Dostarczamy szczegółowe metody metabolicznego oznaczania i oczyszczania początkujących transkryptów do analizy transkryptomu u wczesnych zarodków Xenopus z wykorzystaniem 5-etynylo-urydyny (5-EU).
Artykuł metodologiczny
Dostarczamy szczegółowe metody metabolicznego oznaczania i oczyszczania początkujących transkryptów do analizy transkryptomu u wczesnych zarodków Xenopus z wykorzystaniem 5-etynylo-urydyny (5-EU).
Wczesna embriogeneza wymaga nowej transkrypcji genów zygotycznych z początkowo uśpionego genomu zygoty po zapłodnieniu. Głównym wyzwaniem było dokładne wykrycie nowych transkrypcji i określenie czasu ich ekspresji podczas aktywacji genomu zygoty (ZGA). Przedstawiamy tutaj szczegółowe procedury znakowania metabolicznego początkujących transkryptów za pomocą 5-etynylo-udrydyny (5-EU) we wczesnych zarodkach Xenopus laevis . Po zapłodnieniu 5-EU jest mikrowstrzykiwane do zarodków w stadium 1 komórki, aby metabolicznie oznaczać nowo transkrybowane RNA podczas ZGA. Powstające RNA EU są następnie oczyszczane po biotinylacji za pomocą reakcji chemicznych pośredniczonych w klikach, a powstający transkryptom jest określany za pomocą sekwencjonowania nowej generacji. Co ważne, metoda ta charakteryzuje się wysoką czułością i specyficznością, co pozwala na charakteryzację słabo aktywowanych genów. W ten sposób takie podejście stanowi potężne narzędzie do badania dynamiki transkrypcji genów podczas wczesnego rozwoju i może być uogólnione na inne systemy embrionalne lub tkanki.
Po zapłodnieniu zarodek jest pod kontrolą czynników matczynych zdeponowanych w jaje, podczas gdy genom zygoty jest przez pewien czas transkrypcjonalnie nieobecny; Jest aktywowany do transkrypcji setek do tysięcy genów niezbędnych do dalszego rozwoju, w tym specyfikacji przeznaczenia komórek oraz tworzenia warstwy zarodkowej 1,2,3,4,5,6. To zjawisko aktywacji genomu zygoty (ZGA) podczas przejścia matki do zygoty (MZT) jest silnie zachowane we wszystkich gatunkach metazoa, choć czas wystąpienia ZGA różni się w zależności odgatunku 1,2,3,4,5,6. Zrozumienie, jak ZGA jest regulowane, jest ważne nie tylko dla naszego zrozumienia podstawowych zasad wczesnego rozwoju, ale także daje potencjał do opracowywania nowych strategii diagnozowania i leczenia zaburzeń rozwojowych oraz poprawy zdrowia reprodukcyjnego.
Głównym wyzwaniem w badaniu ZGA było dokładne wykrywanie nowych transkrypcji i określenie ich czasu powstania podczas aktywacji genomu zygoty (ZGA). Ze względu na dominację transkrypcji matki we wczesnych embrionach7, wysokie poziomy tych transkrypcji mogą maskować wykrywanie nowych transkrypcji podczas ZGA, szczególnie dla tych słabo aktywowanych genów, przy użyciu konwencjonalnego masowego RNA-seq. Aby pokonać to wyzwanie, opracowaliśmy metodę pomiaru początkującego transkryptomu poprzez metaboliczne znakowanie transkryptów za pomocą 5-etynylo-urydyny (5-EU), a następnie biotinylację powstających RNA EU za pomocą chemii klikowej i oczyszczanie ich do sekwencjonowania (EU-RNA-seq)8,9,10. W porównaniu z innymi początkującymi metodami profilowania transkryptów, takimi jak te wykorzystujące 4-tiourydynę (4sU)11,12, oznakowanie 5-EU jest wysoce specyficzne za pomocą klikowej chemii, może być stosowane zarówno do obrazowania, jak i sekwencjonowania, i nie wymaga konwersji chemicznej. Co więcej, początkujący EU-RNA-seq jest bardzo czuły i wykrywa setki genów, których aktywacji nie może wykryć konwencjonalny RNA-seq8. To podejście pozwoliło nam również precyzyjnie określić początek aktywacji genu zygotycznego oraz profilować wyraźne wzorce czasowo-przestrzenne ZGA podczas wczesnej embriogenezy8.
Opisujemy tutaj szczegółowe procedury przygotowania próbek do EU-RNA-seq w celu profilowania rodzącego się transkryptomu, wykorzystując wczesne zarodki Xenopus laevis jako model. Protokół ten jest adaptacją wcześniejszej metody10,13 z drobnymi optymalizacjami procedur, w tym mikroiniekcją 5-EU do zarodków w stadium 1-komórkowym, biotinylacją powstających RNA EU-RNA za pomocą reakcji klikowej oraz ich oczyszczaniem do sekwencjonowania (Rysunek 1). Aby zapewnić powtarzalność, w zależności od stadia wczesnych zarodków o różnej liczebności początkujących transkryptów, należy użyć 1–10 μg całkowitego RNA jako wejścia, choć nadal można użyć mniejszej ilości. Protokół ten można stosować w innych układach embrionalnych, takich jak Drosophila14 i daniodano 15, oraz w innych tkankach13. Metoda ta jest potężnym narzędziem dla naszego zrozumienia transkrypcji genów i mechanizmów regulacyjnych w różnych procesach biologicznych, w tym ujawniania nowych zasad wczesnej embriogenezy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Prace ze zwierzętami opisane w tym badaniu zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) Uniwersytetu Karoliny Południowej. Bezpieczeństwo laboratoryjne i utylizacja odpadów powinny być zgodne z przepisami instytucjonalnymi.
