Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

אין ויוו פיקוח על ביטוי גנים שעון היממה בתצלובתי העכבר באמצעות קרינה פלואורסצנטית כתבים

Published: July 4, 2018 doi: 10.3791/56765

Summary

טכנולוגיה זו מבוססת על-ידי קרינה פלואורסצנטית פיתח ' מאפשר ניטור לטווח ארוך של שעתוק של גנים שעון היממה העל-תצלובתי (SCN) לנוע בחופשיות עכברים בזמן אמת, ברזולוציה הטמפורלית גבוהה.

Abstract

טכניקה זו משלבת סיב אופטי מתווכת הקלטות זריחה עם מסירה מדויקת של וירוס רקומביננטי adeno-הקשורים, המבוסס על ג'ין כתבים. חדש, קל לשימוש ויוו פלורסצנטיות ניטור מערכת זו פותחה להקליט את הקצב תעתיק של הגן השעון, Cry1, העל-תצלובתי (SCN) לנוע בחופשיות עכברים. לשם כך, כתב פלורסצנטיות שעתוק Cry1 היה מתוכנן ונארז לתוך וירוס Adeno-הקשורים. מזוכך, מרוכז וירוס היה מוזרק העכבר SCN ואחריו את ההוספה של סיבים אופטיים, שהיה אז מקובע על גבי המשטח של המוח. החיות היו חזר לכלובים הביתה והתירו את תקופת ההחלמה שלאחר הניתוח חודש להבטיח ביטוי עיתונאי מספיק. קרינה פלואורסצנטית נרשמה ואז לנוע בחופשיות עכברים באמצעות יישום ויוו ניטור המערכת אשר נבנה במוסד שלנו. עבור ה- ויוו למערכת ההקלטה, 488 ננומטר לייזר היה יחד עם 1 × 4 קרן-מפצל זה מחולק האור ארבע יציאות עירור לייזר של כוח שווה. תוכנית התקנה זו אפשרה לנו להקליט מתוך ארבע חיות בו זמנית. כל אחד האותות פלורסצנטיות הנפלט נאסף באמצעות צינור האופטיקה וכרטיס רכישת נתונים. לעומת זאת כדי הקודם ביולומינסנציה ויוו שעון היממה הקלטה הטכניקה, קרינה פלואורסצנטית זה ויוו למערכת ההקלטה מותר את ההקלטה של ביטוי גנים שעון היממה במהלך מחזור אור.

Introduction

ביונקים, העל-תצלובתי (SCN) מושלת שעון ביולוגי בכל הגוף לתאם של הפרט בתגובה שינויים סביבתיים אקסוגני (למשל, אור, טמפרטורה, לחץ, וכו ')1. רכיבי שעון הליבה מורכבת Per1-3, Cry1-2, שעוןו- Bmal1, תפקיד מרכזי בוויסות השעון היממה של כל תא. כל תא ב- SCN מכיל activator תעתיק, שעון/BMAL1, אשר משמש heterodimer לזירוז הביטוי של פי ולבכות. פי / מתחם לבכות ואז מעכב את הפונקציה של השעון/BMAL1 ליצירת לולאת משוב תרגום תמלול שלוקח בערך 24 שעות כדי להשלים2,3.

מחקרים קודמים ב- SCN בעיקר המועסקים שמחוץ SCN פרוסה תרבות שיטה4,5,6 , ואילו גישה זו סיפקה מידע רב-ערך, המגבלות יש עכבות היכולת שלנו לקבל נתונים לגבי ההשפעה של אחרים גרעינים במוח ב- SCN, כמו גם השפעת גירויים אקסוגני (למשל, אור) על תאים המתגוררים באזור קריטי זה. בשנת 2001, הקבוצה של היטושי אוקמורה היה הראשון להשתמש למערכת ביולומינסנציה ויוו ביטוי גנים צג שעון היממה SCN במעבר בחופשיות עכברים7. הקבוצה של קן-איצ'י Honma בילה כמה שנים נוספות לפתח את ביולומינסנציה ויוו למערכת ההקלטה ב- SCN8,9,10. יחד, מחקרים אלה סיפקו לחוקרים את היכולת לנטר את שעון היממה בחשכה קבוע או אחרי דופק אור. עם זאת, מכיוון ביולומינסנציה מעומעם מדי כדי לאפשר ניטור רציף במהלך המחזור/כהה, בשילוב עם העובדה כי אור היא האות הדומיננטית הדרושות את entrainment בתיווך SCN של שעונים היממה11, יש הגדלת הביקוש לפיתוח שיטות נסיוניות אשר להתגבר על המגבלות הקשורות ביולומינסנציה הקלטה. הדו ח הנוכחי מתאר מערכת מבוססת פלורסצנטיות, אשר נבנה כדי לנטר את שעון היממה של ה SCN ויוו במעבר בחופשיות עכברים. שיטה זו קלה לשימוש מאפשר ניטור רציף במהלך המחזור/כהה ומאפשר התבוננות שעתוק של גנים שעון היממה SCN בזמן אמת, ברזולוציה הטמפורלית גבוהה לטווח ארוך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

