Method Article
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.
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.
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.
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.
2. הפקה של וירוס Adeno-הקשורים15
3. rAAV הזרקת והוספה סיבים אופטיים לתוך SCN למבוגרים העכבר
4. in vivo פלורסצנטיות אות ניטור של איסוף נתונים
5. נתונים ניתוח והצגת
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).
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.
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.
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.
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.
המחברים יש שאין ניגודי אינטרסים לחשוף.
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".
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved