В этой статье описывается протокол быстрого и эффективного пространственно-временного мониторинга нормального и аберрантного метилирования цитозина в интактных эмбрионах рыбок данио.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В этой статье описывается протокол быстрого и эффективного пространственно-временного мониторинга нормального и аберрантного метилирования цитозина в интактных эмбрионах рыбок данио.
Метилирование цитозина высоко сохраняется у всех видов позвоночных и, как ключевой фактор эпигенетического программирования и состояния хроматина, играет решающую роль в раннем эмбриональном развитии. Ферментативные модификации приводят к активному метилированию и деметилированию цитозина в 5-метилцитозин (5-мС) и последующему окислению 5-мС в 5-гидроксиметилцитозин, 5-формилцитозин и 5-карбоксильцитозин. Эпигенетическое перепрограммирование является критическим периодом внутриутробного развития, и материнское воздействие химических веществ может перепрограммировать эпигеном в потомстве. Это может потенциально вызвать неблагоприятные исходы, такие как немедленные фенотипические последствия, долгосрочные последствия для восприимчивости к заболеваниям у взрослых и трансгенерационные эффекты наследственных эпигенетических меток. Хотя секвенирование на основе бисульфита позволяет исследователям опрашивать метилирование цитозина с разрешением пары оснований, подходы, основанные на секвенировании, являются непомерно дорогостоящими и, как таковые, исключают возможность мониторинга метилирования цитозина на разных стадиях развития, множественных концентраций на химическое вещество и репликации эмбрионов за обработку. Благодаря простоте автоматизированной визуализации in vivo , генетическим манипуляциям, быстрому времени развития ex utero и животноводству во время эмбриогенеза, эмбрионы рыбок данио продолжают использоваться в качестве физиологически неповрежденной модели для выявления ксенобиотически-опосредованных путей, которые способствуют неблагоприятным исходам во время раннего эмбрионального развития. Поэтому, используя коммерчески доступные 5-мС-специфические антитела, мы описываем экономически эффективную стратегию быстрого и эффективного пространственно-временного мониторинга метилирования цитозина в отдельных, интактных эмбрионах рыбок данио с использованием цельной иммуногистохимии, автоматизированной визуализации с высоким содержанием и эффективной обработки данных с использованием языка программирования до статистического анализа. Согласно современным знаниям, этот метод является первым, который успешно обнаруживает и количественно оценивает уровни 5-mC in situ в эмбрионах рыбок данио во время раннего развития. Метод позволяет обнаруживать метилирование ДНК в клеточной массе, а также обладает способностью обнаруживать метилирование цитозина локализованных желтком материнских мРНК во время перехода от матери к зиготе. В целом, этот метод будет полезен для быстрой идентификации химических веществ, которые могут нарушить метилирование цитозина in situ во время эпигенетического перепрограммирования.
Ферментативные модификации стимулируют активное метилирование и деметилирование цитозина в 5-метилцитозин (5-мС) и последующее окисление 5-мС в 5-гидроксиметилцитозин, 5-формилцитозин и 5-карбоксильцитозин 1,2. Трис(1,3-дихлор-2-пропил) фосфат (TDCIPP) является широко используемым антипиреном в Соединенных Штатах, который, как было ранее продемонстрировано, изменяет траекторию метилирования цитозина после раннего эмбрионального воздействия от 0,75 часа после оплодотворения (HPF) до ранней гаструляции (6 hpf)3,4,5,6,7,8 . У позвоночных 5-мС и его модифицированные производные имеют решающее значение для регулирования раннего эмбрионального развития9. Оплодотворение эмбриона вызывает деметилирование родительской ДНК, за которым следует деградация материнской мРНК, активация зиготического генома и реметилирование зиготического генома9. Биологически значимые процессы, использующие метилирование цитозина, включают модификацию гистонов, рекрутирование транскрипционного механизма, метилирование РНК, эпигенетическое перепрограммирование и определение структуры хроматина10,11. Метилирование цитозина также сохраняется среди видов позвоночных, подчеркивая важность понимания и изучения того, как аберрантное метилирование цитозина может влиять на траекторию развития организма11. Кроме того, внутриутробное развитие чувствительно к материнскому воздействию и может вызвать неблагоприятные исходы, такие как немедленные фенотипические последствия, долгосрочные последствия для восприимчивости к заболеваниям у взрослых и трансгенерационные эффекты унаследованных эпигенетических меток 12,13,14.
