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Variazione fenotipica per i tratti può derivare da mutazioni in cis-regolamentazione elemento (CRE) sequenze che i modelli di espressione genica di controllo. Metodi derivati per l'utilizzo in Drosophila melanogaster possono confrontare quantitativamente i livelli di modelli spaziali e temporali di espressione genica mediata da modificato o naturale varianti CRE.
Schemi di espressione genica sono specificati dal cis-regolamentazione elemento (CRE) sequenze, che sono anche chiamati esaltatori o cis-regolamentazione moduli. Un tipico CRE possiede un accordo di siti di legame per il fattore di trascrizione diverse proteine che conferiscono una logica regolamentare specificando quando, dove ea quale livello del gene regolamentati (s) è espresso. Il set completo di CRES all'interno di un programma di codifica del genoma animale dell'organismo per lo sviluppo 1, ed empirica come pure studi teorici indicano che mutazioni a Cres svolto un ruolo preminente nella evoluzione morfologica 2-4. Inoltre, gli studi del genoma umano gamma di associazione indicano che la variazione genetica a Cres contribuire in modo sostanziale alla variazione fenotipica 5,6. Così, la comprensione logica regolamentare e di come le mutazioni influenzano tale logica è un obiettivo centrale della genetica.
Transgeni reporter di fornire un metodo efficace per studiare in vivo la funzionezione di Cres. Ecco una sequenza di note o sospette CRE è accoppiato ad promotore eterologo e sequenze che codificano per un gene reporter codifica per una proteina prodotta facilmente osservabili. Quando un giornalista transgene si inserisce in un organismo ospite, l'attività del CRE diventa visibile sotto forma della proteina codificata giornalista. P-elemento transgenesi mediata nella specie di moscerino della frutta Drosophila (D.) melanogaster 7 è stato utilizzato per decenni per introdurre transgeni giornalista in questo organismo modello, anche se la collocazione genomica dei transgeni è casuale. Quindi, l'attività del gene reporter è fortemente influenzato dalla cromatina locale e l'ambiente gene, limitando confronti CRE di essere qualitativa. Negli ultimi anni, il sistema di integrazione basato phiC31 è stato adattato per l'uso in D. melanogaster per inserire transgeni in specifici siti del genoma di atterraggio 10/08. Questa capacità ha reso la misurazione quantitativa del gene e, qui interessa, l'attività CRE 11-13 feasible. La produzione di moscerini della frutta transgenica possono essere esternalizzate, tra cui phiC31 a base di integrazione, eliminando la necessità di acquistare costose attrezzature e / o competenza specialistica a protocolli di iniezione transgene.
Qui vi presentiamo un protocollo generale per valutare quantitativamente un CRE l'attività, e mostrare come questo approccio può essere utilizzato per misurare gli effetti di una mutazione introdotta l'attività di un CRE e confrontare le attività del CRES ortologhi. Anche se gli esempi riportati sono per un attivo CRE durante metamorfosi moscerino della frutta, l'approccio può essere applicato ad altre fasi di sviluppo, specie di moscerino della frutta, o di organismi modello. In definitiva, un uso più diffuso di questo approccio a Cres studio dovrebbe avanzare la comprensione della logica normativa e come logica può variare ed evolvere.
Panoramica:
Questo video dimostra un protocollo in grado di misurare quantitativamente le attività gene regolatore per cis-regolamentazione elemento (CRE) sequenze in Drosophila (D.) melanogaster. Questo protocollo può essere utilizzato per confrontare l'attività di regolamentazione posseduto da: wild-type e mutanti forme CRE, in natura alleli CRE trovato all'interno di una specie, o CRES ortologhi tra le specie a divergere.
1. Site-specific integrazione dei transgeni giornalista nel genoma di Drosophila melanogaster
A. costruzione Reporter transgene
B. Specifici per un sito integrazione dei transgeni giornalista
2. Ottenere campioni o tessuti della fase di sviluppo
Ottenere campioni per le analisi al momento in sviluppo, quando il pattern di espressione genica (s) di interesse si verificano (s) endogena, da cui il momento in cui il CRE sotto inchiesta dovrebbe attivare l'espressione del gene reporter. Per Drosophila, questo può essere sia embrionale, larvale, pupale stadi o adulto. Qui di seguito descriviamo un metodo per mettere in scena le mosche adulte e metamorfiche, l'ultima delle quali si svolge all'interno del puparium, una pelle dura larvale che contiene il campione immobile fino a quando non ecloses come un adulto.
1. Messa in scena basata sulla lunghezza di metamorfosi:
A 0 hAPF, i campioni possono essere trasferiti in una provetta frescao piastra di Petri con un pennello inumidito. Per mantenere i campioni si secchi, aggiungere un pezzo di Kimwipe e inumidire con acqua. Trasferimento flacone o ad un piatto di 25 ° C fino alla incubatore hAPF desiderato.
2. Allestimento del visibile caratteristiche morfologiche:
E 'spesso scomodo per analizzare i campioni per l'attività CRE a timepoint specifico seguito la raccolta di campioni di 0 hAPF. In alternativa, si possono individuare correttamente messo in scena i campioni in tempo utile per l'analisi in base alla presenza e la posizione di diversi marcatori morfologici (descritto di seguito) che sono visibili attraverso il puparium o dopo la rimozione puparium (Fig. 2).
2 bis. Criteri morfologici per l'approssimazione stadio metamorfico:
Note:
D. Procedura per rimuovere campione dal puparium:
3. Confocale valutazione microscopica di espressione genica giornalista in un campione di montare tutto
Nota:
4. Quantificare cis-regolamentazione dell'attività elemento
Mentre alcuni software di acquisizione permette confocale per l'ulteriore elaborazione delle immagini proiezione, preferiamo usare il programma disponibile gratuitamente J immagine software per valutare le immagini confocale 18. Utilizzando immagini J 18 registrato GFP espressione modellipuò essere quantificato come le statistiche valore del pixel in una determinata zona. Anche se le immagini non hanno bisogno di essere in scala di grigi preferiamo farlo.
Note:
5. Rappresentante dei risultati:
Una versione wild-type di un D. melanogaster CRE, chiamato Element dimorphic 13, guida un alto livello di espressione giornalista EGFP nel segmento A6 addominale di donne pupe (Fig. 3A). A 13 sequenza di coppie di basi all'interno di questo elemento è stato trovato per essere un sito di legame per il fattore di trascrizione DSX, e l'importanza nel vivo di questa sequenza può essere dimostrato che quantifica l'attività normativa per questo CRE quando questo sito di legame è mutato. Considerando l'attività di regolamentazione del dimorfismo elemento selvaggio tipo da 100 ± 5%, la mutazione di questo sito DSX ridotto il regattività ulatory a 28 ± 3%. Confronto simile può essere fatto di attività di regolamentazione per intraspecifica alleli CRE o tra CRES ortologhi di specie separate. Per esempio, considerando i livelli di EGFP in A6 segmento femminile guidata dalla D. ceppo melanogaster Cantone S come attività regolamentare di 100 ± 4%, Cres ortologhi per la specie D. simulans e D. willistoni sono stati trovati in possesso rispettivamente attività di regolamentazione pari a 75 ± 4% e 0 ± 0% (Fig. 3B).
Figura 1. Utilizzando l'intensità del bianco-salvataggio fenotipo occhi per fare linee transgeniche omozigoti. Al fine di valutare quantitativamente transgeni giornalista è importante che ogni campione hanno lo stesso genotipo transgene reporter. (A) uno sfondo bianco gene mutante genetico con una sequenza di atterraggio attP viene utilizzato per il sito-s SPECIFICHE transgene integrazione. Individui transgenici (B) emizigoti e (C) omozigoti per il vettore integrato in genere può essere distinta per l'intensità del fenotipo occhio salvato colori per il numero di copie del gene integrato mini bianca. Linee omozigoti può essere stabilita attraversando (C) le mosche maschio e femmina con il fenotipo più scuro il colore degli occhi.
Figura 2. Utilizzando marcatori morfologici per determinare lo stadio metamorfico di Drosophila. Durante la metamorfosi da una larva di un moscerino della frutta adulti, le transizioni campione attraverso una serie di morfologie stereotipate che possono essere utilizzati per determinare il sesso e approssimativa la fase di sviluppo. I campioni in Bosnia-Erzegovina sono stati rimossi dal loro puparium. Scatole in pannelli A, E, F, G e H indicano il ingrandita nelle regioni rispettivamente per pannelli A "E", F ", G", e H ".
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Figura 3. Comparazione quantitativa di cis-regolamentazione delle attività elemento. Per tutti i campioni EGFP-reporter di espressione genica mediata da un elemento particolare dimorfismo è stata valutata nelle femmine a 80 ore dopo la formazione puparium. Il numero nella parte superiore di ogni immagine è l'espressione di EGFP-livello per il campione che viene calcolato come valore medio dei pixel per il segmento addominale A6 (indicato per l'immagine più in alto a sinistra come la regione all'interno del bordo tratteggiato giallo) meno della media valore del pixel per il segmento A4 (correzione del fondo, indicato per la superiore immagine più a sinistra come la regione all'interno del bordo tratteggiato rosso). Per ogni giornalista transgene quattro repliche sono stati valutati per calcolare una media A6 valore segmento pixel. Attività di regolamentazione viene segnalato come l'% del (A) tipo selvatico o (B) ceppo Canton S femminile valore medio dei pixel ± SEM. (A) espressione di GFP per le femmine possiedono un allele wild-type delElemento dimorfe e una versione mutante in cui è stato asportato un unico sito vincolante per il fattore di trascrizione DSX. Questo sito mutante legame ridotta attività dimorfismo Elemento a 28 ± 3% della sequenza wild-type. (B) Confronto tra l'attività di regolamentazione per le sequenze ortologhi al D. melanogaster (ceppo Cantone S) dimorfa Element. Considerando l'espressione di GFP mediata da un D. melanogaster allele Elemento dimorphic al 100%, le sequenze ortologhi dalla specie affini D. simulans e D. willistoni rispettivamente in possesso di attività di 75 ± 4% e 0 ± 0%.
6. Materiale
Nome del materiale | Tipo | Azienda | Numero di catalogo | Commento |
Site-specific integrazione transgene | Servizio | Miglior Gene | Piano H | Scegli un sito di atterraggio, di ricevere le linee trasformante |
Halocarbon Oil | Reagente | Sigma-Aldrich | H8898 | Usato per montare i campioni per l'imaging confocale |
Dumont # 5 Pinze | Strumento | Strumenti Scienza multa | 11252-40 | Belle punta e durevole per la dissezione |
SZ61 Stereo Zoom microscopio | Strumento | Olimpo | Personalizzabile | Ottica eccellente per lavorare con i moscerini della frutta |
FluoView microscopio confocale | Strumento | Olimpo | Personalizzabile | Fornisce immagini confocale ad alta risoluzione |
cis-normativo elementi di codificare il programma genomico che specifica gli schemi di espressione genica e quindi il processo di sviluppo 1, e sono luoghi importanti per entrambe le mutazioni alla base dell'evoluzione morfologica 2-4 e variazione fenotipica di tratti umani 5,6,19. A dispetto di questa importanza, la logica di regolamentazione per CRES sono ancora limitate. Una ragione importante per comprendere questo deficit è stata la mancanza di metodi adeguati per confrontare quantitativamente le sequenze funzionali di Cres. Qui vi presentiamo un protocollo che capitalizza sui metodi migliori per transgenesi D. melanogaster per aggiungere un aspetto quantitativo allo studio di Cres.
Secondo la nostra esperienza nel quantificare l'attività di regolamentazione una CRE, la variazione tra i campioni replicare è del 10% o meno del valore impostato pixel significa quando si replica sono (1) della stessa fase di sviluppo e (2) il transgene è giornalistanello stesso sito di atterraggio genomico. Questa quantità di variazione è coerente con quello determinato per il CRES presentato in Figura 3, e mette una limitazione all'uso di questo metodo quantitativo a situazioni in cui le versioni geneticamente distinta di un CRE si differenziano per attività normativa per un valore superiore al 10%. Importante, però, questa limitazione è un miglioramento significativo rispetto la descrizione qualitativa del "ridotto" o "maggiore" che studiare quelle CRES precedenza veniva usata per descrivere attività varia.
Quando le versioni di un CRE si sa o si trovano a differire quantitativamente nelle loro attività di regolamentazione, questo protocollo rende possibile determinare quale delle differenze mutazionale sono responsabili o contribuire alla differenza dell'attività 12,13. La capacità di identificare queste funzionalmente rilevanti mutazioni è un primo passo necessario per determinare i meccanismi molecolari, come ad esempio il guadagno o la perdita di transcriPZIONE siti fattore vincolante, causando attività CRE di dissentire. Guardando al futuro, l'utilizzo di questo protocollo per altri CRES Drosophila e l'applicazione di metodi simili a protocolli di altri organismi modello dovrebbe consentire una migliore comprensione del CRE logica di emergere. Ciò include la capacità di discriminare funzionalmente rilevanti mutazioni CRE dal pantano di funzionalmente neutro mutazioni.
Non abbiamo nulla da rivelare.
Ringraziamo: Nicolas Gompel e Benjamin Prud'homme per il loro contributo allo sviluppo di questo protocollo, Melissa Williams e quattro revisori anonimi per i commenti sul manoscritto, l'Università di Dayton Scuola di specializzazione per borse di ricerca in WAR, e la University of Dayton Biologia Dipartimento e Research Institute (UDRI) per sostenere la ricerca per TMW. Questo lavoro è stato sostenuto dalla American Heart Association Concessione 11BGIA7280000 a TMW.
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