Scientific | P7949-500ML |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.