Длинные участки пар цитозин-гуанин, или острова CpG, были основными очагами исследователей, которые стремятся охарактеризовать динамику метилирования цитозина в геноме 15,16,17. Стратегии, основанные на бисульфите, такие как секвенирование бисульфита всего генома, секвенирование бисульфита с пониженным представлением и секвенирование бисульфитного ампликона, представляют собой золотой стандарт для опроса метилирования цитозина при разрешении пары оснований. Однако подходы, основанные на секвенировании, являются непомерно дорогостоящими и, как таковые, исключают возможность мониторинга метилирования цитозина на разных стадиях развития, множественных концентраций на химическое вещество и репликации эмбрионов за обработку. Кроме того, подходы, основанные на секвенировании, не предоставляют информацию о пространственной локализации, что имеет решающее значение для понимания потенциально затронутых типов клеток и областей в развивающемся эмбрионе. Аналогичным образом, глобальные анализы метилирования ДНК, такие как метилирующий зависимый рестрикционный анализ, иммунологические анализы 5-мС (ИФА) и 5-метил-2'-дезоксицитидин (5-мС) жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (LC-MS), полагаются на гомогенаты клеток или тканей и, как таковые, исключают возможность мониторинга локализации и величины метилирования цитозина в пространстве и времени в неповрежденных образцах12,18.
Благодаря простоте автоматизированной визуализации in vivo , генетическим манипуляциям, быстрому времени развития ex utero и животноводству во время эмбриогенеза, эмбрионы рыбок данио продолжают широко использоваться в качестве физиологически неповрежденных моделей для выявления ксенобиотически-опосредованных путей, которые способствуют неблагоприятным исходам во время раннего эмбрионального развития. Таким образом, используя коммерчески доступные антитела, специфичные для 5-mC, приведенный ниже протокол описывает экономически эффективную стратегию быстрого и эффективного пространственно-временного мониторинга метилирования цитозина в отдельных, интактных эмбрионах рыбок данио с использованием иммуногистохимии (IHC), автоматизированной визуализации с высоким содержанием и эффективной обработки данных с использованием языка программирования до статистического анализа.
Согласно современным знаниям, этот метод является первым для мониторинга 5-mC в интактных эмбрионах рыбок данио. Метод позволяет обнаруживать метилирование ДНК в клеточной массе, а также обладает способностью обнаруживать метилирование цитозина локализованных желтком материнских мРНК во время перехода от матери к зиготе. В целом, этот метод будет полезен для быстрой идентификации химических веществ, которые могут нарушить метилирование цитозина in situ во время эпигенетического перепрограммирования.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Взрослые заводчики обрабатывались и лечились в соответствии с утвержденным Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) протоколом использования животных (No 20180063) в Калифорнийском университете в Риверсайде.
1. Сбор эмбрионов рыбок данио и химическое воздействие
2. Дехорионация эмбрионов
3. Иммуногистохимия с использованием 5-мС-специфических антител
4. Автоматизированная визуализация эмбрионов в 96-луночных пластинах
5. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Общая цель этого протокола состоит в том, чтобы определить, влияет ли лечение на относительное изобилие 5-мС путем оценки общей площади и относительной интенсивности флуоресценции в фиксированных и меченных эмбрионах рыбок данио. После завершения протокола можно использовать флуоресцентный стереомикроскоп, чтобы сначала определить, был ли IHC успешным. Когда меченые эмбрионы наблюдаются под фильтром FITC или GFP, положительный результат указывается положительным сигналом FITC внутри эмбриона, тогда как отрицательный резу...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Во время этого протокола есть несколько шагов, которые являются критическими. Во-первых, при дехорионации эмбрионов важно направить иглу в сторону от ткани эмбриона/желточного мешка/клеточной массы, так как эти участки развивающегося эмбриона очень хрупкие и легко прокалываются. Во-вторых, при переносе меченых эмбрионов в отдельные лунки используйте стеклянную пипетку для переноса эмбрионов, поскольку они будут прилипать к пластиковой пипетке. В-третьих, при выполнении полного монтажа IHC убедитесь, что пластина защищена...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, описанную в этой статье.
