تحليل النسخ الجيني وحيدة الخلية التي كتبها نيون RNA<em> في الموقع</em> التهجين (FISH)
1Centre for Medical Parasitology, Department of International Health, Immunology & Microbiology, Faculty of Health Sciences,University of Copenhagen, 2Department of Infectious Diseases,Copenhagen University Hospital (Rigshospitalet), 3Institute of Infection and Immunology Research, School of Biology,University of Edinburgh
Summary
فلوري<em> في الموقع</em> التهجين (FISH) لتحديد النصوص مرنا في الخلايا الفردية يسمح تحليل النشاط جينائي مثل النسخ في وقت واحد من أكثر من عضو واحد في<em> فار</em> الأسرة متعددة الجينات في<em> المتصورة المنجلية</em> الكريات الحمراء المصابة<sup> 1</sup>. أسلوب قابل للتكيف ويمكن استخدامها على أنواع مختلفة من الخلايا والجينات والكائنات الحية.
Abstract
وتوسطت التصاق الكريات الحمراء المنجلية من المصابين (IE) لمستقبلات البطانية الإنسان خلال الإصابة بمرض الملاريا بنسبة التعبير عن المتغيرات البروتين المشفرة بواسطة PfEMP1 الجينات فار.
وفرداني P. المنجلية الجينوم تؤوي ما يقرب من 60 جينات مختلفة من فار الذي يعتقد الشخص الوحيد الذي كتب في الخلية في وقت الدم خلال المرحلة العدوى. كيف يتم تحقيق مثل هذه اللائحة يستبعد بعضها بعضا من النسخ الجيني فار غير واضح، كما هو تحديد الجينات الفردية أو فار مجموعات فرعية من الجينات المرتبطة فار المستقبلات المختلفة، وذلك من الربط الفرق على نتائج السريرية لP. المنجلية العدوى. مؤخرا، تم استدعاء النموذج النسخ يستبعد بعضها بعضا في شك من المقايسات النسخ يعتمد على الفردية P. تحديد نص في المنجلية واحد INFخلايا الدم الحمراء ected باستخدام RNA الفلورسنت في الموقع التهجين (FISH) تحليل النسخ الجيني فار من الطفيل في نوى الفردية P. IE المنجلية 1.
هنا، نقدم بروتوكول مفصلة لتنفيذ منهجية RNA-FISH لتحليل النسخ الجيني فار في نوى وحيد من P. المنجلية المصابة الكريات الحمراء الإنسان. وتستند هذه الطريقة على استخدام digoxigenin والبيوتين التي تحمل علامات مضاد تحقيقات RNA باستخدام TSA زائد الإسفار لوح النظام 2 (بيركن إلمر)، P. التحليلات المجهرية وتحديد طازجة IE المنجلية. يمكن استخدام أسلوب التهجين في الموقع لمراقبة النسخ وتنظيم مجموعة متنوعة من الجينات التي أعرب عنها خلال مراحل مختلفة من P. المنجلية دورة الحياة، وقابلة للتكيف مع الأنواع الأخرى طفيل الملاريا وغيرها من الكائنات وأنواع الخلايا.
