Мы описываем метод условно нокдаун выражение белка-мишени во взрослой регенерации плавников рыбок данио. Этот метод включает в себя микро-инъекций и electroporating morpholinos антисмысловых олигонуклеотидов в плавник ткани, которая позволяет тестировать роль белка в различных стадиях регенерации плавников, в том числе заживление ран, образование бластемы и регенеративной результат.
Certain species of urodeles and teleost fish can regenerate their tissues. Zebrafish have become a widely used model to study the spontaneous regeneration of adult tissues, such as the heart1, retina2, spinal cord3, optic nerve4, sensory hair cells5, and fins6.
The zebrafish fin is a relatively simple appendage that is easily manipulated to study multiple stages in epimorphic regeneration. Classically, fin regeneration was characterized by three distinct stages: wound healing, blastema formation, and fin outgrowth. After amputating part of the fin, the surrounding epithelium proliferates and migrates over the wound. At 33 °C, this process occurs within six hours post-amputation (hpa, Figure 1B)6,7. Next, underlying cells from different lineages (ex. bone, blood, glia, fibroblast) re-enter the cell cycle to form a proliferative blastema, while the overlying epidermis continues to proliferate (Figure 1D)8. Outgrowth occurs as cells proximal to the blastema re-differentiate into their respective lineages to form new tissue (Figure 1E)8. Depending on the level of the amputation, full regeneration is completed in a week to a month.
The expression of a large number of gene families, including wnt, hox, fgf, msx, retinoic acid, shh, notch, bmp, and activin-betaA genes, is up-regulated during specific stages of fin regeneration9-16. However, the roles of these genes and their encoded proteins during regeneration have been difficult to assess, unless a specific inhibitor for the protein exists13, a temperature-sensitive mutant exists or a transgenic animal (either overexpressing the wild-type protein or a dominant-negative protein) was generated7,12. We developed a reverse genetic technique to quickly and easily test the function of any gene during fin regeneration.
Morpholino oligonucleotides are widely used to study loss of specific proteins during zebrafish, Xenopus, chick, and mouse development17-19. Morpholinos basepair with a complementary RNA sequence to either block pre-mRNA splicing or mRNA translation. We describe a method to efficiently introduce fluorescein-tagged antisense morpholinos into regenerating zebrafish fins to knockdown expression of the target protein. The morpholino is micro-injected into each blastema of the regenerating zebrafish tail fin and electroporated into the surrounding cells. Fluorescein provides the charge to electroporate the morpholino and to visualize the morpholino in the fin tissue.
This protocol permits conditional protein knockdown to examine the role of specific proteins during regenerative fin outgrowth. In the Discussion, we describe how this approach can be adapted to study the role of specific proteins during wound healing or blastema formation, as well as a potential marker of cell migration during blastema formation.
Здесь мы описываем мощный потерей функции подход к условно нокдаун белка интересов в ходе регенерации плавников у взрослых рыбок данио. Этот метод был использован для изучения генов разрыв соединения, сигнализация рецепторы, транскрипционные факторы, и микроРНК в регенеративный продукт плавник 16, 20-22.
Мы ожидаем, что этот метод может также быть использована для изучения генов, необходимых для заживления ран и образование бластемы путем адаптации метода. Например, мы ввели и электропорации контроль морфолино в пространство между костными лучами плавников на спине половина плавника до ампутации (рис. 7). Затем мы ампутировали плавник сразу дистальнее плоскости инжекции. 24 гПа, мы обнаружили, что морфолино-клеток-мишеней мигрировали дистально для формирования и эпителия раны и бластемы (рис. 8), указывая, что эти клетки во время ранних стадиях восстановления может быть Таргeted.
Техника имеет несколько заметных ограничений. Например, флуоресценция из тега флуоресцеин не сохраняется после записи и обработки данных для иммуногистохимии, что делает невозможным связать определенный клеточный фенотип (т.е. клеточной пролиферации) с количеством морфолино присутствует в клетке. Кроме того, мы не смогли последовательно достижения электропорации плазмид в хвостовой плавник регенерации, хотя предыдущая группа сделала доклад успешного электропорации ДНК в ткани плавников 23. Наконец, мы отметили, что морфолино действует только в течение ~ 48 часов после электропорации 21, который запрещает использование этого метода в его нынешнем виде для тестирования генов, участвующих в дифференциации новых типов клеток. Дополнительное тестирование и изменение процедуры могут преодолеть эти текущие ограничения.
Кроме того, не исключено, что этот метод может быть использованпроверить белки, участвующие в миграции клеток от основной ткани бластемы. Например, мы ввели и электропорации контроль морфолино в обе стороны ребра (как показано на рис 7) до ампутации. Затем мы ампутировали половину спинного плавника сразу дистальнее плоскости инжекции и мы ампутировали брюшного плавника более дистально. На 24 гПа, морфолино-положительных клеток на спинной стороне, мигрировавших из места инъекции в эпителии вышележащих раны и бластемы. Однако это было не так на брюшной стороне (рис. 9). Это подтверждает идею, что только те ячейки, которые лежат в плоскости ампутации участие в восстановительной реакции. Эти данные также показывают, что белки, гипотетически могут потребоваться для миграции клеток могут быть проверены с помощью этой техники.
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы поблагодарить жизни Freimann научного центра и Центра научных работников данио рерио их уходу и содержанию рыбок данио.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
CUY21-EDIT or CUY21-SC Square wave electroporator | Protech International | CUY21EDIT or CUY21SC | Both units work for this protocol |
3-mm diameter paddle electrodes | Protech International | CUY 650-P3 | |
Morpholino | GeneTools, LLC | Morpholino should be custom designed to your protein of interest | |
2-Phenoxyethanol | Sigma | 77861-1L | Anesthesia; dilute 1:1000 in fish system water for procedure, 1:500 for euthanasia |
Micro-injection pump | World Precision Instruments | PV830 Pneumatic PicoPump | Many different microinjection systems could be used |
Micro-manipulator | World Precision Instruments | MMJR | Right-handed (MMJL for left-handed) |
Micro-injection needles, 1.0 mm outside diameter | World Precision Instruments | 1B100F-4 | These are borosilicate glass capillaries, pulled into a needle |
Needle holder | World Precision Instruments | 5430-ALL | Pico Nozzle Kit; make sure to inset the 1.0 mm pipette gasket |
Needle puller | Sutter | P-97 | Other micropipette/needle pullers should also work |
Microscope | Leica, Nikon, Zeiss | Number varies depending on the manufacturer | Any stereomicroscope with 20X optics and the ability to work with micromanipulators |