Erken embriyogenezde tek hücrelerde zigotik genom aktivasyonu sırasında yeni başlayan transkripsiyonu görselleştirme yöntemlerini açıklıyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Erken embriyogenezde tek hücrelerde zigotik genom aktivasyonu sırasında yeni başlayan transkripsiyonu görselleştirme yöntemlerini açıklıyoruz.
Erken embriyogenez, anneden zigotik genom aktivasyonu (ZGA) gerektiren anneden zigotik genom geçişini (MZT) gerektirir. ZGA sırasında yüzlerce ila binlerce gen transkribe edilir; bu, embriyon hayatta kalma sürecinin korunması, hücre kaderinin belirlenmesi ve germ tabaka oluşumu gibi erken embriyo gelişiminde çeşitli süreçler için gereklidir. ZGA'yı incelemedeki en büyük zorluklardan biri, erken embriyoların bireysel hücrelerinde ZGA'yı doğrudan görselleştirmek olmuştur. Burada, erken embriyoların tek hücrelerinde ZGA'yı doğrudan görselleştirme yöntemini açıklıyoruz; yeni başlayacak transkriptlerin metabolik etiketlenmesi 5-etinil uridin (5-EU) kullanılarak, yeni EU-RNA'ların floroforlarla klik kimyası ile konjugasyonu ve tüm embriyolarda konfokal mikroskopi ile görselleştirilmesi ve Xenopus laevis modeli kullanılarak oluşturulmasını sağlıyoruz. Bu yöntem, tam montajlı embriyolarda tek hücreli ZGA izlemeyi ve erken embriyogenezde ZGA'nın zaman ve mekânda heterojen başlangıcını ortaya çıkarmamızı sağladı. Diğer embriyonik sistemlerde veya dokularda tek hücre düzeyinde gen transkripsiyonu ve genom düzenlemesini incelemek için kullanılabilir.
Erken gelişim sürecinde, embriyo anneden zigota geçiş (MZT) geçirir ve bu süreç gelişimsel kontrolü aşamalı olarak anne faktörlerinden zigotik genlere kaydırır. MZT, başlangıçta uykuda olan zigotik genomun aktivasyonunu gerektirir; bu süreç zigotik genom aktivasyonu (ZGA) olarak adlandırılır; ZGA sırasında ifade edilen genler, erken hücre kaderi belirlemesi, gastrulasyon ve eksenoluşumu 1,2 için gereklidir. Önemli olarak, ZGA tüm metazoanlarda korunur ve ZGA'nın zamanlaması sıkı kontrol altındadır, ancaktürler arasında değişiklik gösterir 3,4. ZGA'nın düzensizliği, gelişimsel kusurlardan düşük gibi embriyonik ölümlere kadar ciddi sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle, ZGA'nın mekanizmalarını incelemek, gen düzenlemesinin temellerini anlamak için değil, aynı zamanda önemli klinik sonuçlar da taşır.
ZGA'yı incelemekte büyük zorluklardan biri, erken embriyolarda büyük ölçekli ZGA'yı doğrudan görselleştirmek ve mekanizmalarını tek hücre düzeyinde incelemek olmuştur. Bu zorluğu, ZGA sırasında yeni başlayan transkriptlerin metabolik etiketlenmesini 5-etinil üridin (5-EU) ile kullanan, ardından yeni başlayan EU-RNA'ların klima kimyası ile floroforlara konjugasyonu ve konfokal mikroskopi ile tüm embriyolarda görselleştirme yöntemi geliştirerek üstesinden geldik; bu yöntem Xenopus laevis model olarak kullanıldı. Büyük Xenopus embriyosu (~1,2 mm çapında) hücre boyutunda bir gradyan içerir ve büyük ölçekli ZGA orta blastula evrelerinde (7. aşama civarında başlangıç ve 9. evre civarında zirve) oluşur; bu da ZGA5 desenlerini incelemek için ideal bir model oluşturur. Erken Xenopus embriyolarında 5-EU etiketlemesi kullanarak, tüm montajlı erken embriyoların bireysel hücrelerinde büyük ölçekli ZGA'yı doğrudan görselleştirip niceliklerini ölçebildik; bu da bizi esas olarak hücreboyutu 5,6 ile düzenlenen yeni bir uzaylı-zamansal ZGA desenini keşfetmeye yönlendirdi.
Burada, bu yaklaşımın ayrıntılarını,optimizasyonlar 5,7 ile yapılan önceki çalışmalardan uyarlanmış olarak tanımlıyoruz; bunlar arasında yeni başlayan transkriptlerin metabolik etiketlenmesinden sonra embriyoların 5-EU ile sabitlenmesi, yeni yaranan EU-RNA'ların bir florofor ile bir tıklamareaksiyonu 8 ile konjuge edilmesi ve subhücresel belirteçler için immünboyama ile immünboyama yapılması yer alıyor. Bu yöntem, zebrafish 9,10 dahil olmak üzere diğer embriyonik sistemlere uygulanabilir veya yeni başlayantranskriptom 11'in profilini belirlemek için dizileme ile kullanılabilir; böylece çeşitli örnek ve analizlerde genel ve geniş uygulanmasını destekler. Genel olarak, bu yöntem tek hücrelerde genom düzenleyici mekanizmalarını incelemek için yeni ve önemli bir yöntem sunmaktadır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada açıklanan hayvan çalışmaları, Güney Carolina Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Protokole başlamadan önce hazırlık
NOT: Protokole başlamadan önce, RNase-içermeyen su kullanarak aşağıdaki çözümleri hazırlayın.
2. 5-EU-mikroenjeksiyonlu embriyoların sabitlenmesi
3. Çakmak reaksiyonu ile yeni başlayan RNA'ları florofor ile birleştirmek
4. Embriyoların subhücresel belirteçlerle immünbojenlenmesi (isteğe bağlı)
5. Konfokal görüntülemeden önce embriyoların temizlenmesi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Xenopus laevis embriyoları 1-hücre evresinde 5-EU ile mikroenjeksiyon yaparken, embriyoda büyük ölçekli ZGA gerçekleştiğinde 9. evrede embriyolar sabitlendi. Embriyolar, yukarıda açıklanan protokole uygun şekilde işlendi. Embriyolardaki yeni başlayan RNA'lar tık reaksiyonuyla TAMRA-azide ile etiketlenmiş, histon H3 anti-histon H3 antikoru kullanılarak etiketlenmiş, DNA ise TO-PRO-3 ile etiketlenmiştir. Embriyolar, 10× objektif kullanılarak konfokal mikroskop altında görüntülendi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
ZGA, embriyo gelişiminin en erken aşamalarındaki en kritik geçişlerden birinitemsil eder 2,3. Burada, tam montajlı erken Xenopus embriyolarında ZGA doğrudan görselleştirilecek örneklerin hazırlanmasına yönelik ayrıntılı prosedürleri açıkladık; bunlar arasında 5-EU-mikroenjeksiyonlu embriyoların sabitlenmesi, yeni başlayan RNA'ların klik reaksiyonuyla floroforla konjuge edilmesi, tık reaksiyonundan sonra subhücre belirteç...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazar, rekabet eden bir çıkar olmadığını belirtir.
Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Matthew Good laboratuvarına eğitim için teşekkür ediyoruz. Bu çalışma, kısmen Eunice Kennedy Shriver Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsan Gelişimi Enstitüsü (R03HD105802) tarafından desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| %16 Paraformaldehit (PFA) | EMS | 15710-S | Fiksatif çözümü yapmak için |
| 20& kez; SSC | Mediatech | MT46-020-CM | Ağartma çözümünü yapmak için |
| 3D nutatasyon mikseri | VWR | 76595-802 | Embriyoların nutasyonu için |
| 9 mm Vidalı Vida Dişli Şişeler (2 mL) | VWR | 46610-722 | Embriyoları işlemek için |
| Anti-Histon H3 antikoru | Abcam | AB1791 | İmmün boyama için |
| Askorbin asit | Sigma-Aldrich | A7506 | Tıklama tepkisini yaptığın için |
| Benzil alkol | Sigma-Aldrich | 305197 | Embriyoları temizlemek için |
| Benzil benzoat | ACROS Organics | 105860010 | Embriyoları temizlemek için |
| Sığır serum albümini (BSA) | Sigma-Aldrich | A3059 | Engelleme çözümünü yapmak için |
| 9 mm Vidalı Dişli Şişeler için kapaklar (2 mL) | VWR | 46610-712 | Embriyoları işlemek için |
| Covercam (24 mm & 40 mm) | VWR | 48393-060 | Görüntüleme odası yapmak için |
| CuSO4 | Sigma-Aldrich | 61230 | Tıklama tepkisini yaptığın için |
| Etilenebis (oksietilelenenitrilo)tetraasetik asit (EGTA) | Thermo Fisher Scientific | AC409915000 | Fiksatif çözümü yapmak için |
| Fiji ImageJ | NIH | Görüntüleme işlemi için | |
| Formamid | Thermo Fisher Scientific | AC181090010 | Ağartma çözümünü yapmak için |
| Cam Pasteur pipetleri | VWR | 14673-010 | BABB transferi için |
| Keçi anti-tavşan Alex Fluor 488 ikincil antikor | Thermo Fisher Scientific | A27034 | İmmün boyama için |
| Keçi serumu | Abcam | AB7481 | Engelleme çözümünü yapmak için |
| Hidrojen peroksit | Sigma-Aldrich | H1009 | Ağartma çözümünü yapmak için |
| Magnezyum sülfat (MgSO4) | Thermo Fisher Scientific | M65-500 | Fiksatif çözümü yapmak için |
| Metanol | Thermo Fisher Scientific | A4524 | Embriyoları kurutmak için |
| Metanol, susuz | Sigma-Aldrich | 322415 | Embriyoları kurutmak için |
| MOPS | Thermo Fisher Scientific | AC172631000 | Fiksatif çözümü yapmak için |
| Çok modlu nutatör mikser | VWR | 76595-812 | Embriyoların nutasyonu için |
| Plastik transfer pipeti | Thermo Fisher Scientific | 13-711-9AM | Embriyoların transferi için |
| Jilet bıçağı | Thermo Fisher Scientific | 18-100-970 | Kesme bantları için |
| RNase-içermeyen su | Thermo Fisher Scientific | BP561-1 | Rnase-siz çözümler yapmak için |
| Roto-Mini PLUS (döner cihaz) | VWR | 470313-912 | Embriyoları rotiflemek için |
| Tetrametilrodamin (TAMRA)-azid | Abcam | AB146486 | Tıklama tepkisini yaptığın için |
| TO-PRO-3 | Thermo Fisher Scientific | T3605 | DNA boyama için |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 10789704001 | Yıkama tamponunu yapmak için |
| Trizma Üssü (Tris Üssü) | Sigma-Aldrich | T1503 | Tris buffer'ı yapmak için |
| VHB 3M GPH-110GF Kasetler (45 mil.) | VWR | 76524-608 | Görüntüleme odası yapmak için |
| Zeiss LSM 700 konfokal mikroskop | Zeiss | Konfokal görüntüleme için |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.