לכל השגרות פרוטוקול זה נערכו עם האישור של טיפול בעלי חיים מוסדיים ושל שימוש הוועדה (IACUC) של הלאומית המכון הביולוגי למדעים, בייג'ינג, בהתאם לכללים ממשלתיים של סין.

1. בניית הכתב זריחה Cry1

הערה: מחקרים היממה הקודמת באמצעות ביולומינסנציה מערכת2,12,13 נתיך מקדם היממה עם destabilized לוציפראז (dLuc) כדי לעודד ביטוי אומנותית dLuc . כדי לפתח כתב פלורסצנטיות, גרם אולי לפגיעה ביציבות לוציפראז הוחלף עם פלורסצנטיות גרם אולי לפגיעה ביציבות חלבון (dVenus) כדי לעודד ביטוי אומנותית dVenus . הדור של P (Cry1)-כתבונוס d היא כמפורט להלן, הבונה של אשר כעת להיות מוגשים Addgene ויהיה זמין בקרוב לשימוש אקדמי.

  1. להגביר יזם Cry1 את העכבר פונקציונלי (+328 לאזור-1208 bp של הגן Cry1 , תמלול התחלה האתר מיועד לשמש כ '-1 '). השתמש האנזים PCR (KOD פלוס-ניאו), תחל F1 ו- R1 (ראה טבלה 2), עכבר הגנום כמו תבנית ו- PCR של היצרן פרוטוקול כדי להגביר את מקטע DNA יזם Cry1 .
  2. להגביר אינטרון 336 של הגן Cry1 , אשר חשוב עבור פונקציית שעון היממה Cry114. השתמש האנזים PCR, תחל F2 ו- R2, העכבר גנום בתור תבנית PCR פרוטוקול של היצרן כדי להגביר את מקטע ה-DNA אינטרון 336.
  3. להגביר את ונוס. השתמש האנזים PCR, תחל F3 ו R3, pVENUS-N1 פלסמיד וגם תבנית PCR פרוטוקול של היצרן כדי להגביר את מקטע ה-DNA ונוס .
  4. להגביר את מקטע ה-DNA של NLS-D2. השתמש האנזים PCR, תחל F4 ו- R4, pcDNA3.3-d2eGFP פלסמיד וגם תבנית PCR פרוטוקול של היצרן כדי להגביר את מקטע ה-DNA של NLS-D2.
  5. לסנתז DNA קטע 1 כמו אקסון 1.
  6. לסנתז DNA קטע 2 כמו מקשר בין אינטרון 336 את מקטע ה-DNA ונוס .
  7. לחתוך את pAAV-EF1a-כפול floxed-hChR2 (H134R) - mCherry - WPRE-HGHpA פלסמיד וקטור עם אנזימים MluI, EcoRI. להשתמש ערכת חילוץ ג'ל כדי לטהר את מקטע דנ א גדולים יותר. להשתמש בפרוטוקול של היצרן.
  8. באמצעות שילוב הרכבה גיבסון והפרוטוקול סטנדרטי, להרכיב כל שברי DNA יחד כדי לייצר הכתב-intron336-Venus-NLS-D2-WPRE-HGHpA pAAV-P (Cry1). להשתמש בפרוטוקול של היצרן.

2. הפקה של וירוס Adeno-הקשורים15

  1. להכין פלסמיד הבאים דנ א מניות: 31.25 µg של pRV1, µg 31.25 של pH21, 125 µg של pFdelta6 ו- µg 62.5 של pAAV-P (Cry1) - intron336 - ונוס-NLS - D2-WPRE-HGHpA.
  2. היכונו חמש מנות 15 ס מ של תאים 293T והמתן עד התאים להיות 90% confluent.
  3. Transfect של פלסמידים לתוך התאים 297T בעקבות פרוטוקול ריאגנט תרביות תאים. עבור כל מנה, השתמש 6.25 µg של pRV1, µg 6.25 של pH21, µg 25 של pFdelta6, µg 12.5 של pAAV-P (Cry1)-µL intron336-Venus-NLS-D2-WPRE-HGHpA ו-120 של ריאגנט תרביות תאים.
  4. 72 h לאחר תרביות תאים, לנתק את התאים של כל צלחת באמצעות אקדח פיפטה; לקצור את התאים לתוך שני צינורות 50 מ.
  5. גלולה התאים ב g 800 x 10 דקות וזורקים את תגובת שיקוע. לשטוף את התאים על ידי הצבת 20 מ"ל של תמיסת מלח באגירה פוספט (PBS) לתוך כל שפופרת; גלולה התאים ב g 800 x 10 דקות, ולמחוק את תגובת שיקוע.
  6. Resuspend כדורי 150 מ"מ NaCl ו 20 מ"מ טריס פתרון, pH 8.0; השתמש 25 מ של פתרון/צינור. מוסיפים 1.25 מ ל שזה עתה הוכנו 10% נתרן deoxycholate (ב- dH2O) כל שפופרת. להוסיף נוקלאז benzonase ריכוז סופי של 50 יחידות מ"ל ומערבבים היטב. דגירה ב 37 ° C עבור 1 h.
  7. הסרת לכלוך התאית על ידי צריך שתוציאו ב 3000 g x למשך 15 דקות. להבטיח כי כל פסולת הוסר על ידי דחיפת את התערובת דרך מסנן מזרק 0.45 μm; שלב זה יעזור למנוע את החסימה של הפארין עמודות.
  8. להגדיר את העמודות הפארין באמצעות משאבה סחרור; הגדר את קצב הזרימה 1 mL/min, המבטיח כי אין בועות אוויר יוכנסו העמודות.
  9. Equilibrate את העמודות עם 10 מ ל מ 150 NaCl, 20 מ מ טריס פתרון, pH 8.0. הוסף את הפתרון המכיל וירוס כדי כל עמודה. לשטוף את העמודות עם 20 מ ל מ 100 NaCl, 20 מ מ טריס פתרון, pH 8.0. לאחר מכן, באמצעות מזרק 5 מ ל, לשטוף את העמודות עם 1 מ ל מ 200 NaCl ו- 20 מ מ טריס פתרון pH 8.0, ואחריו 1 מ"ל מ 300 NaCl ו 20 מ מ טריס פתרון, pH 8.0.
  10. השתמש מזרק 5 מ ל כדי elute את הוירוס עם 3 מ ל מ 400 NaCl, הפתרון טריס 20 מ מ, pH 8.0, ואחריו 4 מ ל מ 450 NaCl, הפתרון טריס 20 מ מ, pH 8.0, ולבסוף על ידי 3 מ ל מ 500 NaCl , הפתרון טריס 20 מ מ, pH 8.0. לאסוף את החומרים שחולצו.
  11. ריכוז וירוס adeno-הקשורים רקומביננטי (rAAV), טען החומרים שחולץ, 4 מ ל בכל פעם, ליחידות צנטריפוגלי מסנן עם משקל מולקולרי 100,000 הקיצוץ. Centrifuge כל מדגם 4-mL-g x 2000 עבור 5 דקות בטמפרטורת החדר, השמטת את הזרימה דרך.
  12. כאשר כל החומרים שחולצו שנוהלו באמצעות היחידות צנטריפוגלי מסנן, להוסיף 4 מ"ל ל- PBS, centrifuge את התערובת לתוך μL כ-250. להסיר rAAVs (כייל ויראלי צריכים להיות 2-8 x 1012 חלקיקים נגיפיים לכל mL) צנטריפוגלי מסנן יחידות, aliquot, חנות ב-80 מעלות צלזיוס עד השימוש. בשלב זה, ניתן לאחסן את הוירוס למשך מספר חודשים.

3. rAAV הזרקת והוספה סיבים אופטיים לתוך SCN למבוגרים העכבר

  1. הזרקה של זריחה היממה נושא כתב rAAVs לתוך SCN
    1. לטעון 5 µL של rAAV (כייל וירוס הוא על 2-8 x 10 חלקיקי וירוס12 לכל mL) לתוך מזרק מיקרו.
    2. עזים ומתנגד של העכבר למבוגרים (2 עד 5-בן חודש, רקע C57BL/6) עם מסקלין (80 מ ג/ק ג) באמצעות הזרקת בקרום הבטן. בדוק עומק מספיק של הרדמה לתחושה של חוסר תגובה הבוהן-קורט.
    3. להשתמש במספריים כדי להסיר פרווה מראשו של העכבר ולאחר מכן לטעון את העכבר לתוך מנגנון stereotaxic. לספק מקור חום לבעלי ומורדמת באמצעות שמיכה במחזור מים חמים או התקן חימום נוסף.
      הערה: לחלופין, להשתמש קוצץ שיער קרם או חשמלי depilatory כדי להסיר את הפרווה.
    4. נקה באתר כירורגית עם הסוכנים חיטוי מתאים. לדוגמה, זה יכול לכלול סטרילי מים או אלכוהול, יוד, betadine, או למהול chlorhexidine מתחלפים scrubs. חזור על פחות 3 פעמים. לעטוף באתר כירורגית.
    5. השתמש את המספריים אעשה חתך בקרקפת ולחשוף את הגולגולת.
    6. להתאים את המנגנון stereotaxic כך bregma למבדה הם באותו מישור אופקי; להפוך שתי נקודות סימטריות bregma באותו מישור אופקי.
    7. שימוש ספוגית כותנה סטרילי טבולים 4% H2O2/H2O מנפחם קרום מוח העצם. לאחר מכן להשתמש ספוגית כותנה נקי, סטרילי כדי לנקות לייבש את פני השטח של הגולגולת.
    8. באמצעות תרגיל מיקרו, לבצע חור על 1 מ מ קוטר האחורי 0.46 מ"מ ו 0.25 מ"מ לרוחב bregma.
    9. fi השתמש ספוגית כותנה נקי סטרילי עם תמיסת מלח פיזיולוגית פתרון כדי לנקות את שברי העצם מפני השטח החשוף של המוח.
    10. הכנס מזרק מיקרו לתוך המוח, להבטיח כי קצה המזרק המיקרו האחורי 0.46 מ"מ ו 0.25 mm לרוחב כדי bregma, ו- 5.7 מ מ עמוקה מפני השטח של הגולגולת.
    11. להזריק 500 nL של rAAV (50 nL דקות-1) לתוך SCN, עוזבים את המזרק המיקרו במקום 10 דקות אחרי הזריקה כדי להבטיח פעפוע מוחלט של rAAV.
    12. לסגת לאט את המזרק-המיקרו.
  2. הכנס את סיב אופטי לתוך אזור SCN.
    1. באמצעות סכין של סיב אופטי, חתך של סיבים 17 מ מ אורך, מוודא כי בכל צד של סיבים אופטיים היא חלקה.
    2. להוסיף סיבים אופטיים ferrule קרמיקה ולתקן את סיבים אופטיים ferrule קרמיקה עם חמצן מתיל אתיל קטון (AB דבק), ולהבטיח כי מיושרים המשטחים של סיב אופטי ו ferrule קרמיקה.
    3. לנקות את הסיבים עם פתרון או אתילן אוקסיד sterilant קר.
    4. לאחר ההזרקה rAAV (שלב 3.1.11), הכנס את קרמיקה ferrule המכילים סיבים אופטיים SCN.
    5. לתקן את ferrule קרמיקה ו סיבים אופטיים על גבי הגולגולת באמצעות שרף שיניים ולאפשר להתייבש.
    6. כתם על פני השרף שיניים עם גב לק. חזור על ההליכים המתוארים 3.1.2 ל 3.2.5, תוך השמטת הזרקה בפועל של rAAV עבור פקד.
  3. טיפול לאחר ניתוח
    1. מספקים עכברים עם משככי כאבים לאחר הניתוח, כגון הבופרנורפין 2 מ"ג/ק"ג משקל גוף, subcutaneously, פעמיים ביום.
    2. הצב עכברים בכלוב התאוששות בזמן שהם באים מתוך הרדמה.
    3. עכברים בבית בנפרד תחת תנאי/כהה 12 שעות (עוצמת האור ~ 100 לאקס בתחתית הכלוב) עם מזון/מים זמינים ad libitum. שמונה ימים צריכה להקציב לפני עוד ניסויים כדי לאפשר מספיק זמן ההחלמה ולהבטיח ביטוי כתב פלורסצנטיות אופטימלית.

4. in vivo פלורסצנטיות אות ניטור של איסוף נתונים

  1. שמונה ימים לאחר הניתוח, לחבר הסיבים על הראש העכבר הצג האות קרינה פלואורסצנטית (למשל., הצופה ג'ין). בדוק את האות זריחה ב- SCN בקרת עכברים להקים את האות רקע. לנהל את תצפית ומדידה של האות הזה באמצעות קרינה פלואורסצנטית אות צג.
  2. להעריך את האות זריחה של העכבר ניסיוני עם הפעולה זהה של שליטה בעכבר. הכללת עכברים אשר קיבלו את וקטור ויראלי אבל אשר מציגים רק את האות רקע מניתוח, כי זה סביר מצביע על הקצה של סיבים אופטיים פספסה את SCN. לאחר אותם אמצעים הראשונית להחזיר עכברים לכלובים הביתה עוד 3 שבועות לאפשר את האות פלורסצנטיות לייצב.
  3. לאחר 3 שבועות, להתחבר העכברים עם הצג האות זריחה. למדוד את פלורסצנטיות 15 s כל 10 דקות, בתדר של 100 הרץ. במהלך המדידות הללו, העכברים הן נעה בחופשיות בכלובים שלהם עם מזון/מים זמינים ad libitum. להשתמש על עוצמת האור בתחתית הכלוב של לאקס ~ 100, ו- a עוצמת הלייזר בקצה של סיבים אופטיים בין 15-20 µW.
  4. לאחר השלמת כל ההקלטות, perfuse עכברים עם 4% paraformaldehyde, להסיר, לחתוך את המוח כדי לבדוק את המיקום של סיבים אופטיים. אל תכלול עכברים ניתוח אם העצה סיבים אופטיים הוא לא מושתל כראוי ב- SCN.

5. נתונים ניתוח והצגת

  1. פלורסצנטיות מדידה אות בכל 10 דקות עבור 15 s, בתדר של 100 הרץ, להניב 1500 נקודות נתונים. הממוצע של אלה נקודות 1500 מתרגם לאות פלורסצנטיות בכל נקודת זמן נתונה. התוויית ממוצעים מרובים לאורך זמן מייצרת עקומת האות לעת התואם לקצב תעתיק של Cry1 בתנאי בקרת אור ב- SCN לנוע בחופשיות עכברים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

קרינה פלואורסצנטית עיצוב הכתב של Cry1 היה מופע איור 1A. באמצעות הגישה שתוארו לעיל, 500 nL של rAAV-P (Cry1) - intron336 - ונוס-NLS-D2 היה מוזרק בהצלחה SCN עכבר למבוגרים, הציג ונוס חזקים ביטוי (איור 1B, 1c). קרינה פלואורסצנטית אותות שנרשם תחת h 12h 12/כהה (LD) ותנאי כהה/dark (DD) (איור 2) הניב חזקים שעון ביולוגי על שני התנאים. לבסוף, קרינה פלואורסצנטית אות הוקלט בתנאים photoperiod קצרים וארוכים (איור 3).

Figure 1
איור 1. עיצוב הכתב פלורסצנטיות, זה ביטוי SCN
(א) עיצוב הכתב זריחה Cry1. Photomicrograph (B) של המוח העכבר מציג כתב הביטוי 8 ימים לאחר הזרקת וירוס. (ג) הגדלה של האזור זין אדום על photomicrograph המוצגים ב (B). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
באיור 2. קרינה פלואורסצנטית ויוו להקליט SCN בתנאים LD ו- DD
(א) רקע זריחה ב- SCN מציג אין קצב לזיהוי בתנאים LD והן DD. האזורים לבן ואפור מציינים תקופות האור לסירוגין אור, בהתאמה. (B) P (Cry1) - intron336 - ונוס-NLS-D2 ביטוי במשך 7 ימים במצב LD 12-12 ו- 7 ימים במצב DD. (ג) אנליזה של שעון ביולוגי במצב LD (~24.4 h); הקו האדום מציין התכנסו להשתלב עקומת הסינוס (התוצאה של התאים מוצג בחלונית השמאלית). (ד) ניתוח של שעון ביולוגי במצב DD (~23.25 h); הקו האדום מציין התכנסו להשתלב עקומת הסינוס (התוצאה של התאים מוצג בחלונית השמאלית). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3. In vivo פלורסצנטיות הקלטות ב- SCN תחת 20-4 ארוך ותנאים photoperiod קצר 4-20
דוגמה של הקלטה זריחה של P (Cry1) - intron336 - ונוס-NLS-D2 ביטוי SCN במשך 7 ימים בתנאי LD 12-12, ואחריו 7 ימים בתנאי photoperiod ארוכה 20-4, 3 ימים בתנאי DD, 3 ימים בתנאי LD 12-12, ו אז 7 ימים בתנאי photoperiod קצר 4-20. לבן ואפור מצביעים על התקופות אור לסירוגין אור, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

טבלה 1. ריאגנטים ספציפיים הדרושים עבור פרוטוקול (ראה טבלה של חומרים)

פריימר שם רצף
פריימר F1 cactaggggttcctgcggccgcACGCGTGTAAAGATGCACATGTG
פריימר R1 TTGTAACCTTGATACTTACCTACTTAGATCGCAGATCTCGTCCGG
פריימר F2 GTTATGACACAGTGTAGAAACTATGGCATAGGACAGATGACTGTG
פריימר R2 CATGGTCTTTGTAGTCCATGGTGGGTACCtCTTGACAGCTCTACC
פריימר F3 ctgtattttcagggcCCTGCAGGtGTGAGCAAGGGCGAGGAGCTG
פריימר R3 TACCTTTCTCTTCTTTTTTGGAGGCTTGTACAGCTCGTCCATGCC
פריימר F4 GCATGGACGAGCTGTACAAGCCTCCAAAAAAGAAGAGAAAGGTAG
פריימר R4 tgatatcgaattcGGATCCCTACACATTGATCCTAGCAGAAGCAC

בטבלה 2. פריימר להשתמש בפרוטוקול

בטבלה 3. רצף ה-DNA בשימוש בפרוטוקול אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

לעומת שיטות שמחוץ , כגון פרוסה תרבות4,5, RT-PCR16 בחיי עיר הכלאה17, אשר דורשים כי חיות להרוג, ויוו הקלטה בשיטה מאפשר החוקרים ללמוד על ביטוי גנים היממה בחיים. ככזה, טכנולוגיה זו מספקת את היכולת להעריך את השפעת לפליטת פיזיים שונים (למשל, מניעת שינה, מתח, צריכת המזון, וכו ') על השעון היממה עצבית. בניגוד ויוו ביולומינסנציה7,8,שיטת10 יכול לעבוד רק בתנאים כהה מתמיד, קרינה פלואורסצנטית ויוו הקלטה שיטה יכול להיות מיושם תחת אור תנאים-a יתרון מפתח של הטכנולוגיה כאור מאותת entrainment מחדש של שעון היממה SCN18. למרות קבועים יחסית, חסון, מקצבים השעון הביולוגי ניתן להבחין באמצעות שיטה זו, יש לציין, כי הטכנולוגיה הכתב אינו מספק מידע כמותי, ולכן לא ניתן להשתמש כדי למדוד רמות של שעתוק גנים, תרגום.

ישנם שלבים קריטיים רבים של פרוטוקול זה. כייל rAAV מרוכז צריך להיות גבוה ככל 2-8 x 1012 חלקיקים נגיפיים לכל מ; titers ויראלי התחתון לפלוט קרינה פלואורסצנטית דים או אפילו לגילוי אותות. כאשר תיקון ראש העכבר לתוך מנגנון stereotaxic, ודא הגולגולת אופקי על מיקום מדויק מאובטח להשתלה הזרקת וסיבים אופטיים וירוס. הזרקה של הוירוס צריך להעשות באיטיות (≤50 nL דקות-1) כדי להבטיח כי הנגיף נשאר ב- SCN. Ferrule קרמיקה של סיב אופטי להיות מאובטח קבועה על הגולגולת, שרף שיניים, לא יפנה את העור. אם ferrule קרמיקה של סיב אופטי לא מספקת קבועים, הם ינותקו בהדרגה מן הראש העכבר.

טכניקה זו ניתן להרחיב לכלול עיתונאים גנים נוספים (למשל, Per2, Bmal1, c-פוס, Pomc, וכו ') על-ידי שינוי האמרגן ו- אינטרון התואם את19. על-ידי היפוך בקלטת הדגל-inton336-ונוס-NLS-D2 עם שני סיקוונסים לקס הפוכה ושילוב הכתב עם קו העכבר Cre, טכנולוגיה זו ניתן להקליט את פעילות נוירונים ספציפיים. לדוגמה, שילוב של גישה זו עם קו העכבר Vip-cre תאפשר עבור ההקלטה של מקצבים תעתיק Cry1 ב vasoactive מעיים לבטא מפוליפפטיד נוירונים ב- SCN. בשיטה זו ניתן גם מעסיקים GCaMP6 כסמן Ca2 + כדי להקליט את Ca2 + שעון ביולוגי במוח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים יש שאין ניגודי אינטרסים לחשוף.

Acknowledgments

אנו מודים לחברי במעבדה ג'אנג למתן גירוי חברים במעבדה Zhan ודיונים על מתן סיוע טכני. מחקר זה נתמך על ידי מענקים 31500860 (כדי C.Z.) של NSFC, 2012CB837700 (ל E.E.Z. ו- C.Z.) של התוכנית 973 מ M.O.S.T. של סין, על ידי מימון מהממשלה העירוני של בייג'ינג. E.E.Z. נתמך על ידי הסינים "גיוס תוכנית גלובלית הנוער המומחים".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
KOD Plus Neo TOYOBO KOD-401 Reagent
pVENUS-N1 addgene #61854 Plasmid
pcDNA3.3_d2eGFP addgene #26821 Plasmid
pAAV-EF1a-double floxed-hChR2(H134R)-mCherry-WPRE-HGHpA addgene #20297 Plasmid
MluI Thermo Scientific FD0564 Reagent
EcoRI Thermo Scientific FD0274 Reagent
Gibson Assembly Mix NEB E2611s Reagent
Lipofectamine 2000 Thermo Scientific 12566014 Reagent
Syringe Filter EMD Millipore SLHV033RS 0.45 µm 
HiTrap heparin columns gelifesciences 17-0406-01 1 mL 
Amicon ultra-4 centrifugal filter EMD Millipore  UFC810024 100,000 MWCO
Benzonase nuclease Sigma-Aldrich E1014 Reagent
Sodium deoxycholate Sigma-Aldrich D5670 Make fresh solution for each batch
mouse stereotaxic apparatus B&E TEKSYSTEMS LTD #SR-5M/6M Equipment
pentobarbital SigmaAldrich #1507002 Reagent
mouse stereotaxic apparatus B&E TEKSYSTEMS LTD #SR-5M/6M Equipment
Hydrogen peroxide solution SigmaAldrich #216763 Reagent
Optical Fiber Thorlabs FT200EMT 0.39 NA, Ø200 µm
microsyringe pump Nanoliter 2000 Injector, WPI Equipment
ceramic ferrule Shanghai Fiblaser 230 μm I.D., 2.5 mm O.D.
Gene Observer BiolinkOptics Equipment

