In diesem Artikel zeigen wir ein Verfahren zur Manipulation der Genexpression in den Zellen des ventrikulären erwachsenen Zebrafisch telencephalon Verwendung von Antisense-Morpholino-Oligonukleotide. Wir präsentieren diese Methode als eine effiziente und schnelle Protokoll, das für funktionelle Studien in der erwachsenen Gehirn von Wirbeltieren eingesetzt werden können.
Manipulation der Genexpression in Geweben erforderlich ist, um funktionelle Untersuchungen durchzuführen. In diesem Beitrag zeigen wir die cerebroventricular Mikroinjektion (CVMI)-Technik als Mittel zur Modulation der Genexpression in der erwachsenen Zebrafisch Gehirn. Durch die Verwendung von CVMI können Stoffe in die cerebroventricular Flüssigkeit verabreicht werden und gründlich entlang der rostrokaudalen Achse des Gehirns verteilt werden. Besonders für die Verwendung von Antisense-Morpholino-Oligonukleotide, die eine starke Werkzeuge für umzuwerfen Genexpression in vivo zu konzentrieren. Bei unserer Methode, wenn angewandt, sind Morpholino Moleküle von den Zellen der ventrikulären Oberfläche gemacht. Diese Zellen sind die radialen Gliazellen, die als neurogenen Vorläuferzellen handeln. Daher umzuwerfen Genexpression in den radialen Gliazellen ist von größter Bedeutung, um die weit verbreitete Reaktion Neurogenese im Zebrafisch zu analysieren und würde auch Einblick in Wirbeltieren könnte erwachsenen Neurogen Sustain liefernesis Antwort. Ein solches Verständnis würde auch helfen, die Bemühungen für die klinische Anwendung in der Human-und neurodegenerativen Erkrankungen des zentralen Nervensystems Regeneration. So stellen wir die cerebroventricular Mikroinjektionsverfahren als eine schnelle und effiziente Möglichkeit, die Genexpression und Neurogenese Antwort in der erwachsenen Zebrafisch Vorderhirn verändern. Wir bieten auch Tipps zur Fehlerbehebung und andere nützliche Informationen darüber, wie die Durchführung der CVMI Verfahren.
Adulte Neurogenese ist ein gemeinsames Merkmal von Wirbeltieren, jedoch der Grad der Verbreitung und Effizienz variiert mit der Stammesgeschichte 1,2,3,4,5,6. Zum Beispiel enthalten adulten Gehirn Stammzellen Regionen weitgehend dem Vorderhirn 7,8 beschränkt, während die Knochenfische Zebrafisch enthält sechzehn verschiedenen Stammzell-Domänen und die damit verbundenen neurogenen Zonen in seiner gesamten Gehirn 4,5,9,10. Diese Variation zwischen Säugetieren und Zebrafisch könnte darüber nachdenken, eine Disparität in den Mechanismen der Stammzell-Wartung und der neurogenen Kapazität der Vorläuferzellen. Die lebenslange Kompetenz der Zebrafisch zu Neuronen im Gehirn könnte auch darstellen klinischen Auswirkungen wie die molekularen Mechanismen, durch Zebrafischgehirn beschäftigt für therapeutische Anwendungen genutzt werden könnte, um die neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen zu bekämpfen.
Mehrere Stammzellen Zonen des Erwachsenen Zebrafischgehirn wurden analysiert, und es wurde gezeigt, dass dieZellen der ventrikulären Oberfläche dieser Regionen dienen als Vorläuferzellen 9,11-20. Ausführliche Analysen im Zebrafisch telencephalon zum Beispiel identifiziert die radialen Gliazellen, die die ventrikuläre Oberfläche dieser Gehirnregion abzugrenzen neurogene Vorläuferzellen 19, 20 sein. Dies gilt auch für andere Regionen wie dem Kleinhirn und dem Tectum opticum, wo ventrikulär gelegene Neuroepithelzellen die neurogene Eingang 16,21 bereitzustellen. Zu diesem Zweck, das Verständnis der molekularen Mechanismen, die die weit verbreitete neurogenen Kompetenz in der Erwachsenenbildung Zebrafischgehirn erfordert Manipulation der Genexpression in den Vorläuferzellen.
Verschiedene Methoden wurden bisher für die Modulation der Genfunktion in Zebrafisch beschrieben. Hervorzuheben sind die folgenden Generation bedingten transgenen Linien, die gewünschten Varianten eines einzigen Proteins, Plasmid basierender Schwerpunkt Injektionen gekoppelt Elektroporation oder chemische Behandlungen. Wir haben vorher entwickelt einVerfahren zur Verabreichung verschiedener Substanzen einschließlich Morpholino Oligonukleotide oder Proteine in der erwachsenen Zebrafisch Gehirn mit cerebroventricular Mikroinjektion als eine schnelle und effiziente Art der Modulation der Genfunktion in den ventrikulären Zellen des erwachsenen Zebrafisch Vorderhirn 22. In unseren Studien wurden vivo Morpholinos aufgrund ihrer Chemie, die die Morpholino Molekül kovalent an reich Lieferung Peptide, die effiziente Bereitstellung zu ermöglichen, die Zellen von Interesse, ohne Notwendigkeit für zusätzliche Permeabilisierung wie Elektroporation 23 Arginin. Dies würde es ermöglichen eine gründliche Targeting des gewünschten Gewebes nach der Injektion, wie, was wir in erwachsenen Zebrafisch telencephalon 22 beobachtet. Verwendung vivo Morpholinos sind daher überlegen bereits bestehenden Methoden des Tissue Targeting wie Elektroporation oder fokale Injektion von DNA-Molekülen.
Hier zeigen wir, visuell, wie wir diese Operation durchzuführen und bieten einSchritt-für-Schritt-Protokoll. Wir beginnen mit Erläuterung Herstellung der Einspritzung des Gemischs und die Fische, die injiziert werden, und gehen durch den Nachweis, wie das Injektionsgerät eingerichtet ist. Wir bieten Ihnen eine Beschreibung des cerebroventricular Injektionsverfahren, das Erzeugen eines Schnittes in den Schädel und Injektion der Morpholinos mit Mikroinjektor beinhaltet. Wir haben auch über die kritischen Punkte muss man vorsichtig sein, während des gesamten Verfahrens mit der Feststellung, sie als Optimierung oder Anleitungen zur Fehlerbehebung zu erarbeiten.
Die Methode, die wir hier beschreiben, ermöglicht eine einfache und schnelle Verwaltung von Morpholinos in der erwachsenen Zebrafisch Gehirn. Wir haben gezeigt, dass unsere Injektionsverfahren schirmt Genexpression in den ventrikulären Zellen und führt zu funktionellen Konsequenzen in der Neurogenese Antwort.
Es gibt wichtige Punkte, vorsichtig zu sein bei der Ausführung des cerebroventricular Mikroinjektion. Zum Beispiel hängt die Wirkung der Morpholino-Moleküle von der verwendeten Konzentration. Diese Konzentration ist durch den Endbenutzer bestimmt werden. Wir empfehlen, beginnend mit der Stammlösung (500 &mgr; M) und die Durchführung serielle Verdünnungen und ideal für Pre-Test durch Injektion in Embryonen mit Standard-Embryo Injektionsprotokolle 28-30. Zuvor erhalten wir verschiedene Ebenen der Knockdown Effizienz mit Konzentrationen von Morpholinos von 50 um bis 500 um 22. Zweitens sollte die Öffnung der Glaskapillare nicht large, da dies zu umfangreiche liquide Zustrom in das Gehirn nach der Injektion führen. Ebenso muss die Öffnung nicht zu eng sein, da dies ausreichend Injektion verhindert. Man kann die optimale Öffnung Druck Kombination von Pumpen von Luft in eine Petrischale mit Wasser bestimmen. Die Blasen, die sich in einer einzigen Reihe, jedoch nicht in mehreren Reihen sein. Wir zeigen dies in dem Video. Drittens Inkubation der Fische in den Anästhetika ist kritisch. Der Fisch sollte nicht länger als 2 min in der Anästhesie gehalten werden. Dies behindert die Recovery Rate nach der Injektion. Viertens ist die Lage des Schnittes kritisch gründlich Dispergieren der injizierten Flüssigkeit. Die ventrikuläre Region im Tectum opticum größer ist oberhalb der Mittellinie und wird schmaler seitlich. Daher sollte der Experimentator erzeugen den Schlitz in den Schädel in der Nähe der Mittellinie und nur kaudal des Schädels Platte für den telencephalic Region.
Einer der Vorteile des cerebroventricular injection (CVMI) Verfahrens ist seine Schnelligkeit. CVMI ist eine schnelle Methode zur Bestimmung von Genfunktionen. Diese Funktion ist wichtig und nützlich, wenn die Erzeugung von transgenen Linien für funktionelle Studien, die in der Regel mehrere Monate dauern, verglichen. Zusätzlich führt CVMI um eine gleichmäßige Verteilung der injizierten Flüssigkeit und somit ein relativ gründliche Manipulation der Genaktivität bei fokaler Injektionen oder Elektroporation verglichen. Mit CVMI können mehrere Gene gleichzeitig gedrückt werden durch Injektion vorbereiten mischt mit mehreren Morpholinos Oligonukleotid klopfte. CVMI können unterschiedliche Konzentrationen einer gegebenen Morpholino Oligonukleotiden injizieren, und kann daher zum Analysieren hypomorphen Phänotypen verwendet werden können. Schließlich ist diese Injektion Paradigma nicht zu Toxizität und beeinträchtigt das Überleben der Tiere.
Die Technik könnte für CVMI andere Art von Studien wie Injektion von modulatorische Peptide, Drogen, Plasmid-DNA oder RNA modulatorische mo erweitert werdenlecules oder andere Substanzen, die die Physiologie der Zellen beeinflussen könnte. Untersuchen Kombination von Molekülen und Durchführen Dosis-Wirkungs-Analysen möglich sind wir mit unserer Methode, so dass das Studium hypomorphen Phänotypen. Mit diesen Eigenschaften erweist CVMI um eine schnelle und einfache Test zum Ausdruck Studien in der erwachsenen Zebrafisch Gehirn und eröffnet schnelles Screening und funktionelle Analysen.
Die erwachsenen Zebrafisch Gehirn konstitutiv produzieren neue Nervenzellen entlang der gesamten rostrokaudalen Achse und es kann auch nach traumatischen Verletzungen regenerieren. Dies steht in krassem Gegensatz zu Säugetieren Gehirn mit begrenzten Neurogenese und wenn überhaupt, eher schlechte Regenerationsfähigkeit. Diese weit verbreitete Stammzellen Aktivität und Erholung Fähigkeit macht Zebrafische ein nützliches Modell für das Verständnis der molekularen Programme für zentrale Nervensystem die Regeneration erforderlich, die derzeit weitgehend unbekannt. Daher untersuchen die molekularen Grundlagen der regenerativen Eignung zebrafish Gehirn ist ein interessanter Bereich der Forschung, die den grundlegenden Unterschied, wie Fische und Säuger-Gehirn nach einer Verletzung zu reagieren, und auch verleihen Wege für regenerative medizinische Therapien beim Menschen erklären könnte. Um die molekularen Infrastruktur von Wirbeltieren Plastizität des Gehirns und die Regeneration zu verstehen, dienen Gliazellen als wichtiges Forschungsgebiet, da sie die neurogenen Vorläuferzellen 3,8,20 sind. Somit ist die Verwendung CVMI Technik, um Genfunktionen in der radialen Gliazellen des Gehirns verändern Zebrafisch ist in der Aufklärung instrumental wie Fisch Gehirn koppeln können Vorläuferzellen Aktivität, um eine effiziente und regenerative adulte Neurogenese Antwort. Vor kurzem haben wir das Engagement und die Anforderung von mehreren Faktoren und Signalwege in der regenerativen Neurogenese Reaktion der erwachsenen Zebrafisch Gehirn 24,26,27 gezeigt, und diese Studien wurden durch den Einsatz von CVMI Verfahren. Insgesamt könnten die Erkenntnisse, die wir aus Zebrafischgehirn gewinnen genutzt werden, um Regeneration zu verhängenrative Fähigkeit zu den Säugetieren Gliazellen, die zu Verletzungen reagieren und somit helfen, Gestaltung klinischer Therapien für menschliche neurologische Störungen und akuten Verletzungen.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 655) und der Europäischen Union (ZF-Health) unterstützt.
Reagent/Material | |||
CellTracker Red CMTPX | Life Technologies, Invitrogen | C34552 | Use at 1:100 dilution for measuring the injection accuracy |
MESAB (ethyl-m-aminobenzoate methanesulphonate) | Sigma-Aldrich | A5040 | For anesthetizing the fish |
Petri dishes | Sarstedt | 821,472 | For handling the fish during injection and imaging |
Phosphate-buffered saline | Life Technologies, GIBCO | 10010-056 | As sterile dilution medium |
Vivo morpholinos | Gene Tools Inc. | Customized | More info on vivo morpholinos: www.gene-tools.com |
Equipment | |||
Barbed-end needle | Becton-Dickinson | 305178 | To generate the incision in the skull |
Dissecting microscope | Olympus, Leica, Zeiss | Varies with the manufacturer | Part of the whole injection setup |
Dumont Tweezers | World Precision Instruments | 501985 | To snap off the tip of the glass capillary |
Fluorescence camera | Zeiss, Nikon, Leica | Varies with the manufacturer | To visualize the fluorescence after injection |
Gillies Dissecting Forceps | World Precision Instruments | 501265 | To hold the fish in position |
Glass injection capillaries | World Precision Instruments | TWF10 | For microinjection |
PicoNozzle kit (microinjector holder) | World Precision Instruments | 5430-12 | For microinjection |
Pneumatic PicoPump (microinjector) | World Precision Instruments | SYS-PV820 | For microinjection |
Ring illuminator; Ring Light Guide | Parkland Scientific | ILL-RLG | For illuminating the specimen |