Исследовательская поддержка была предоставлена стипендией UCR Graduate Division Fellowship для SAB, стипендией учебной программы NRSA T32 (T32ES018827) для SAB и грантом Национальных институтов здравоохранения (R01ES027576) и проектом Национального института пищевых продуктов и сельского хозяйства США (1009609) для DCV.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1,5-мл микроцентрифужные пробирки | Fisher Scientific | 540225 | |
| 10-&микро; L стеклянная микрокапиллярная пипетка | Fisher Scientific | 211762B | |
| 100-мм пластиковая чашка | Петри Fisher Scientific | 08757100D | |
| 10x фосфатно-солевой буфер | Пипетка Fisher Scientific | BP399500 | |
| 1 мл | Фляга Эрленмейера Fisher Scientific | 13690032 | |
| 250 мл | Пипетка Fisher Scientific | FB501250 | |
| пипетка объемом 5 мл | Стеклянные | Fisher Scientific 13690033 | |
| 60 мм стеклянные чашки Петри с крышками | Fisher Scientific | 08747A | |
| 96-луночная пластина | Fisher Scientific | 720089 | |
| AlexaFluor 488-конъюгированный козий антимышиный IgG антитела | Fisher Scientific | A21121 | |
| Бычий сывороточный альбумин | Fisher Scientific | BP67110 | |
| DMSO | Fisher Scientific | BP2311 | |
| Hotplate | Fisher Scientific | 1110016SH | |
| Ловушки для разведения в аквариуме | Aquatic Habitats | Н/Д | Этот продукт больше не доступен после приобретения компании Pentair компании Aquatic Habitats. Следователи могут использовать стандартные внесистемные резервуары для разведения, доступные у нескольких поставщиков. |
| ImageXpress Micro XLS Широкопольная система скрининга с высоким содержанием | золота Молекулярные устройства | Н/Д | Подойдет любая система скрининга с высоким содержанием золота, оснащенная проходящим светом и фильтром FITC. |
| Корзина для иммунохимии (ИГХ) | Н/Д | /Д | Изготовлена на собственном производстве с использованием микроцентрифужных пробирок с удаленной конической частью и дном с сеткой, рассчитанной на 24- или 48-луночные планшеты. |
| MetaXpress 6.0.3.1658 | Молекулярные устройства | Н/Д | Подойдет любое программное обеспечение, способное количественно определить общую площадь и интегральную интенсивность флуоресценции. |
| Микрошпатель | Fisher Scientific | 2140115 | |
| Моноклональное мышиное антитело к 5-mC | Millipore Sigma | MABE146 | |
| NaOH | Fisher Scientific | BP359-500 | |
| Orbital shaker | Научный | 50998290 | |
| Fisher Parafilm | 1337412 | Фишера | |
| Параформальдегид | Пластиковый | ||
| er Scientific | 1368050 | ||
| Rstudio | RStudio | N/A | RStudio является программным обеспечением с открытым исходным кодом, которое можно загрузить по адресу https://www.rstudio.com. |
| Сыворотка для овец | Millipore Sigma | S3772-5ML | |
| Стереомикроскоп | Leica | 10450103 | |
| Инкубатор с регулируемой температурой | PR505755L | Фишера | |
| Tween-20 | Fisher Scientific | P7949-500ML |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.