Protocol
1. جيل من تبدي الكريات الحمر المصابة مختارة فرشلي لهذا الفحص، ويتم الحصول على أفضل النتائج عند استخدام الثقافات اختيار طازجة للتعبير سطح PfEMP1 البروتين. في هذه التجربة سيما P. 3D7 وقد تم اختيار النسب المنجلية باستخدام الاجسا?…
Representative Results
الشكل 1 يوضح المخطط الانسيابي من الخطوات الرئيسية والمدة الزمنية للمنهجية FISH RNA. هذه سلسلة من الصور ممثل بشكل جيد والحفاظ سيئة الملون التجارب FISH مرنا باستخدام واحد P. وتظهر المنجلية IE في الشكل 2. هذه الخ?…
Discussion
تحليل FISH RNA، وعلى النقيض من الأساليب مثل النشاف الشمالية وRT PCR-، يسمح التمييز النصوص مرنا محددة على المستوى خلية واحدة. هذا يجعل من الممكن التمييز بين الخلايا النشطة وغير النشطة transcriptionally، في هذا المثال، P. البروتوزوا الطفيلية المنجلية داخل خلايا الدم الحمرا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر مايكل Alifrangis وAbildtrup العلا للالتنميط الجيني من الطفيليات وهولم كريستينا للمساعدة التقنية الممتازة. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل معهد هوارد هيوز الطبي (منحة 55005511)، ومؤسسة وندبيك (R9-A840 منحة) ومؤسسة نيلز بوهر.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| Acetic Acid | Sigma/Aldrich | 338826-100ml | |
| Albumax media: RPMI 1640 Glutamine solution | Lonza | BE12-115F | 500 ml RPMI 1640
5 ml glutamine solution |
| Albumax media: Gentamycin sulphate Albumax-solution | Lonza | BE02-012E | 2.5 ml gentamycin sulphate
50 ml Albumax-solution |
| Albumax-solution: Hypoxanthine | Sigma-Aldrich | H9377 | 0.8 g Hypoxanthine |
| Albumax-solution: AlbuMAX II | Invitrogen | 11021-037 | 200 g Albumax |
| Albumax-solution: RPMI 1640 | Lonza | BE12-115F | 4 liter RPMI 1640
Dissolve with magnet at max. 50 °C. Filter sterilize and store at -20 °C in aliquots. |
| Amberlite | Sigma | A5710-110G | Resin to deionize formamide. |
| Anti-biotin goat pAb Peroxidase Conjugate | Calbiochem | 203206 | |
| Anti-Dig antibody | Novus biologicals | NB100-41330 | |
| Anti-fade reagent with DAPI | Invitrogen | P36931 | The mounting media has to cure for 24 hr before sealing the slide completely. |
| Biotin RNA Labeling Mix | Roche | 11685597910 | |
| Camera digital | Nikon digital sight DC-F11 | ||
| Coverslips | Menzel-glaser | 631-1570 | |
| culture flask 25 cm2 Nunclon surface | Nunc | 156340 | |
| DEPC | Fluka/Sigma | 32490-100ml | 1 ml DEPC in 1000 ml deinonized water. Add a stir bar and stir for 12 hr. Autoclave for 30 min. |
| Digital camera | Nikon digital sight DC-F11 | ||
| Dynabeads Protein A | Invitrogen | 10002D | |
| DynaMaq-15 Magnet | Invitrogen | 123-01D | |
| Formamide bioultra 99 % | Fluka/Sigma | 47671-1l-F | Deionized formamide: 5 g of ion exchange resin per 100 ml of formamide. Stir 30 min. Filter through Whatman paper. |
| Gelatine 0.75% solution: Gelatine | Sigma-Aldrich | G2500 | 3.75 g gelatine in 500 ml RPMI 1640. Heat to 56 °C to dissolve. Filter sterilize when 56 °C. Store at -20 °C in aliquots. |
| Gelatine 0.75% solution: RPMI 1640 | Lonza | BE12-115F | 3.75 g gelatine in 500 ml RPMI 1640. Heat to 56 °C to dissolve. Filter sterilize when 56 °C. Store at -20 °C in aliquots. |
| Glutamine solution: L-glutamin | Sigma-Aldrich | G3126 | 14.6 g L glutamine in 500 ml 0.9 % NaCl. Dissolve, filter sterilize and store at -20 °C in aliquots. |
| Glutamine solution: HCl | Sigma | H1758 | 14.6 g L glutamine in 500 ml 0.9 % NaCl. Dissolve, filter sterilize and store at -20 °C in aliquots. |
| Hybridization solution: Formamide Bio ultra 99% SSC 20x | Fluka/Sigma | 47671-1l-F | Total 20 ml, keep frozen at -20 °C in aliquots 10 ml deionized formamide |
| Hybridization solution: Denhardt’s 50x concentrate | Sigma | D2532 | 5 ml 20xSSC |
| Hybridization solution: Yeast tRNARoche blocking reagent | Sigma | R-6750 | 2 ml 50x Denhardt’s 250 μl 20 mg per ml yeast tRNA |
| Hybridization solution: Salmon sperm DNA | Fluka/Sigma | 31149-106GF | 0.4 g Roche blocking reagent 1 ml of 10 mg per ml salmon sperm DNA (Critical: denature salmon spermDNA at 96 °C for 5 min before adding to the hybridization solution) |
| Hybridizer ThermoStar 100 HC4 | Quantifoil Instruments GmbH | 1004-0011 | Can be replaced by hybridization oven and RNase free hybridization chambers padded with DEPC water. |
| Immersion oil UV transparent fluorescence free | Sigma | 10976-1EA | |
| Immunofluorescence or confocal microscope | Nikon D-Eclipse TE2000C | ||
| Nailpolish | Available in any drugstore | ||
| PBS 20x:NaCl
KCl Na2HPO4 x 2H2O KH2PO4 DEPC deionized H2O |
Ajust pH to 7.4
160 g 4 g 23 g 4 g 1 l |
||
| Paraformaldehyde 4 % | Fluka/chemika | 76240 | 4 g PFA in 80 ml PBS/DEPC. Heat to 65 °C until the PFA dissolves. Add 20 ml PBS, allow the solution to cool. Adjust the pH to 7.4. Filter. Store in aliquots at -20 °C. |
| Paraformaldehyde 4 %/ Acid acetic 5 % | 950 μl paraformaldhyde + 50 μl Acetic acid | ||
| Pepsin | Sigma/Aldrich | P7000 | |
| Peroxidase-conjugated anti-biotin | Calbiochem | 203206 | |
| RBC-wash media: RPMI 1640 Glutamine solution | Lonza | BE12-115F | 500 ml RPMI 1640 5 ml glutamine solution |
| RBC-wash media: Gentamycin sulfate | Lonza | BE02-012E | 2.5 ml gentamycin sulphate |
| RNase | Sigma/Aldrich | Make a 10 mg/ml stock solution. | |
| RNase free 1.5 ml tube | Ambion | AM12450 | |
| RNase Zap | Ambion | AM9780 | |
| Slides 4 wells 11 mm | Thermo Scientific | MENZXER306W | |
| SSC 20x: NaCl | Sigma/Aldrich | S9625 | 3 M NaCl (175 g/l) 0.3M Na3 citrate x H2O (88 g/l) Adjust to pH 7.0 with 1M HCl |
| SSC 20x: Sodium citrate dehydrate | Sigma/aldrich | W302600 | 3 M NaCl (175 g/l) 0.3M Na3 citrate x H2O (88 g/l) Adjust to pH 7.0 with 1M HCl |
| SSPE 20x: NaCl | Sigma/Aldrich | S9625 | 175.3 g NaCl |
| SSPE 20x: NaH2PO4 | Sigma/Aldrich | S0751 | 27.6 g NaH2PO4. |
| SSPE 20x:4 EDTA powder | 9.4 g EDTA powder Add DEPC water, adjust pH 7.4. Autoclave for 20 min |
||
| TNB buffer: TNT buffer | 10 ml TNT buffer | ||
| TNB buffer: Blocking reagent | 0.05 g Blocking reagent To dissolve the blocking reagent, heat the solution to 60 °C for one hour with stirring. Store at -20 °C. (Derived from the Perkin Elmer TSA-protocol.) |
||
| TNT buffer: Tris/HCl | Sigma | T1503 | 1M Tris/HCl, pH 8.0 |
| TNT buffer: NaCl | Sigma Aldrich | S9625 | 100 ml |
| TNT buffer: Tween20 | Sigma | 93773 | 5 M NaCl 30 ml 1 ml DEPC dH2O 869 Ml Adjust pH to 7.5 at room temperature. (Derived from the Perkin Elmer TSA-protocol.) |
| TSA plus Cyanine3/ Fluorescein system | Perkin Elmer | NEL753000IKT | Read the protocol from the TSA Plus Fluorescence Palette System carefully before starting the experiment. |
| Tubes 14 ml sterile | Almeco – CM LAB Aps | 91016 |
References
- Joergensen, L., Bengtsson, D. C., Bengtsson, A., Ronander, E., Berger, S. S., Turner, L., Dalgaard, M. B., Cham, G. K., Victor, M. E., Lavstsen, T., Theander, T. G., Arnot, D. E., Jensen, A. T. Surface co-expression of two different PfEMP1 antigens on single Plasmodium falciparum-infected erythrocytes facilitates binding to ICAM1 and PECAM1. PLoS Pathog. 2, 1001083 (2010).
- Pinaud, R., Mello, C. V., Velho, T. A., Wynne, R. D., Tremere, L. A. Detection of two mRNA species at single-cell resolution by double-fluorescence in situ hybridization. Nat. Protoc. 3, 1370-1379 (2008).
- Cheeseborough, M. . District Laboratory Practice in Tropical Countries. , (2006).
- Brolin, K. J., Ribacke, U., Nilsson, S., Ankarklev, J., Moll, K., Wahlgren, M., Chen, Q. Simultaneous transcription of duplicated var2csa gene copies in individual Plasmodium falciparum parasites. Genome Biol. 10, R117 (2009).
- Epp, C., Li, F., Howitt, C. A., Chookajorn, T., Deitsch, K. W. Chromatin associated sense and antisense noncoding RNAs are transcribed from the var gene family of virulence genes of the malaria parasite Plasmodium falciparum. RNA. 15, 116-127 (2009).
- Freitas-Junior, L. H., Hernandez-Rivas, R., Ralph, S. A., Montiel-Condado, D., Ruvalcaba-Salazar, O. K., Rojas-Meza, A. P. Telomeric heterochromatin propagation and histone acetylation control mutually exclusive expression of antigenic variation genes in malaria parasites. Cell. 121, 25-36 (2005).
- Obernosterer, G., Martinez, J., Alenius, M. Locked nucleic acid-based in situ detection of microRNAs in mouse tissue sections. Nature Protoc. 2, 1508-1514 (2007).
- Li, F., Sonbuchner, L., Kyes, S. A., Epp, C., Deitsch, K. W. Nuclear non-coding RNA are transcribed from the centromeres of Plasmodium falciparum and are associated with centromeric chromatin. J. Biol. Chem. 283, 5692-5698 (2008).
- Thompson, J., Sinden, R. E. In situ detection of Pbs21 mRNA during sexual development of Plasmodium berghei. Mol. Biochem. Parasitol. 68, 189-196 (1994).
- Thompson, J. In situ detection of RNA in blood- and mosquito-stage malaria parasites. Methods Mole Med. 72, 225-235 (2002).
- Arnot, D. E., Ronander, E., Bengtsson, D. C. The progression of the intra-erythrocytic cell cycle of Plasmodium falciparum and the role of the centriolar plaques in asynchronous mitotic division during schizogony. Int. J. Parasitol. 41, 71-80 (2011).
- Osborne, C. S., Chakalova, L., Brown, K. E., Carter, D., Horton, A., Debrand, E., Goyenechea, B., Mitchell, J. A., Lopes, S., Reik, W., Fraser, P. Active genes dynamically colocalize to shared sites of ongoing transcription. Nat. Genet. 36, 1065-1071 (2004).
Tags
Single-cell Gene TranscriptionRNA Fluorescent In Situ Hybridization (FISH)Plasmodium Falciparum Infected ErythrocytesPfEMP1 Protein VariantsVar GenesMutually Exclusive RegulationTranscription AssaysRNA-FISH MethodologyDigoxigenin-labeled Antisense RNA ProbesBiotin-labeled Antisense RNA ProbesTSA Plus Fluorescence Palette System
Cite This Article
Ronander, E., Bengtsson, D. C., Joergensen, L., Jensen, A. T. R., Arnot, D. E. Analysis of Single-cell Gene Transcription by RNA Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). J. Vis. Exp. (68), e4073, doi:10.3791/4073 (2012).