Summary

Analyse van de Single-cell gentranscriptie door RNA TL<em> In Situ</em> Hybridisatie (FISH)

Published: October 07, 2012
doi:

Summary

Fluorescerende<em> In situ</em> Hybridisatie (FISH) om mRNA transcripten in individuele cellen te identificeren maakt analyse van polygene activiteit zoals de gelijktijdige transcriptie van meer dan een lid van de<em> Var</em> Multigenfamilie in<em> Plasmodium falciparum</em> Geïnfecteerde erythrocyten<sup> 1</sup>. De techniek is aanpasbaar en kan gebruikt worden op verschillende genen, cellen en organismen.

Abstract

Hechting van Plasmodium falciparum geïnfecteerde erythrocyten (IE) om humane endotheliale receptoren tijdens malariabesmettingen wordt gemedieerd door expressie van PfEMP1 eiwitvarianten gecodeerd door de genen var.

De haploïde P. falciparum genoom herbergt ongeveer 60 verschillende var genen waarvan slechts een is verondersteld te transcriberen per cel tegelijk in het bloed stadium van de infectie. Hoe dergelijke elkaar uitsluitende regulatie van var gentranscriptie wordt bereikt is onduidelijk, evenals de identificatie van de individuele var genen of subgroepen van var genen geassocieerd met verschillende receptoren en het gevolg van differentiële bindend zijn voor de klinische uitkomst van P. falciparum infecties. Onlangs heeft de transcriptie elkaar uitsluitende paradigma is in twijfel getrokken door transcriptie assays gebaseerd op individuele P. falciparum transcript identificatie in enkele infected erytrocytaire cellen met behulp van RNA fluorescente in situ hybridisatie (FISH) analyse van var gentranscriptie door de parasiet in individuele kernen van P. falciparum IE 1.

Hier geven we een gedetailleerd protocol voor het uitvoeren van de RNA-FISH methode voor de analyse van var gentranscriptie in enkele kernen van P. falciparum geïnfecteerde humane erythrocyten. De methode is gebaseerd op het gebruik van digoxigenine en biotine-gelabelde antisense RNA probes met de TSA Plus Fluorescence Palette System 2 (Perkin Elmer), microscopische analyse en vers geselecteerd P. falciparum IE. De in situ hybridisatie methode kan worden gebruikt om transcriptie en regulering van een aantal genen die tijdens de verschillende fasen van het P. toezicht falciparum levenscyclus en is aanpasbaar aan andere malariaparasiet soorten en andere organismen en celtypes.

Protocol

1. Generatie van Vers Geselecteerde geïnfecteerde erythrocyten Voor deze test worden de beste resultaten verkregen met vers geselecteerde cultures voor oppervlakte-expressie van PfEMP1 eiwit. In dit experiment de 3D7 P. falciparum lineage is geselecteerd met specifieke antilichamen zoals eerder beschreven 1. Dag 1 Oogst 200 ul gepakte bloedcellen van een P. falciparum cultuur met 2-5% late stadium IE door centrifugeren bij 80…

Representative Results

Figuur 1 toont een stroomschema van de belangrijkste stappen en de tijdsduur van de RNA FISH methode. Een reeks van representatieve beelden van goed en slecht bewaard gebleven gebrandschilderde mRNA FISH experimenten met behulp van enkele P. falciparum IE worden getoond in Figuur 2. Deze intracellulaire protozoaire heeft een klein (1-1,5 micrometer diameter) kern, die is blauw gekleurd met DAPI. Vierentwintig uur na erytrocyten invasie in P. fal…

Discussion

RNA FISH analyse, in tegenstelling tot werkwijzen zoals Northern blotting en RT-PCR, maakt onderscheid specifieke mRNA transcripten in de enkele cel. Dit maakt het mogelijk onderscheid te maken tussen transcriptioneel actieve en inactieve cellen, in dit voorbeeld, P. falciparum parasitaire protozoa in menselijke rode bloedcellen. Dergelijke whole-cell waarnemingen zijn vaak nodig en kunnen ontrafelen belangrijke en nieuwe transcriptionele patronen 1.

Hoewel andere RNA FIS…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs willen graag Michael Alifrangis en Ulla Abildtrup bedanken voor genotypering van parasieten en Christina Holm voor een uitstekende technische bijstand. Dit werk werd gefinancierd door Howard Hughes Medical Institute (subsidie ​​55005511), De Lundbeck Foundation (subsidie ​​R9-A840) en door het Niels Bohr Foundation.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. Cheeseborough, M. . District Laboratory Practice in Tropical Countries. , (2006).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Thompson, J., Sinden, R. E. In situ detection of Pbs21 mRNA during sexual development of Plasmodium berghei. Mol. Biochem. Parasitol. 68, 189-196 (1994).
  10. Thompson, J. In situ detection of RNA in blood- and mosquito-stage malaria parasites. Methods Mole Med. 72, 225-235 (2002).
  11. 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).
  12. 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).

Play Video

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).

View Video