1. Przygotowanie odczynników i buforów
2. Mikroiniekcja 5-EU do zarodków jednokomórkowych
3. Całkowita ekstrakcja RNA i pomiar stężenia
UWAGA: Użyj zestawu do całkowitej ekstrakcji RNA opartego na membranie krzemionkowej do izolacji całkowitych RNA z wczesnych zarodków oraz zestawu do ilościfikacji RNA opartego na fluorescencji o wysokiej czułości w celu określenia stężeń RNA. Stosuj się do instrukcji zawartych w zestawie, a poniższe kroki są nieco zmodyfikowane względem instrukcji. Wszystkie roztwory i odczynniki używane w kolejnych etapach powinny być wolne od RNaz.
4. Początkująca biotynylacja i oczyszczanie EU-RNA
UWAGA: Do biotynylizacji i ściągnięcia powstających RNA EU-RNA używany jest zestaw do przechwytywania RNA powstającego na podstawie chemii klikowej. Postępuj zgodnie z instrukcjami zestawu, a kolejne kroki są nieco modyfikowane. RNA z zarodków nieiniekowanych, a także RNA EU bez biotinylacji, mogą służyć jako kontrola tła dla specyficzności pulldown.
5. Przygotowanie i sekwencjonowanie biblioteki RNA
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zarodki Xenopus laevis (cztery biologiczne repliki) w etapach od 5 do 9 godzin po zapłodnieniu (hpf) w temperaturze 22 °C, obejmujące stadia od stadium 5 (z niewielką ZGA) do 9. stadium (z wysokim ZGA), były przetwarzane zgodnie z protokołem powyżej8. Całkowite RNA, oczyszczone powstające RNA EU oraz RNA przepływowe zostały użyte do przygotowania bibliotek i zostały sekwencjonowane. Jak pokazano na Rysunku 2, porównując powstający transkryptom przy 6–9 hpf z ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedstawiliśmy tutaj szczegółowy protokół znakowania metabolicznego nowo powstającego transkryptomu we wczesnej embriogenezie, w tym mikrowstrzyknięcie 5-EU do zarodków jednokomórkowych, ekstrakcję całkowitych RNA i pomiar ich stężeń oraz biotinylację i oczyszczanie powstających RNA EU do przygotowania i sekwencjonowania biblioteki (EU-RNA-Seq) (Rysunek 1). Dzięki wysokiej czułości i specyficzności podejścia w porównaniu z całkowitym RNA-seq, protokół ten pozwolił nam nie tylko dokładnie ok...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autor deklaruje brak konkurencyjnych interesów.
Dziękujemy laboratorium Matthew Gooda na Uniwersytecie Pensylwanii za zapewnienie szkoleń. Prace te były częściowo wspierane przez Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (R03HD105802).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| &mikro; Mikroinjektor PUPM | Światowe Precyzyjne Instrumenty | UPUMP | Do mikrowstrzykowania (mikrowstrzykiwania pod ciśnieniem) |
| 5-ehtynylurydyna | Thermo Fisher Scientific | E10345 | Do mikroiniekcji (oznakowanie początkujących traqnscriptów) |
| Stereomikroskopy ACCU-SCOPE 3075 Zoom | VWR | 470351-130 | Do mikrozastrzyków (wizualizacji embrionów) |
| Octan amonu | Sigma-Aldrich | A2706 | Do wytrącenia RNA |
| Kwas askorbinowy | Sigma-Aldrich | A7506 | Za reakcję kliknięcia |
| Naczynia włosowate ze szkła borokrzemowego | Światowe Precyzyjne Instrumenty | TW100-4 | Do mikroiniekcji (robienie szklanych igieł) |
| Wirówka | Eppendorf | 5425R | Dla wirówki |
| Zestaw do przechwytywania RNA z Click-iT | Thermo Fisher Scientific | C10365 | Do biotinylacji i oczyszczania powstającego RNA |
| CuSO4 | Sigma-Aldrich | 61230 | Za reakcję kliknięcia |
| DNaza I | Roche Diagnostics | 4716728001 | Do ekstrakcji RNA |
| Ficoll 400 | Sigma-Aldrich | GE17-0300-10 | Do mikrozastrzyków (inkubujących zarodków) |
| Szklanki do szalki Petriego (60 mm) | VWR | 75845-542 | Do zapłodnienia |
| Glikogen | Thermo Fisher Scientific | AM9510 | Do wytrącenia RNA |
| Olej halowęglowodowy 27 | Sigma-Aldrich | H8773 | Do mikroiniekcji (kalibracja objętości wtrysku) |
| L-cysteina | Sigma-Aldrich | 168149 | Do dejellizacji embrionów |
| Końcówki mikroładowaczy | Naukowy kalibr | EPE-5242956003 | Do mikroiniekcji (załadowanie 5-EU do szklanej igły) |
| NEBNext Library Quant Kit dla Illumina | NEB | E7630 | Dla kwantyfikacji bibliotecznej |
| NSQ 500/550 Hi Output KT v2.5 (75 CYS) | Illumina | 20024906 | Do sekwencjonowania |
| Fluorometr Qubi Flex | Thermo Fisher Scientific | Q33327 | Do pomiaru stężenia RNA |
| Zestaw do wiązania kubitowego RNA HS | Thermo Fisher Scientific | Q32852 | Do pomiaru stężenia RNA |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | Do ekstrakcji RNA |
| Mikrometr etapowy | Ward's Science | 470175-914 | Do mikroiniekcji (kalibracja objętości wtrysku) |
| Uniwersalny RNA-seq z NuQuant | NuGEN | 0364 | Do przygotowania do biblioteki |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie