Мы предлагаем подробные методы метаболического маркировки и очистки зарождающихся транскриптов для анализа транскриптома у ранних эмбрионов Xenopus с использованием 5-этинилуридина (5-EU).
Методическая статья
Мы предлагаем подробные методы метаболического маркировки и очистки зарождающихся транскриптов для анализа транскриптома у ранних эмбрионов Xenopus с использованием 5-этинилуридина (5-EU).
Ранний эмбриогенез требует новой транскрипции зиготных генов из изначально спящего зиготного генома после оплодотворения. Одной из главных задач стало точное обнаружение новых транскриптов и определение времени их экспрессии во время активации зиготного генома (ZGA). Здесь мы предлагаем подробные процедуры метаболической маркировки зарождающихся транскриптов с помощью 5-этинил-уридина (5-EU) в ранних эмбрионах Xenopus laevis . После оплодотворения 5-EU микроинъецируется в эмбрионы 1-клеточной стадии для метаболической маркировки вновь транскрибирированных РНК во время ZGA. Зарождающиеся EU-РНК затем очищаются после биотинилирования с помощью реакций, опосредованных клик-химией, а зарождающийся транскриптом определяется с помощью секвенирования следующего поколения. Важно, что этот метод обладает высокой чувствительностью и специфичностью, что позволяет характеризуть гены с низким уровнем активации. Таким образом, этот подход предоставляет мощный инструмент для изучения динамики транскрипции генов на ранних этапах развития и может быть обобщён на другие эмбриональные системы или ткани.
После оплодотворения эмбрион находится под контролем материнских факторов, отложенных в яйцеклетке, в то время как зиготический геном некоторое время транскрипционно недоступен; Он активируется для транскрипции сотен и тысяч генов, необходимых для последующего развития, включая специфику судьбы клеток и формирование зародышевыхслоёв 1,2,3,4,5,6. Это явление активации зиготного генома (ZGA) во время материнского перехода к зиготному (MZT) высоко консервативно у всех метазоев, хотя время возникновения ZGA варьируется у разныхвидов 1,2,3,4,5,6. Понимание того, как регулируется ZGA, важно не только для понимания фундаментальных принципов раннего развития, но и открывает потенциал для разработки новых стратегий диагностики и лечения нарушений развития, а также повышения репродуктивного здоровья.
Одной из главных задач при изучении ZGA стало точное обнаружение новых транскриптов и определение времени их появления во время активации зиготического генома (ZGA). Из-за преобладания материнских транскриптов в раннихэмбрионах 7, высокие уровни этих транскриптов могут скрывать обнаружение новых транскриптов во время ZGA, особенно для генов с низкой активацией, используя традиционный объёмный РНК-секвенс. Чтобы преодолеть эту проблему, мы разработали метод измерения зарождающегося транскриптома с помощью метаболической маркировки зарождающихся транскриптов 5-этинилуридином (5-EU), затем биотинилирования зарождающихся EU-РНК с помощью щелк-химии и их очистки для секвенирования (EU-RNA-seq)8,9,10. В отличие от других начинающих методов профилирования транскриптов, таких как использование 4-тиуридина (4sU)11,12, маркировка 5-EU очень специфична с помощью щелк-химии, может использоваться как для визуализации, так и для секвенирования, и не требует химического преобразования. Кроме того, зарождающаяся EU-РНК-секвенция очень чувствительна и обнаруживает сотни генов, активация которых не может быть обнаруживана обычным объёмомРНК-seq 8. Этот подход также позволил точно определить начало индивидуальной активации зиготных генов и пропрофилировать отличительные пространственно-временные паттерны ZGA в раннемэмбриогенезе 8.
Здесь мы описываем подробные процедуры подготовки образцов для EU-RNA-seq с целью профилирования зарождающегося транскриптома с использованием ранних эмбрионов Xenopus laevis в качестве модели. Этот протокол адаптирован из предыдущего метода10,13 с незначительными оптимизациями процедур, включая микроинъекцию 5-EU в эмбрионы 1-клеточной стадии, биотинилирование зарождающихся EU-РНК посредством щелчковой реакции и их очистку для секвенирования (см. рисунок 1). Для обеспечения воспроизводимости, в зависимости от стадий ранних эмбрионов с разным количеством зарождающихся транскриптов следует использовать 1–10 мкг общей РНК в качестве входа, хотя всё равно можно использовать меньшее количество. Этот протокол может применяться в других эмбриональных системах, таких как дрозофила14 и данио15, а также в другихтканях 13. Этот метод является мощным инструментом для понимания транскрипции генов и регуляторных механизмов в различных биологических процессах, включая раскрытие новых принципов раннего эмбриогенеза.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Работы с животными, описанные в этом исследовании, были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Университета Южной Каролины. Безопасность лабораторий и утилизация отходов должны соответствовать институциональным нормам.
1. Подготовка реагентов и буферов
2. Микроинъекция 5-EU в 1-клеточные эмбрионы
3. Общая экстракция и измерение концентрации РНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте набор для общей экстракции РНК на основе кремнеземной мембраны для выделения полных РНК из ранних эмбрионов и флуоресцентный набор для количественной оценки высокочувствительной РНК для определения концентраций РНК. Следуйте инструкциям, предоставленным набором, и следующие шаги немного изменяются по сравнению с инструкцией. Все растворы и реагенты, используемые в следующих шагах, должны быть без РНаз.
4. Зарождающаяся биотинилирование и очистка EU-РНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Для биотинилации и опускания зарождающихся РНК используется набор для захвата зарождающихся EU-РНК на основе щелкающей химии. Следуйте инструкциям, предоставленным набором, и следующие шаги будут немного изменены. РНК из неинъекционных эмбрионов, а также EU-РНК без биотинилирования могут служить фоновыми контролями специфичности для вытяжения.
5. Подготовка и секвенирование библиотек РНК
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эмбрионы Xenopus laevis (четыре биологических реплики) на стадиях с 5 по 9 часов после оплодотворения (HPF) при 22 °C, охватывающие стадии от 5-й стадии (с небольшим масштабным ZGA) до 9-й стадии (с высоким ZGA), были обработаны согласно протоколу, указанномувыше 8. Для подготовки библиотек использовались общие РНК, очищенные зарождающиеся EU-РНК и проточные РНК. Как показано на рисунке 2, сравнивая зарождающийся транскриптом...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь мы предоставили подробный протокол метаболической маркировки зарождающегося транскриптома в раннем эмбриогенезе, включая микроинъекцию 5-EU в 1-клеточные эмбрионы, экстракцию всего РНК и измерение их концентрации, а также биотинилирование и очистку зарождающихся EU-РНК для подготовки и секвенирования в библиотеке (EU-RNA-Seq) (Рисунок 1). Благодаря высокой чувствительности и специфичности подхода по сравнению с общей РНК-секвенцией, этот протокол позво...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Автор заявляет, что нет конкурирующих интересов.
Мы благодарим лабораторию Мэттью Гуда при Университете Пенсильвании за предоставленное обучение. Эта работа частично поддерживалась Национальным институтом здоровья детей и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер (R03HD105802).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| & микро; Микроинжектор PUPM | World Precision Instruments | UPUMP | Для микроинъекции (микроинъекции с давлением) |
| 5-эхтинилуридин | Термо Фишер Сайентифик | E10345 | Для микроинъекции (маркировка зарождающихся тракнскриптов) |
| Стереомикроскопы ACCU-SCOPE 3075 Zoom | VWR | 470351-130 | Для микроинъекций (визуализация эмбрионов) |
| Ацетат аммония | Сигма-Олдрич | A2706 | Для осадки РНК |
| Аскорбиновая кислота | Сигма-Олдрич | A7506 | Для клик-реакции |
| Боросиликатные стеклянные капилляры | World Precision Instruments | TW100-4 | Для микроинъекций (изготовление стеклянных игл) |
| Центрифуга | Эппендорф | 5425R | Для центрифуг |
| Набор для захвата зарождающейся РНК Click-iT | Термо Фишер Сайентифик | C10365 | Для биотинилирования и очистки зарождающейся РНК |
| CuSO4 | Сигма-Олдрич | 61230 | Для клик-реакции |
| DNase I | Roche Diagnostics | 4716728001 | Для экстракции РНК |
| Ficoll 400 | Сигма-Олдрич | GE17-0300-10 | Для микроинъекций (инкубационных эмбрионов) |
| Чашка Петри Стекла (60 мм) | VWR | 75845-542 | Для удобрения |
| Гликоген | Термо Фишер Сайентифик | AM9510 | Для осадки РНК |
| Halocarbon Oil 27 | Сигма-Олдрич | H8773 | Для микроинъекции (калибровка объёма инъекции) |
| L-цистеин | Сигма-Олдрич | 168149 | Для обезжильвания эмбрионов |
| Насадки микрозагрузчика | Calibre Scientific | EPE-5242956003 | Для микроинъекции (загрузка 5-EU в стеклянную иглу) |
| Количественный набор библиотеки NEBNext для Illumina | NEB | E7630 | Для количественной оценки библиотеки |
| NSQ 500/550 Hi Output KT v2.5 (75 CYS) | Illumina | 20024906 | Для секвенирования |
| Флюорметр Qubi Flex | Термо Фишер Сайентифик | Q33327 | Для измерения концентрации РНК |
| Набор для связывания кубитной РНК HS | Термо Фишер Сайентифик | Q32852 | Для измерения концентрации РНК |
| Мини-комплект RNeasy | Цягэн | 74104 | Для экстракции РНК |
| Ступень микрометра | Наука Уорда | 470175-914 | Для микроинъекции (калибровка объёма инъекции) |
| Универсальное РНК-секвенирование с NuQuant | NuGEN | 0364 | Для подготовки библиотеки |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение