Zebra balığı Embriyolar kullanılarak Yüksek verim Yaklaşıyor A Manuel Küçük Molekül Ekran
Summary
Zebra balığı omurgalı gelişimsel süreçleri ve model insan hastalığı araştırmak için mükemmel bir deneysel organizmadır. Burada, bir ile zebra balığı embriyolarının bir manuel yüksek verimli kimyasal ekran gerçekleştirmek için nasıl bir protokol tarif Okuması in situ hibridizasyon (VVISH) içinde tüm montaj.
Abstract
Zebra balığı nedeniyle insanlarda genetik koruma onların önemli ölçüde yaygın olarak kullanılan bir model organizma gelişimsel biyolojiyi altında yatan mekanizmaların araştırılması ve insan hastalığı patoloji çalışma haline gelmiştir. Kimyasal genetik bir biyolojik süreç üzerinde küçük moleküller olduğu etkisini test etmek gerektirir ve tedavi edici bileşiklerin belirlenmesi için popüler bir translasyonel araştırma yöntemi haline gelmektedir. Zebra balığı, özellikle çünkü dışarıdan döllenmiş olan şeffaf embriyolar, büyük debriyajlar üretme yeteneği kimyasal genetik kullanmak için itiraz ediyorlar. Ayrıca, zebra balığı embriyolar kolayca embriyo ortam bir bileşiğin basit Ayrıca, tedavi edilen bir ilaç olabilir. Kullanma situ hibridizasyon (DİLERİZ) içinde tüm montaj, mRNA ifadesi açıkça zebra balığı embriyolarının içinde görülebilir. Birlikte, kimyasal genetik ve İSTEĞİNİ kullanarak, Zebra balığı hücresel ve fizyolojik belirlemek için güçlü bir bütün organizma bağlam olurKüçük moleküllerin etkileri. Yenilikçi gelişmeler ancak bu tür seçenekleri erişilebilir değildir veya maliyet-engelleyici kalması birçok laboratuvar için, makine-tabanlı tarama prosedürleri kullanan teknolojilere yapılmıştır. Burada açıklanan protokol temel kaynak gerektirir ve zaman verimli bir döneminde tek bir kişi veya küçük bir ekip tarafından gerçekleştirilebilir bir manuel yüksek verimli kimyasal genetik ekranı çalıştırmak için nasıl açıklar. Dolayısıyla, bu protokol gelişimsel süreçleri, hastalık mekanizmaları temel anlayışlar kazanmak için yararlı olabilir, ve tıbben ilgili uygulamalar var yeni bileşiklerin ve sinyal yolları belirlemek için zebrabalıkları kimyasal genetik gerçekleştirmek için araştırma grupları tarafından uygulanabilir uygulanabilir strateji sağlar .
Introduction
Insan hastalıkları tedavi etmek ve etkili terapötik ilaçların tanımlanması çok biyomedikal araştırmacılar için oyunun sonu olduğunu. Klinik uygulamalar için potansiyel farmakolojik ajanların tanımlanması ve karakterizasyonu sağlık için bariz değerine sahipken, bu önemli bir sorun olarak kalmıştır. Sonuç olarak, pek çok terapötik bileşiklerin geliştirilmesi, özel hücre tipleri geliştirmek ya da bir fonksiyon ya nasıl bilgi gelir. Zebra balığı, Danio rerio, gelişimsel biyoloji 1 bir ana model organizma olmuştur Cyprinidae familyasından bir tatlı su teleost olduğunu. Zebra balığı genetik bilimsel çalışmalara 2,3 için korumak ve işlemek için kolay uysal omurgalı. Zebra balığı embriyo dışarıdan döllenmiş şeffaftır, ve sadece bir hafta 2,3 tek bir yetişkin birleşme çiftinden yüzlerce üretilebilir. Ayrıca, zebra balığı payı büyük organ sistemleri ve büyük bir d sahipinsanlar 4 de dahil olmak üzere, memelilerde, genetik benzerlik egree. Çarpıcı bir şekilde, insan genlerinin% 70 zebra balığı orthologue 4 sahiptir. Bu nedenle benzerlik, zebra balığı omurgalı gelişim ve fizyolojinin mekanizmaları çalışmak için son derece alakalı deneysel sistem olmuştur ve insan hastalıklarının 5-7 çok sayıda özetlemek için istihdam edilmiştir. Bu nedenler, diğerleri arasında, genetik sorgulamalar devam etmesi için Zebra balığı ideal bir aday yaptık ve biyomedikal araştırmalarda 6,7 zebrafish programı için giderek artan değerlenmesine sebep olmuştur.
Geçtiğimiz yıllarda, genetik araçları bir bolluk zebrabalıkları geliştirilmiştir. Zebra balığı genom mutasyonlara ve transgenesis 3 elverişlidir. Bugüne kadar, bir ön bolluk ve genetik çalışmalar ters 9.000 mutantlar 3'ün üretimine yolaçan, yapılmıştır. Ayrıca, çok sayıda transgenik doğrular olması gerekirtr özel hücre tipleri 3 etiketleme ve tecrit edilmesine olanak hangi yarattı. Zebra balığı Uluslararası Kaynak Merkezi (Zirc) 8 ile oldukça düşük bir maliyetle laboratuarlar için erişilebilir araştırma toplulukları için bu kaynakları, merkezileştirme ve dağıtmak için devam eden önemli çabalar olmuştur. Ayrıca, biyolojik bilgi ve dizileri ve protokolleri moriblino için gen ekspresyonu arasında değişen moleküler araçlar, geniş bir depo, giderek Zebra balığı Bilgi Ağı (ZFIN) 9-11 şerh edilmiştir. Bu Zebra balığı araştırma altyapılarının önemli NIH destek ve bu hayvan modelinde 8 savunuculuğu yoluyla mümkün yapılmıştır. Zebra balığı mutantlar, transgenik hatları ve ilgili bu bilgi önbellek geniş biyolojik araştırma toplulukları için olağanüstü değer olmaya devam ediyor. Zebra balığı şimdi köklü ve seçkin bir model organizma ise, ancak bunlar a la temsilrgely kullanılmayan rezervuar kimyasal genetik ekranlar aracılığıyla gelişimsel biyoloji ve hastalığı araştırmak için.
Kimyasal genetik bir canlı sistem 12 içinde biyolojik bir süreci etkiler Bu tür ilaçlar veya diğer bileşikler, küçük moleküller, kullanılmasıdır. Kimyasal genetik aktörlerin bu kurtarma tanımlamak veya belirli bir genetik defekt 12 azdırmak gibi, gen fonksiyonu moleküler mekanizmalarını anlamak için uygulanabilir. Ayrıca, kimyasal genetiği öteleme araştırma 12 yapmak için bir büyük yolu temsil eder. Hayvan modellerinde geleneksel ileri genetik ekranlar hastalıklara özgü genleri birbirine bağlayan son derece güçlü olmuştur, onlar zor veya bazen imkansız erken embriyogenezde sonra ortaya çıkacak fenotipleri gözlemlemek için yapım, zamansal bir boyut eksikliği. Ayrıca, gen fazlalık yorumlamak için ileri genetik gözlenen sonuçlar zorlaştırabilir. Alternatif olarak, kimyasal bir genetik ekranlarince zamansal kontrolünü sağlamak ve aynı anda ilaç keşfi 12,13 için değerli bir başlangıç noktası sağlar.
Kimyasal genetik Bir bütün bir organizma olarak (örneğin, hücre hatları, proteinler), nitro sistemleri kullanılarak ya da bir in vivo sistemi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Kimyasal genetik için in vitro bir sistem kullanılarak, daha az maliyetli olarak büyük ölçekli, üzerinde çalışmak için daha kolay ve bir bütün olarak organizmanın sistemin daha kolay olduğu için yararlı olabilir ve daha az zaman yoğun bir işlemdir. Bunun bir sonucu olarak, in vitro sistemler yüksek verimli tarama (HTS) ve yüksek içeriği tarama (HCS) her ikisi için de izin verir. Ayrıca kimyasal genetiğini yaklaşırken dikkat edilmesi gereken bir in vitro sistemi kullanarak avantajları sayısı, ama önemli sınırlamalar vardır. Bir hücre soyunun kullanılmasını sağladığı en büyük sınırlama küçük moleküller, belli bir hücre soyu içinde, etkili ve toksik-olmayan, ancak yine de tüm organizma içine sokulduğu zaman toksik olabilir olmasıdır. Böylece, dönüm noktasıKonunun in vitro sistemler bir organizmanın geniş bağlamını yakalamak değil ve bu nedenle her zaman doğru, tüm bir organizmanın ne taklit etmek mümkün değildir yönündedir. Bütün organizmalarda bileşik test bu sorunları aşmak mümkün olmakla birlikte, memeli bütün organizma modellerin kullanımı fiziksel ve etik kısıtlamalar bir dizi oluşturmaktadır. Örneğin, fare ilaç tarama lojistik açıdan yeterli örneklem büyüklüğü test etmek için gerekli alanı ve gider tarafından engellenmektedir. Buna ek olarak, gelişimsel sorular nedeniyle memeliler rahimde geliştirmek Aslında, çalışma zor olabilir. Biyomedikal araştırmanın yürütülmesi büyük toplumsal değeri vardır iken Sonunda, yine de yoğun çalışmalar sınırlayıcı ve ağrının hafifletilmesi ve araştırma için kullanılan hayvanların acı ile hayvan refahını korumak için önemli ihtiyaçları vardır. Zebra balığı memeliler gibi yüksek omurgalılar ile çalışan bir canlı ikamesi sağlamak ve ayrıca, birçok konu kimyasal genetiği kullanarak incelenebilirembriyonik ve larva dönemleri nörolojik işleme düşük bir seviyede 12,13 de absent ya da ameliyat olduğunda.
Terkip bırakma ilgi 12-15 ilaç içeren ortamda embriyolar daldırılması ile gerçekleştirilebilir Bugüne kadar, kimyasal genetik ekranlar sayısız özellikle zebra balığı embriyoları kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca, kimyasal, genetik ekranlar mümkün ve 16-20 yönetilebilir yapmak için çok sayıda bilimsel ve teknolojik gelişmeleri olmuştur. Peterson ve arkadaşları 2000 yılında bir kimyasal genetik ekranında Zebra balığı kullanmak için ilk olduğunu, daha sonra 2004 yılında Zebra balığı 21,22 bir aort koarktasyonu mutasyonu bastırılmış bir bileşik tespit edilmiştir. Kimyasal ekranlar beri birçok gelişmekte olan dokuları (örneğin, kalp, kan, damarlar) 23-25, fizyolojik fonksiyonları (örn, davranış nörolojik temeli), 26 yetişkin rejenerasyon 27,28, ve hastalığı etkeni incelemek için uygulanmıştır e modelleri (örneğin, kas distrofisi ve kanser) 29,30. Bu Zebrafish kimyasal ekranlar arasından, prostaglandinler hematopoetik kök hücrelerini düzenleyen keşif "başucunda tanktan" hareket gücünü gösteren, insanlarda klinik çalışmalara alınmıştır 23,31-33 (NIH, Klinik Trials.gov, NCT00890500; NCT01627314). Bu klinik denemelere taşımak yapılmamış olmasına rağmen Daha yakın zamanda, umut veren bir adaydır tedavi, polikistik böbrek hastalığı (PKD), 34 ve akut böbrek hasarı 27,35 hücresel patoloji düzeltmek böbrek gibi karmaşık organları için ortaya çıkmıştır. Bu kimyasal, genetik ekranlar geniş gelişmekte Zebra balığı ve yetişkin doku işlevini sorgulamak için kimyasal genetik uygulamak için yeteneği küçük bileşenleri test programını göstermektedir. Ayrıca, akademik çalışmalara 19 için mevcuttur piyasada mevcut farmakoloji koleksiyonları büyüyen bir liste vardır.
Son birkaç yılda ove_content ">, otomatik görüntüleme sistemleri 36-38 ile birlikte, ilaç dağıtımı ve kullanım için robotların otomatik sistemlerin kullanımı da dahil kimyasal genetik tarama teknolojisi belirgin gelişmeler, olmuştur. Böyle sistemler olasılığına izin bileşiklerin binlerce test hem HTS ve HCS 36-38 ulaşmak için. Ne yazık ki, bu yenilikçi robotik işletmelerin kimyasal genetik ekranlar taahhüt tipik önemli kaynak gerektirir. kaynakların Bu tür elde etmek için sermaye eksikliği birçok kurum için önemli bir engel vardır plakaları dizilmiş embriyo transferi dahil kimyasal kütüphanelerin robot kullanımı için altyapının oluşturulması ederken, işletmek ve bu tür enstrümantasyon korumak., birçok laboratuvar, otomatik görüntüleme ve analiz için engelleyici maliyeti genellikle daha erişilebilir kalır 12. Otomatik resim tarama belirlenmesini sağlayan floresan transgenik yenidenTaşıyıcı ve spesifik fenotipik analizi 12,15 kolaylaştırır.Otomatik sistemler kullanışlı teknolojik gelişmeleri temsil etse, pek çok soru gibi in situ hibridizasyon (DİLERİZ) okuma 39 bir bütün-mount bir gelişim süreci birkaç bin biyolojik olarak aktif bileşiklerin sorgusu gibi, daha odaklı manuel ekranlar ele alınabilir. Laboratuarları giderek artan sayıda araştırma sorusunu araştırmak için Zebrafish kimyasal ekranlar çağrılan varken Dahası, birkaç çabalar ulaştınız (varsa) doygunluk ve birçok konu kimyasal genetiği kullanarak ihlal edilmesi henüz. Kimyasal ekranları sadece bir kaç vahşi tip veya transgenik tanktan oluşan küçük bir Zebra balığı koloni kullanarak idam edilebilir. Bu nedenle, genetik sorgulama bu formu / genişleyen bu arenaya çeşitlendirilmesi ilgilenen çoğu Zebra balığı araştırma grupları tarafından ulaşılabilir olmalıdır. Değişen boyutlarda kimyasal kütüphaneleri ticari distribütör ve / veya col temin edilebilirlaborators. Bu nedenlerden dolayı, kimyasal genetik de sert fon iklimlerde ekonomik olarak mümkün olabilmektedir. Örneğin, başarılı bir ekran için gerekli personel sayısı, birlikte özel zaman ve ekleme ve tahsis fiziksel protokol manuel işlem örnekleri: Ancak, bu tür ekranın lojistik yönlerini planı nasıl gibi bir kimyasal genetik ekran başlamadan engeller vardır birkaç bin yüzlerce bu rakam. Burada, biz detay manuel yüksek verim protokolü okuma olarak VVISH ile zebrafish embriyo kimyasal genetik gerçekleştirmek için. Bu yöntem, mRNA transkriptlerinin riboprob bulunması ile takip zebra balığı embriyolarının ilaç tedavisi, içerir. Makul süzebilen bu protokolü, küçük bir ekip hatta tek bireysel kullanma ve 9 hafta süre içinde mütevazı bir kimyasal kütüphaneye yaklaşık 600 bileşikleri analiz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zebra balığı kimyasal genetik ilaç keşif ilerlemesi üzerinde kritik bir etki yapabilir. Bu protokol etkili bir küçük molekül ekran yapmak için bireysel ya da küçük bir ekip sağlayarak, bir DİLERİZ okuması ile zebra balığı embriyolarının kimyasal genetik gerçekleştirmek için bir manuel yüksek verimli bir yöntem sağlar. Bu minimal kaynak yöntem birçok araştırma gruplarına kimyasal genetik fizibilite uzanır. Bu tür sistemleri genel olarak araştırma bölümleri genelinde erişilebilir değil Spesifik olarak, bu ekran strateji, robotik aletlerin kullanımı önemli bir alternatif sunuyor. Bu kılavuz ekran tek bir bireyin bir 6 günlük bir çalışma haftası bir DİLERİZ okuma ile bileşiklerden biri 96 plaka test etmenizi sağlar. Zebra balığı beri embriyolar ebeveyn dışında gelişen, yumurtlayarak çoğalan, ve embriyolar, onlar manuel basit enstrümanlar ile kullanım ve araştırmacı can dizi numuneler için müsaittir (mm 1-3 arasında) çıplak gözle görülebilecek kadar büyükBir mikroskop kullanmadan, çok-yuvalı plakalar. Zebra balığı hızlı bir şekilde gelişir çünkü Dahası, küçük molekül maruz daha sonra manuel olarak işleme en aza indiren bir bileşiğinin tek bir tedavi yerine tekrarlanan dozları ile etkili olabilir. Onların sarısı besleme yavru komplikasyonu ortadan kaldırır 5-6 gün gübreleme, için beslenme kadar bir kaynak sağlar, çünkü balığı embriyolar kolayca kültürlü. Ayrıca, larva organlarının çoğunluğu gelişmiş ve araştırma sorularına geniş bir dizi çalışma fırsatı sağlayan bu dönemde, içinde işlevsel hale gelmiştir. Embriyo kültür ortamına küçük moleküllerin basit bir ek non-invaziv ve araştırmacı (lar) ilaç dozu seçmek için, ilave zamanı ve süresi sağlar poz böylece birçok değişkenler üzerinde sıkı bir kontrol sağlamak ve belirli gelişim süreçleri için izin ilgi sorgulanacak. Burada tarif edildiği gibi, önemli bir araştırma, verimlilik kısa timefr elde edilebilirBu manuel ekran metodolojisi kullanılarak ame. (;, Yayınlanmamış Poureetezadi ve Wingert Şekil 4) Bizim tecrübelerimize göre, bu tür böbrek gelişimi sırasında nefron segmentasyonu gibi ilgi, bir süreci analiz etmek için bilinen bir biyoaktif kimyasal kütüphane kullanılarak vurgulanabilir yatırım çaba yüksek geri dönüş vardır.
Sabit Zebra balığı örneklerinde bir tahlil içerir çünkü burada anlatılan manuel kimyasal ekran son derece çok yönlüdür. Örneğin, bu strateji bir hafta içinde bileşiklerin bir çok test plakalarına revize edilebilir ve daha sonra bir hafta embriyolar skoru. Örneğin immünohistokimyasal ya da diğer doku boyama preparatları olarak sabit zebra balığı örneklerinde alternatif deneyler, aynı zamanda WISH okuması için ikame edilebilir. Deneysel stratejiler zebrabalıkları hücresel analizler nedeniyle erken gelişim evrelerinin optik netlik ve şeffaflık uyarlanabilir gerçekleştirmek için. Bundan başka, araştırmacılar daha sta de pigmentasyonu engelleyebilenges kimyasalları kullanmadan tamamen casper veya sırf zebrabalıkları 13 gibi pigment az genetik hatlarının kullanımı yoluyla pigment gelişme komplikasyonu önlemek. Bu, elle küçük moleküller yönetmek mümkün olduğunu ilgi leke (ler) işlemek, ve elle basit bir skala kullanılarak embriyolar puan. Bununla birlikte, otomatik görüntü analizi gerçekleştirilebilir ki akılda tutmak önemlidir ve aslında yüksek çözünürlüklü fenotip analizi için gerekli olabilir. Bu, örneklerin manüel işlem yapabilme çıplak gözle kolaylıkla ayırt edilebilir değildir farklılıklar rakamlarla ve araştırmacı önyargı 15 ortadan kaldırdığı için, örneğin, bu gibi bir transgenik muhabir olarak ortak doğrudan bir test ile otomatik bir görüntü analiz sistemi için tercih edilebilir. Neyse ki, bazı otomatik görüntüleme sistemleri kullanıcı dostu hem de yazılım maliyetleri 15 açısından ve ekonomiktir. Kullanımı ve diğer otomatik sistemlerin yetenekleri hızla geliştiğini ve can varorganizmaların 12,15 taşınmaya hatta uyuşturucu tedavileri yönetmek, ve, şark organizmalar için kullanılacaktır. Bu otomatik sistemler yeni bir araştırma teknolojik yaş habercisi olmuştur ve test konularında büyük miktarlarda işlemek ve böylece HTS gerçekleştirmek için yenilikçi çözümler sağladık ve HCS bütün organizmalar 12,15 yaklaşımları. Bu tür makineler tartışmasız yararlı araçlar olsa da, onlar da çok pahalı ve birçok temel araştırma laboratuarları için ulaşamayacağı bulunmaktadır. Bu otomatik yetenekleri erişim olmadan kimyasal ekranları mümkün olmadığı gibi görünebilir. Ancak, bu protokol bir zaman makul bir süre boyunca pratik bir şekilde kimyasal bir genetik ekran tamamlamak için kullanılabilecek bir manuel ekran yapmak için nasıl bir rehber özetliyor.
Genel olarak hem manuel tarama ve kimyasal genetiği için dezavantajları var, ve bir kimyasal ekranı göz önünde bulundurulduğu zaman tutulmalıdır. Özel olarak, burada açıklanan yöntem, bir orta derecede gerektirirFiziksel maharet. Maharet uygulama ile artıracak gibi bu endişe, azalmış veya tamamen tekrar yoluyla obviated olduğunu. Analiz için oyuk başına yalnızca 10 embriyo vardır Buna ek olarak, büyük bir hataya için en az odası vardır. Makul bir puanlama rejimi uyulması gereken çıkar bileşiklerin belirlenmesi için çok küçük moleküller, indüklenen fenotipinin penetrans değişebilir. Bu protokolü kullanan araştırmacılar bir hit düşünün ne için uygun titiz kriterlerini hazırlamak çok önemlidir. Bu ekran bu formu doğası büyük olasılıkla başka bir kimyasal Çökmenin ile tarif edilebilir yanlış pozitif, belli bir kısmını verecektir akılda tutmak da önemlidir. Dahası, tam da embriyoların ve asenkron geliştirme doğru ilaç tedavilerinin etkisini değerlendiren komplikasyonlara neden olabilir gibi, döllenmeden hemen sonra tarama için kavramalar toplamak için kritik öneme sahiptir. Bundan başka, bir ex gibi kimyasal tarama getirmedizenlenen strateji, sınırlamaları bir dizi vardır. Bileşik çözünürlük ve taşıyıcı moleküllerin toksisite (örneğin, dimetil sülfoksit (DMSO)), aynı zamanda bir sorun mevcut olabilir ve bir çok molekülü test engelleyici olabilir. Koryon ilaç maruziyeti için bariyer olarak hareket edebilir. Son olarak, zebra balığı kimyasal genetik için güçlü ve translasyon modeli olsa bile, bakım, her zaman bir hücre soyu gibi bir in vitro bir sistem kullanılarak, örneğin, bir alternatif bir kimyasal ekran stratejisi belirlemede alınmalıdır, bütün kullanımı için ikame edilebilir Hayvanlar. Bu bileşiklerin sistemik etkileri toplama olanaklar sunar ve bir memeli modelinde test edilecek olan bileşiklerin listesi seçip ayırmasına araştırmacıların etkinleştirmeniz gibi Bununla birlikte, bütün zebra balığı sisteminde kimyasal işlem, memelilerde içindeki yaklaşımlar iletken tercih kabul edilir.
Bugüne kadar, zebra balığı kimyasal ekranlar güçlü deneysel bir araçtır t sağladı, gelişimin mekanizmaları tasvir ve bu tür hastalık patolojileri önleme yeteneğine sahip moleküllerin tanımlanması gibi, tıpta kullanım için bir aday farmakolojik ajanlar belirleyebilir. Örneğin, Burns ve arkadaşları tarafından bir çalışma miyokardiyumda 42 GFP ifade transgenik zebra balığı embriyoları kullanılarak kalp hızı için otomatik mikro-iyi tahlil geliştirdi. Onlar gelişiminde kalp hızını analiz etmek için bu transgenik hattı kullanılır ve ilaç tedavisine 42 üzerine nasıl etkilendi. Başka bir çalışmada, Zebra balığı embriyo hematopoetik kök hücrelerin nüfus yoğunluğu test ederek, prostaglandin E2 HSC niş 23 düzenlediğini belirledi. Bu bulgu fare doğrulandı, ve sonra insan göbek kordonu nakli 23,31-33 (NIH, Klinik Trials.gov, NCT00890500; NCT01627314) klinik test için uygulanmıştır. Yapılan son araştırmalara sayesinde, kimyasal genetik zebrafish kullanarak böbrek hastalığı okuyan yararlı olduğu kanıtlanmıştır <s> 43 kadar. Zebra balığı böbrek nefrogenezisi veya nefron rejenerasyon, geliştirme ve akut böbrek hasarı 43 sırasında böbrek oluşturan fonksiyonel ünitesini incelemek için mükemmel bir paradigma sağlar. Nefron yapı oldukça Zebra balığı embriyonik böbrek ve yetişkin memeli böbrek 44-50 arasında korunur. Kimyasal genetiği ile birleştiğinde Zebra balığı embriyonik böbrek inceleyen çeşitli çalışmalar açıkça onun doğasında öteleme potansiyelini göstermektedir. Kimyasal genetik ekran polikistik böbrek hastalığı (PKD), 34 anahtar oyuncular haline bilinen genler PKD2 ve ift172, eşleştirilmiş iki zebra balığı mutantlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ekran pan-histon deasetilaz (HDAC) tanımlayan inhibitörü normal mutant embriyolarda görülen morfolojik kusurları geçersiz olabilir küçük bir molekül olarak A (TSA) trichostatin sonuçlandı. De Groh ve meslektaşları tarafından alınan farklı bir yaklaşım induc bileşikler için tarandıBöbrek fonksiyonu 35 bozulmaya işaret eder vahşi-tip zebra balığı embriyolarının, ed ödem. Bir sonuç olarak PTBA tespit sonra, ödem neden olmaya ilave olarak, aynı zamanda PTBA, böbrek soylarının için bir işaretleyici pax2a ekspresyonunu arttığı görülmektedir. Daha da önemlisi, PTBA, optimize edilmiş bir türevi, daha sonra, gentamisin-indüklenmiş böbrek hasarı uygulandı, bundan başka, böbrek hasarı 27 muzdarip farelerin kurtarma hızlandırılmış yetişkin zebrabalıkları yüzdesi öldürücülüğünün gösterilmiştir. Birlikte ele alındığında, zebra balığı kimyasal genetik bu katkıları bu protokolü açıklanan yöntem kullanılarak yapılabilir keşiflerin türlerini vitrin.
Kimyasal genetik araştırmalar önemli liyakat dogururken, belli zorlukları olmadan değildir. Sadece bir bileşiğin etkilenen ediliyor belirli bir gen ya da genlerin belirlenmesi için karmaşık yapabilirsiniz kimyasal genetik yaklaşım kullanılarak. Hedef (ler) bulunduğunda bile, bir significant boşluk bileşiği tanımlama ve küçük moleküllü davranacağı eylem mekanizması (ler) anlama arasında kalabilir. Örneğin, tek bir bileşiği, bir organizma içinde farklı özelliklerin belirli bir aralığına sahip olan özelliğine sahip olduğu için küçük bir molekül hareket ettiği mekanizmasını belirlemek için zor olabilir. Yeni teknoloji ve daha fazla kimyasal genetik ekranlar gelişiyle zebrabalıkları tamamlandı ve bununla birlikte, bir mekanizma belirleme problemi daralıyor. Tanımlanan bileşiklerin moleküler etkilerini belirlemeye yardımcı olmak için bir yöntem, mekanizma, potansiyel olarak daha önce açıklanmış veri çıkarsanabilecektir tarama, bilinen biyoaktif bir madde kütüphanesi seçmektir. Buna ek olarak, chemoinformatic algoritmaları, Keşif KAPISI gibi atfedilen mekanizmaları 14 sahip bir bileşik, bir veri tabanına karşı, bir bileşiğin yapısal benzerlikleri karşılaştırın kullanım için mevcuttur. Yine bir bileşiğin aydınlatmaya yönelik başka bir yol, bir MICR oluşturmak olacaktıroarray tedavi sonrası profili ve daha sonra benzer bir etki 14 ortaya mekanistik tanımlanan bileşikler ararken, böyle Bağlantı Haritası gibi mikro ilaç profilleri, bir derleme Bu profili sorgula. Bu yaklaşım, aynı zamanda, ilgi konusu bileşik ile benzer bir etkiye sahip olan genetik mutantlann tespit edilmesi için de kullanılabilir. Bir bileşik ve bir mutant arasında bir bağlantı bulma bileşiği, moleküler ya da üst akışında bileşiği ve morpholinos mutantların işlenmesi suretiyle tarif edilebilir, ilgili genin, mansap işleri düşündürmektedir. Başka bir seçenek Zebra balığı daha iyileştirilmiş olmaya devam ediyor kütle spektrometresi, olacaktır. Bu yöntem, ilaç tedavisinden sonra, belirli bir protein değişiklik ya da post-translasyonel modifikasyonları ayırmak için kullanılabilir. Son olarak, küçük moleküller ve hatta tüm kütüphaneleri bağlama ortaklarından pull için yadsınacaktır bazen yeteneğine sahiptir. O da kayda değer olduğu süre ne kadar küçük bir molekül fonksiyonların mekanizması ıönemli ithalat s mekanizmaları bilinmeyen kaldığı için FDA onaylı ilaçlar vardır.
Zebra balığı hem genetik ve fizyolojik memeliler için pek çok benzerlikler gösterirler rağmen, hala ilaç geçit 14 bir mesele var. Bir çalışmada zebra balığı embriyolarının 50 hücre döngüsü inhibitörlerinin bir ekrandan hit çapraz yeteneği araştırılmıştır. Ekran hücre döngüsü etkinliğe sahip olduğu daha önce bilinmemekteydi 14 hit teşhisi ile sonuçlandı. Bu bileşiklerin içinden, 14, 6, hem insan ve zebra balığı, hücre kültürü deneylerinde, hücre döngüsü etkinliğe sahip olduğu bulunmuştur, 3, 1, sadece zebra balığı hücrelerinde aktif olan hücre kültürü deneylerinde serum inaktive olduğu gösterilmiştir, ve 4'te hiçbir aktiviteye sahip değildi ya da zebra balığı ve insan hücre kültürü analizleri, ancak zebrabalıkları bütün organizmada. Özellikle, sadece zebrabalıkları aktiviteye sahip 4 bileşikler prohi olabilir zebrabalıkları ve memeliler arasında farklar olduğunu göstermektedirbazı bileşiklerin translasyon potansiyelini bit. Bu, ancak memelilerde böbrek iyileşme oranını artırmak, insan alıcılarda ve PTBA-türevleri aşılamak için HKH'lerin yeteneğini güçlendirir PGE 2, böylece kanıt sağlamak gibi küçük moleküllerin örnekleri vardır dikkatli olmak önemli bir husustur ilke bu geçiş 23,31-33 mümkündür.
Ne olursa olsun bu tuzaklar, kimyasal, genetik ve bu minimal kaynak yaklaşımın araştırma topluluk sunmak için çok şey var. Kimyasal genetik zebrabalıkları özellikle yararlıdır ve moleküler yolu sorgulama ve ilaç keşfi önemli bir rol oynamaya devam edecektir. Ayrık moleküler hedeflere dayalı kimyasal ekranları tarihsel nedeniyle adsorpsiyon, dağılım, metabolizma, boşaltım ve toksikolojik (ADMET) özelliklerinin 51 takımyıldızı olarak bilinen yüksek bir başarısızlık oranına tabi olmuştur. Için Zebra balığı kullanan kimyasal ekranlardaha çok ayrı bir hedef yerine, çok sayıda ADMET sorunları aşmak ve bütün organizmanın bağlamında etkili olan bileşikleri tespit edebilir, bir süreci üzerine. Mevcut mutant suşlar ve hedeflenen genetik mutantlar ve transgeniklerle oluşturmak için genom düzenleme kullanma yeteneği dahil olmak üzere Zebra balığı araştırma için mevcut kaynakların artan havuzlu, zebrafish kullanarak potansiyel kimyasal genetik ekranlar sınırsız sayıda neredeyse vardır. Birçok kimyasal kütüphaneler küratörlüğünü ve bilinen biyoaktif, yapısal olarak farklı ve yapısal olarak benzer yeni bileşikler, span koleksiyonlar edilmiştir. Bu reaktifler şu anda mevcut ve önümüzdeki yıllarda büyümeye muhtemeldir ekran kombinasyonları için heyecan verici fırsatlar zenginliği sağlamak. Elinde Bu olanaklar sayesinde, bu kılavuz ve yüksek verimli protokol zebrafish kullanarak kimyasal genetik ekranları taahhüt araştırma gruplarının kapasitesini artırmak için pratik ve kullanıcı dostu bir yol sağlar.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma aşağıdakilerden Wingert araştırma laboratuvarına fon tarafından desteklenmiştir: Ulusal Sağlık Enstitüleri K01 DK083512, DP2'deki OD008470 ve R01 DK100237 verir; Dimes Basil O'Connor Yazarı Bilgin hibe # 5-FY12-75 Mart; Bilim ve Biyolojik Bilimler Bölümü Notre Dame Koleji Üniversitesi'nden fonları başlatmak; ve Gallagher Ailesi adına Elizabeth ve Michael Gallagher Notre Dame Üniversitesi cömert bir hediye kök hücre araştırmaları teşvik etmek. Maliyeciler çalışma tasarımı, veri toplama ve analizi, yayımlamak kararı, ya da yazının hazırlanmasında herhangi bir rolü vardı. Biz yazının kritik geribildirim sağlamak için Paul T. Kroeger, Jr. teşekkür ederim. Biz onların destek için Biyolojik Bilimler Bölümü personel teşekkür ve bizim Zebra balığı koloni bakımı ve refahı onların olağanüstü özveri için Notre Dame Zebra Araştırma Merkezi. Son olarak, bizim resear üyelerine teşekkürBu iş hakkında onların yorumlar, tartışmalar ve anlayışlar için ch laboratuvar.
Materials
| JoVE 51922 MATERIALS | |||
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 0.1 – 10 υL natural pipet tips | USA Scientific | 1111-3800 | |
| 1 X E3 | N/A | N/A | Generate using 50X E3 and DI water. |
| 1 X Pbst | N/A | N/A | Generate 0.1% Tween-20 in 1 X Pbs. |
| 10X Pbs | American Bioanalytical | AB11072 | |
| 12-well staining dish | BD-Falcon | 35-3225 | |
| 20X SSC | American Bioanalytical | AB13156 | |
| 24 well plate | BD-Falcon | 35-3226 | |
| 4% PFA/1X Pbs | N/A | N/A | Generate 4% PFA (w/v) in 1 X Pbs – boil then freeze and store at -20 °C. |
| 48 well plate | CytoOne | CC7672-7548 | |
| 50 X E3 | N/A | N/A | Generate 16.5 mM CaCl2, 16.5 mM MgSO4, 250mM NaCl, and 8.5mM KCl in DI water. |
| 96 deep well plate | VWR | 100-11-940 | |
| 96 well plate sealing mat | VWR | 10011-946 | |
| anti-digoxigenin antibody | Roche | 11-093-274-910 | Keep at -20 °C. |
| anti-fluorescein antibody | Roche | 11-426-338-910 | Keep at -20 °C. |
| BCIP stock | Sigma | B8503 | Generate 50 mg/mL using 100% DMF – freeze then store at -20 °C. |
| block solution | N/A | N/A | Generate 50 mL using 10 mL BSA (10%), 5 mL FCS, and 35 mL MABT. (Thaw BSA and FCS at 37 °C.) |
| BSA (bovine serum albumin) stock | American Bioanalytical | AB00448 | Generate 10% BSA by stirring BSA flakes in MAB at room temperature then freeze and store at -20 °C. (Keep unused BSA flakes at 4 °C.) |
| DIG/FLU labeled riboprobe in vitro transcription reaction reagents | Roche | 11175025910; 11685619910 | Consult the manufacturer procedure. |
| DMF (dimethylformaldehyde) | American Bioanalytical | AB00450 | |
| DNase 1 inhibitor, 10 X DNase 1buffer | Roche | 4716728001 | |
| embryo incubation dish | Falcon | 35-1005 | |
| epT.I.P.S 20-300 υL | Eppendorf | 22492284 | |
| Ethanol (EtOH) | Sigma | E7023 | Generate 50mL of 70% EtOH with molecular grade H2O and 100% EtOH then store at -20 °C. |
| FCS (fetal calf serum) stock | Invitrogen | 16140089 | Keep at -20 °C. |
| filter sterilization unit | Corning | 430516 | 0.45 υm CA / 1L volume |
| fine forceps | Roboz | RS-1050 | |
| flat-bottom microcentrifuge tube | VWR | 87003-300; 87003-298 | |
| Formamide | American Bioanalytical | AB00600 | Keep at -20 °C. |
| glass basin 90 x 50 | Kimax Kimble | 23000 | |
| glass pipette | VWR | 14673-010 | |
| glass vial | Wheaton | 225012 | |
| glycerol | Sigma | G7893 | |
| glycine | Sigma | G8898 | |
| glycogen | Roche | 10901393001 | |
| HYB+ | Generate 50% formamide, 0.1% Tween-20, 5X SSC, 5 mg/mL yeast torula RNA, and 50 υL/υL heparin | ||
| INT stock | Sigma | I8377 | Generate 55mg/mL using 70% DMF and 30% H2O – freeze then store at -20 °C. |
| MAB | Generate by adding 55.0 g Trisma base, 8 mL of 1M Tric-HCl pH 9.5, 23.2 g maleic acid, and 17.5 g NaCl to 1.5 L of deionized H2O. Then fill with deionized H2O to 2L and autoclave. | ||
| MABT | N/A | N/A | Generate 0.1% Tween-20 in MAB |
| MeOH | Sigma | 34860-4L | |
| mesh tea strainer | English Tea Store | SKU #ASTR_KEN, MPN#1705 | |
| molecular grade distilled water | Mediatech | 25-055-CM | |
| multi 8-channel pipette 0.5 – 10 υL | Eppendorf | 3122000.019 | |
| multi 8-channel pipette 30 – 300 υL | Eppendorf | 3122000.051 | |
| nanodrop | Thermo | ND-2000c | |
| NBT stock | Sigma | N6876 | Generate 50mg/mL using 70% DMF and 20% H2O – freeze then store at -20 °C. |
| paraformaldehyde | Electron Microscopy Services | 19210 | |
| PCR-Film adhesive | Eppendorf | 30127.48 | |
| plate container (Pencil Box) | Sterilite | 1722 | |
| pre-staining buffer | N/A | N/A | Generate 01% Tween-20, 50 mM MgCl2, 100 mM NaCl, and 100 mM Tris pH 9.5. (Make fresh for use each time.) |
| Pronase | Roche | 11459643001 | Generate 50mg/mL using E3, freeze then store at -20 °C. |
| Proteinase K | Roche | 03-115-879-001 | Generate 10mg/mL in DI water then freeze and store at -20 °C. |
| RNase 1 inhibitor | Roche | 3335399001 | |
| rubber bulb | Fisherbrand Fisher Scientific | 03-448-22 | |
| small plastic Petri dish | Corning | 430589, 430588 | |
| SP6 RNA polymerase | Roche | 11487671001 | |
| staining solution-purple | N/A | N/A | Generate using 45 υL of NBT and 35 υL of BCIP for every 10 mL needed in pre-staining buffer. |
| staining solution-red | N/A | N/A | Generate using 31.5 υL of INT and 35 υL of BCIP for every 10 mL needed in pre-staining buffer. |
| stereomicroscope | Nikon | SMZ645, SMZ1000 | |
| T3 RNA polymerase | Roche | 11031171001 | |
| T7 RNA polymerase | Roche | 10881775001 | |
| transfer pipet | Samco | 202, 204 | |
| Tween-20 stock | American Bioanalytical | AB02038 | |
| waterbath | Thermo | 51221073 | (Model # 2831) |
Referenzen
- Grunwald, D. J., Eisen, J. S. Headwaters of the zebrafish—emergence of a new model vertebrate. Nat. Rev. Genet. 3 (9), 717-724 (2002).
- Dahm, R., Geisler, R. Learning from small fry: the zebrafish as a genetic model organism for aquaculture fish species. Mar. Biotechnol. (NY). 8 (4), 329-345 (2006).
- Lieschke, G. J., Currie, P. D. Animal models of human disease: zebrafish swim into view). Nat. Rev. Genet. 8 (5), 353-367 (2007).
- Howe, K., et al. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 496 (7446), 498-503 (2013).
- Hsu, C. H., Wen, Z. H., Lin, C. S., Chakraborty, C. The zebrafish model: use in studying cellular mechanisms for a spectrum of clinical disease entities. Curr. Neurovasc. Res. 4 (2), 111-120 (2007).
- Goldsmith, J. R., Jobin, C. Think small: zebrafish as a model system of human pathology. J. Biomed. Biotechnol. , (2012).
- Santoriello, C., Zon, L. I. Hooked! Modeling human disease in zebrafish. J. Clin. Invest. 122 (7), 2337-2343 (2012).
- Henken, D. B., Rasooly, R. S., Javois, L., Hewitt, A. T. The National Institutes of Health and the growth of the zebrafish as an experimental model organism. Zebrafish. 1 (2), 105-110 (2004).
- Sprague, J., et al. The Zebrafish Information Network: the zebrafish model organism database provides expanded support for genotypes and phenotypes. Nucleic Acids Res. 36, (2008).
- Bradford, Y., et al. ZFIN: enhancements and updates to the Zebrafish Model Organism Database. Nucleic Acids Res. 39, (2011).
- Howe, D. G., et al. ZFIN, the Zebrafish Model Organism Database: increased support for mutants and transgenics. Nucleic Acids Res. 41, (2013).
- Lessman, C. A. The developing zebrafish (Danio rerio): A vertebrate model for high-throughput screening of chemical libraries. Birth Defects Res. C Embryo Today. 93 (3), 268-280 (2011).
- Pickart, M. A., Klee, E. W. Zebrafish approaches enhance the translational research tackle box. Transl. Res. 163 (2), 65-78 (2014).
- Peal, D. S., Peterson, R. T., Milan, D. Small molecule screening in zebrafish. J. Cardiovasc. Transl. Res. 3 (5), 454-460 (2010).
- Tsang, M. Zebrafish: a tool for chemical screens. Birth Defects Res C Embryo Today. 90 (3), 185-192 (2010).
- Mandrekar, N., Thakur, N. L. Significance of the zebrafish model in the discovery of bioactive molecules from nature. Biotechnol. Lett. 31 (2), 171-179 (2009).
- Peterson, R. T., Fishman, M. C. Designing zebrafish chemical screens. Methods Cell Biol. 105, 525-541 (2011).
- Tan, J. L., Zon, L. I. Chemical screening in zebrafish for novel biological and therapeutic discovery. Methods Cell Biol. 105, 493-516 (2011).
- Mathias, J. R., Saxena, M. T., Mumm, J. S. Advances in zebrafish chemical screening technologies. Future Med. Chem. 4 (14), 1811-1822 (2012).
- Tamplin, O. J., et al. Small molecule screening in zebrafish: swimming in potential drug therapies. Wiley Interdiscip. Rev. Dev. Biol. 1 (3), 459-468 (2012).
- Peterson, R. T., et al. Small molecule developmental screens reveal the logic and timing of vertebrate development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97 (24), 12965-12969 (2000).
- Peterson, R. T., et al. Chemical suppression of a genetic mutation in a zebrafish model of aortic coarctation. Nat. Biotechnol. 22 (5), 595-599 (2004).
- North, T. E., et al. Prostaglandin E2 regulates vertebrate haematopoietic stem cell homeostasis. Nature. 447 (7147), 1007-1011 (2007).
- Kalev-Zylinska, M. L., et al. Runx1 is required for zebrafish blood and vessel development and expression of a human RUNX1-CBF2T1 transgene advances a model for studies of leukemogenesis. Development. 129 (8), 2015-2030 (2002).
- Molina, G., et al. Zebrafish chemical screening reveals an inhibitor of Dusp6 that expands cardiac cell lineages. Nat. Chem. Biol. 5 (9), 680-687 (2009).
- Kokel, D., et al. Rapid behavior-based identification of neuroactive small molecules in the zebrafish. Nat. Chem. Biol. 6 (3), 231-237 (2010).
- Cosentino, C. C., et al. Histone deacetylase inhibitor enhances recovery after AKI. J. Am. Soc. Nephrol. 24 (6), 943-953 (2013).
- Oppendal, D., Goldsmith, M. I. A chemical screen to identify novel inhibitors of fin regeneration in zebrafish. Zebrafish. 7 (1), 53-60 (2010).
- Kawahara, G., et al. Drug screening in a zebrafish model of Duchenne muscular dystrophy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (13), 5331-5336 (2011).
- White, R. M., et al. DHODH modulates transcriptional elongation in the neural crest and melanoma. Nature. 471 (7339), 518-522 (2011).
- Lord, A. M., North, T. E., Zon, L. I. Prostaglandin E2: Making more of your marrow. Cell Cycle. 6 (24), 3054-3057 (2007).
- Goessling, W., North, T. E. Hematopoietic stem cell development: Using the zebrafish to identify the signaling networks and physical forces regulating hematopoiesis. Methods Cell Biol. 105, 117-136 (2011).
- Cutler, C., et al. Prostaglandin-modulated umbilical cord blood hematopoietic stem cell transplantation. Blood. 122 (17), 3074-3081 (2013).
- Cao, Y., et al. Chemical modifier screen identifies HDAC inhibitors as suppressors of PKD models. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106 (51), 21819-21824 (2009).
- Groh, E. D., et al. Inhibition of histone deacetylase expands the renal progenitor population. J. Am. Soc. Nephrol. 21 (5), 794-802 (2010).
- Vogt, A., et al. Automated image-based phenotypic analysis in zebrafish embryos. Dev. Dyn. 238 (3), 656-663 (2009).
- Vogt, A., Codore, H., Day, B. W., Hukriede, N. A., Tsang, M. Development of automated imaging and analysis for zebrafish chemical screens. J. Vis. Exp. (40), (2010).
- Tran, T. C., et al. Automated, quantitative screening assay for antiangiogenic compounds using transgenic zebrafish. Cancer Res. 67 (23), 11386-11392 (2007).
- Jing, L., Durand, E. M., Ezzio, C., Pagliuca, S. M., Zon, L. I. In situ hybridization assay-based small molecule screening in zebrafish. Curr. Protoc. Chem. Biol. 4, 2 (2012).
- Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. B. Stages of embryonic development of the zebrafish. Dev. Dyn. 203, 253-310 (1995).
- Cheng, C. N., Li, Y., Marra, A., Verdun, V., Wingert, R. A. Flat mount preparation for observation and analysis of fixed zebrafish embryo specimens. J. Vis. Exp. , (2014).
- Burns, C. G., et al. High-throughput assay for small molecules that modulate zebrafish embryonic heart rate. Nat. Chem. Biol. 1 (5), 263-264 (2005).
- Poureetezadi, S. J., Wingert, R. A. Congenital and Acute Kidney Disease: Translational Research Insights from Zebrafish Chemical Genetics. General Med. 1, 112 (2013).
- Gerlach, G. F., Wingert, R. A. Kidney organogenesis in the zebrafish: Insights into vertebrate nephrogenesis and regeneration. Wiley Interdiscip. Rev. Dev. Biol. 2 (5), 559-585 (2013).
- Li, Y., Wingert, R. A. Regenerative medicine for the kidney: stem cell prospect., & challenges. Clin. Transl. Med. 2 (1), 11 (2013).
- McCampbell, K. K., Wingert, R. A. Renal stem cells: fact or science fiction. Biochem. J. 444 (2), 153-168 (2012).
- Wingert, R. A., et al. The cdx genes and retinoic acid control the positioning and segmentation of the zebrafish pronephros. PLoS Genet. 3, (2007).
- Wingert, R. A., Davidson, A. J. The zebrafish pronephros: a model to study nephron segmentation. Kidney Int. 73 (10), 1120-1127 (2008).
- Wingert, R. A., Davidson, A. J. Zebrafish nephrogenesis involves dynamic spatiotemporal expression changes in renal progenitors and essential signals from retinoic acid and irx3b. Dev. Dyn. 240 (8), 2011-2027 (2011).
- Li, Y., Cheng, C. N., Verdun, V. A., Wingert, R. A. Zebrafish nephrogenesis is regulated by interactions between retinoic acid, mecom, and notch signaling. Dev. Biol. 386 (1), 111-122 (2014).
- Murphey, R. D., Stern, H. M., Straub, C. T., Zon, L. I. A chemical genetic screen for cell cycle inhibitors in zebrafish embryos. Chem. Biol. Drug Des. 68 (4), 213-219 (2006).
- Williams, C. H., Hong, C. C. Multi-step usage of in vivo models during rational drug design and discovery. Int. J. Mol. Sci. 12 (4), 2262-2274 (2011).
