Summary

体内荧光记者对小鼠视交叉上细胞核生物钟基因表达的监测

Published: July 04, 2018
doi:

Summary

这种新开发的荧光技术能够长期监测自由运动小鼠视交叉上核 (SCN) 中昼夜节律基因的转录。

Abstract

该技术将光纤介导荧光记录与重组腺相关病毒基因记者的精确交付结合在一起。这种新的和易于使用的体内荧光监测系统, 以记录的转录节律的时钟基因, Cry1, 在视交叉上核 (SCN) 的自由移动小鼠。为此, Cry1转录荧光报告器被设计和包装成腺相关病毒。纯化, 浓缩病毒注射到小鼠的 SCN, 然后插入一根光纤, 然后固定在大脑的表面上。这些动物被送回自己的笼子, 并允许1月的手术后恢复期, 以确保足够的记者表达。荧光然后记录在自由移动的小鼠通过体内监测系统, 在我们的机构建设。在体内记录系统中, 488 nm 激光与 1 x 4 光束分配器耦合, 将光分成四个同等功率的激光励磁输出。这个设置使我们能够同时记录四动物。每个发射的荧光信号都是通过光电倍增管和数据采集卡收集的。与先前的活体生物钟记录技术的生物发光相比, 这种荧光体内记录系统允许在光周期中记录生物钟基因的表达。

Introduction

在哺乳动物中, 视交叉上核 (SCN) 支配着整个身体的昼夜节律, 以协调个体对外部环境变化的反应 (光照、温度、压力)1。核心时钟组件由Per1-3Cry1-2时钟Bmal1组成, 在调节每个细胞的昼夜节律时起着中枢作用。每个细胞在 SCN 包含转录激活剂, CLOCK/BMAL1, 作为一个 heterodimer, 以诱导表达的每和哭。每/哭复合, 然后抑制 CLOCK/BMAL1 的功能, 形成一个转录转换反馈回路, 约24小时完成2,3

以往对 scn 的研究主要采用了456的体外营养切片培养方法, 虽然这种方法提供了有价值的信息, 但它的局限性抑制了我们获取有关其他脑核对 SCN 的影响的数据, 以及外源性刺激 (光照) 对居住在这个关键区域的细胞的影响。在 2001年, 仁冈村的组是第一个使用生物发光系统在体内监测昼夜节律基因表达的 SCN 在自由移动小鼠7。肯-本间的小组在过去几年里进一步开发了生物荧光在体内记录系统在 SCN8,9,10。这些研究共同为研究人员提供了在恒定的黑暗或光脉冲后监测生物钟的能力。然而, 由于生物发光太暗, 无法在光/暗循环期间进行连续监测, 加上光是11昼夜节律性时钟所需的主要信号, 因此有不断增加的需求, 开发的实验方法, 克服了与生物发光记录相关的限制。本报告描述了一种基于荧光的系统, 用于监测自由移动小鼠体内的 SCN 生物钟。这种易于使用的方法允许在光/暗循环期间进行连续监测, 并允许在实时和高时间分辨率下长期观察 SCN 中生物钟基因的转录。

Protocol

本议定书的所有程序都是根据中国政府条例在北京国家生物科学研究所的机构动物保育和使用委员会 (IACUC) 的批准下进行的。 1. Cry1荧光记者的构建 注: 先前的昼夜节律研究使用生物发光系统2,12,13融合一个昼夜启动器与不稳定的荧光素酶 (dLuc), 以诱导有节奏的dLuc<…

Representative Results

图 1A显示了Cry1的荧光记者设计。使用上述方法, 500 rAAV (Cry1) intron336-Venus-NLS-D2 成功地注入成年鼠的 SCN, 并表现出强健的金星表达 (图 1B, 1C)。在12小时/12 小时的光/暗 (LD) 和暗/暗 (DD) 条件下记录的荧光信号 (图 2) 在两种情况下产生了强健的昼夜节律。最后, 将荧光信号记录在长周期…

Discussion

体方法相比, 如切片培养4,5, rt-pcr16,原位杂交17, 这要求动物被杀死,体内记录方法允许研究者们研究活着的动物的昼夜节律基因表达。因此, 这种技术提供了评估不同物理扰动 (睡眠剥夺、压力、食物摄入) 对神经昼夜节律的影响的能力。与体内生物发光7</su…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢张实验室的各位成员提供了激动人心的讨论, 以及站内实验室的成员提供技术援助。这项研究由中国国家自然科学基金、2012CB837700 (E.E.Z. 和霍山) 资助的 31500860 (到霍山) 的973个项目中的 m.o.s. T, 并由北京市政府提供资金支持。E.E.Z. 得到中国 “全球青年专家招募计划” 的支持。

Materials

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

References

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Cite This Article
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).

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