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Welsh, D. K., Takahashi, J. S., Kay, S. A. Suprachiasmatic nucleus: cell autonomy and network properties. Annual Review of Physiology. 72, 551-577 (2010).
  2. Zhang, E. E., Kay, S. A. Clocks not winding down: unravelling circadian networks. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11, 764-776 (2010).
  3. Takahashi, J. S. Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock. Nature Reviews Genetics. 18, 164-179 (2017).
  4. Yoo, S. H., et al. PERIOD2::LUCIFERASE real-time reporting of circadian dynamics reveals persistent circadian oscillations in mouse peripheral tissues. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 101, 5339-5346 (2004).
  5. Davidson, A. J., Castanon-Cervantes, O., Leise, T. L., Molyneux, P. C., Harrington, M. E. Visualizing jet lag in the mouse suprachiasmatic nucleus and peripheral circadian timing system. European Journal of Neuroscience. 29, 171-180 (2009).
  6. Savelyev, S. A., Larsson, K. C., Johansson, A. S., Lundkvist, G. B. Slice preparation, organotypic tissue culturing and luciferase recording of clock gene activity in the suprachiasmatic nucleus. Journal of Visualized Experiments. (48), (2011).
  7. Yamaguchi, S., et al. Gene expression: View of a mouse clock gene ticking. Nature. 409, 684-684 (2001).
  8. Ono, D., Honma, K. I., Honma, S. Circadian and ultradian rhythms of clock gene expression in the suprachiasmatic nucleus of freely moving mice. Science Reports. 5, 12310 (2015).
  9. Ono, D., Honma, S., Honma, K. Circadian PER2::LUC rhythms in the olfactory bulb of freely moving mice depend on the suprachiasmatic nucleus but not on behaviour rhythms. European Journal of Neuroscience. 42, 3128-3137 (2015).
  10. Ono, D., et al. Dissociation of Per1 and Bmal1 circadian rhythms in the suprachiasmatic nucleus in parallel with behavioral outputs. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 114, E3699-E3708 (2017).
  11. Reppert, S. M., Weaver, D. R. Coordination of circadian timing in mammals. Nature. 418, 935-941 (2002).
  12. Liu, A. C., et al. Redundant function of REV-ERBalpha and beta and non-essential role for Bmal1 cycling in transcriptional regulation of intracellular circadian rhythms. PLoS Genetics. 4, e1000023 (2008).
  13. Maywood, E. S., et al. Analysis of core circadian feedback loop in suprachiasmatic nucleus of mCry1-luc transgenic reporter mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 110, 9547-9552 (2013).
  14. Ukai-Tadenuma, M., et al. Delay in feedback repression by cryptochrome 1 is required for circadian clock function. Cell. 144, 268-281 (2011).
  15. McClure, C., Cole, K. L., Wulff, P., Klugmann, M., Murray, A. J. Production and titering of recombinant adeno-associated viral vectors. Journal of Visualized Experiments. 57, e3348 (2011).
  16. Yamaguchi, Y., et al. Mice genetically deficient in vasopressin V1a and V1b receptors are resistant to jet lag. Science. 342, 85-90 (2013).
  17. Nagano, M., et al. An abrupt shift in the day/night cycle causes desynchrony in the mammalian circadian center. Journal of Neuroscience. 23, 6141-6151 (2003).
  18. Golombek, D. A., Rosenstein, R. E. Physiology of Circadian Entrainment. Physiological Reviews. 90, 1063-1102 (2010).
  19. Mei, L., et al. Long-term in vivo recording of circadian rhythms in brains of freely moving mice. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115, 4276-4281 (2018).

Tags

החודש יופיטר גיליון 137 שעון היממה העל-תצלובתי זריחה In vivo שעון ג'ין Cry1 לנוע בחופשיות
<em>אין ויוו</em> פיקוח על ביטוי גנים שעון היממה בתצלובתי העכבר באמצעות קרינה פלואורסצנטית כתבים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mei, L., Zhan, C., Zhang, E. E.More

Mei, L., Zhan, C., Zhang, E. E. In Vivo Monitoring of Circadian Clock Gene Expression in the Mouse Suprachiasmatic Nucleus Using Fluorescence Reporters. J. Vis. Exp. (137), e56765, doi:10.3791/56765 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter