Les technologies d’édition génétique ont permis aux chercheurs de générer des mutants de poissons zèbres pour étudier la fonction génique avec une relative facilité. Ici, nous fournissons un guide pour effectuer le génotypage d’embryons parallèles et la quantification des signaux d’hybridation in situ chez le poisson zèbre. Cette approche impartiale offre une plus grande précision dans les analyses phénotypiques basées sur l’hybridation in situ.
L’hybridation in situ (ISH) est une technique importante qui permet aux chercheurs d’étudier la distribution de l’ARNm in situ et a été une technique critique en biologie du développement depuis des décennies. Traditionnellement, la plupart des études d’expression génique reposaient sur l’évaluation visuelle du signal ISH, une méthode sujette à des biais, en particulier dans les cas où les identités d’échantillons sont connues a priori. Nous avons déjà fait rapport sur une méthode pour contourner ce biais et fournir une quantification plus précise des signaux ISH. Ici, nous présentons un guide simple pour appliquer cette méthode pour quantifier les niveaux d’expression des gènes d’intérêt dans les embryons ish-tachés et corréler cela avec leurs génotypes correspondants. La méthode est particulièrement utile pour quantifier les signaux d’expression génique séminospécifiques dans des échantillons de génotypes mixtes et elle offre une alternative impartiale et précise aux méthodes traditionnelles de notation visuelle.
L’introduction de technologies d’édition du génome (ZFN, TALENs et plus récemment, CRISPR/Cas9) a conduit à une augmentation massive du nombre de laboratoires à travers le monde qui utilisent ces systèmes pour étudier la fonction de gènes spécifiques in vivo. Les poissons zèbres en particulier sont propices à la manipulation génétique et de nombreux mutants ont été générés au cours des dernières années1,2. Pour les biologistes du développement, l’une des méthodes les plus courantes pour évaluer les conséquences phénotypiques des mutations génétiques dans le développement embryonnaire est l’hybridation in situ (ISH). En l’absence de défauts morphologiques évidents qui séparent les mutants homozygotes de leur type sauvage ou de leurs frères et sœurs hétérozygotes, il est essentiel d’être en mesure d’identifier correctement différents génotypes avec précision.
L’ISH classique s’appuie sur des analyses qualitatives des intensités de signal pour tirer des conclusions sur les interactions réglementaires entre le gène d’intérêt et les gènes marqueurs sélectionnés. Bien qu’utiles, ces analyses souffrent de variations techniques et peuvent être biaisées par les attentes des chercheurs. Ainsi, une méthode a été développée pour quantifier l’expression des gènes après l’imagerie des embryons tachés d’ISH, sans connaissance préalable du génotype correspondant. Ceci a été suivi d’une extraction efficace d’ADN et d’un génotypage qui nous a permis de corréler quantitativement le génotype avec l’expression génique3. Alors que le génotypage des embryons post ISH a été utilisé avant4,5, quantification basée sur l’image des modèles ISH n’a pas été largement utilisé en dehors d’un couple d’études6,7. Les alternatives les plus populaires reposent sur la notation visuelle ou le comptage des cellules ish-tachées8,9,10, à la fois sujettes à une mauvaise reproductibilité et le biais des chercheurs. Cette méthode est particulièrement utile pour étudier les changements dans les gènes avec des modèles d’expression qui sont spatialement restreints, tels que runx1 ou gata2b, tous deux exprimés dans un sous-ensemble restreint de cellules de plancher aortique appelé l’endothélium hémogène11,12.
Ici, nous visons à fournir un guide pratique pour la mise en œuvre de la quantification par l’analyse d’image en utilisant Fidji13, ainsi que le protocole d’extraction et de génotypage de l’ADN. Ceci est destiné à illustrer visuellement notre méthode précédemment publiée3. Notre méthode permet une représentation précise de la variation de l’expression génique détectée par ISH et une affectation impartiale des niveaux d’expression génique à des génotypes spécifiques.
Quelques facteurs devraient être pris en considération lors de l’utilisation de cette méthode pour quantifier l’expression des gènes. Les conditions d’imagerie doivent être maintenues tout au long de l’expérience (par exemple l’éclairage, les temps d’exposition et le positionnement des embryons) afin de réduire la variabilité entre les mesures. Un point critique est d’éviter la sursouture des échantillons, car les différences dans la coloration entre les échantillons peuvent être masquées. Par exemple, la diminution de l’expression vegfA en l’absence d’Eto2 dans les embryons de laevis 30 de Xenopus n’a pu être détectée qu’en surveillant soigneusement la coloration sur une période de 24 heures. Ainsi, il est de bonne pratique de déterminer empiriquement les niveaux de coloration adéquats pour chaque gène qui représentent le mieux son expression, sans atteindre la saturation. La surcoloration augmentera également artificiellement l’intensité de pixel de fond dans les images converties à l’échelle grise 8 bits et faussera les résultats de quantitation. Dans les cas extrêmes, le niveau de fond dans les tissus embryonnaires peut être plus élevé que le signal ISH dans le retour sur investissement sélectionné et ces échantillons devraient être exclus de l’analyse. Un phénomène similaire a été observé lorsque nous avons testé la pertinence du jaune non taché pour la correction du fond (figure 4). Après l’inversion et la conversion à 8 bits les pixels plus foncés dans la région jaune deviennent plus lumineux que le signal ISH dans l’embryon et rendent l’arrière-plan corrigé des valeurs négatives. Ainsi, éviter l’utilisation du jaune pour la correction de fond. La mesure du signal de fond dans les zones pigmentées de l’embryon (p. ex., les yeux ou la partie dorsal du tronc à partir de 26/28 hpf) faussera également les résultats de quantitation et devrait également être évitée. Il existe des protocoles disponibles pour le blanchiment des embryons de poisson zèbre, avant ou après ISH18 et le blanchiment des embryons de plus de 24 hpf avant l’imagerie est recommandée.
Étant donné que cette méthode repose sur la mesure de l’intensité des pixels dans une zone définie par rapport à une intensité de pixel de fond dans une zone non tachée équivalente, elle n’est pas appropriée pour la quantitation de gènes omniprésents ou presque omniprésents exprimés tels quels. Au lieu de cela, il est bien adapté pour mesurer l’expression des gènes avec une distribution spatialement restreinte où une zone pour mesurer l’intensité des pixels de fond peut être facilement identifiée. Notre analyse supplémentaire suggère maintenant que l’utilisation d’une zone plus petite (3-4x plus petite) pour la correction de fond donne des résultats similaires à l’utilisation d’une zone équivalente à celle du retour sur investissement. Cela étend l’applicabilité de la méthode aux gènes exprimés dans des domaines spatiaux plus larges (et nécessitant ainsi des RVI plus importants pour les mesures d’intensité), à condition d’utiliser des zones clairement non tachées de l’embryon pour la correction de fond.
Enfin, nous suggérons que le génotypage soit effectué en parallèle ou après la quantitation de l’image afin de minimiser les biais de l’expérimentateur. Demander à un deuxième expérimentateur de répéter la quantitation sur des échantillons anonymisés et de comparer avec la première ensemble de mesures aidera également à réduire le biais de l’expérimentateur. Si les images à quantifier proviennent d’une comparaison entre les traitements qui ne nécessitent pas de génotypage (p. ex., type sauvage vs inhibiteur chimique ou type sauvage vs MO knockdown), l’expérimentateur effectuant les mesures doit être aveuglé par l’identité du Échantillon.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier le personnel des services biomédicaux à Oxford et Birmingham pour l’excellente élevage de poissons zèbres. T.D. a été financé par une bourse d’études doctorales Wellcome Trust Chromosome and Developmental Biology (#WT102345/Z/13/Z). R.M. et M.K. ont été financés par la British Heart Foundation (BHF IBSR Fellowship FS/13/50/30436) et sont reconnaissants de leur généreux soutien. R.M. reconnaît le soutien du BHF Centre of Research Excellence (RE/13/1/30181), Oxford.
0.2 mL PCR tubes (8-strips with lids) | StarLab | A1402-3700 | 96-well plates are equally appropriate for sample handling but beware of cross contamination between samples |
3 mL Pasteur pipettes | Alpha Laboratories | LW4114 | |
Cavity slides | Brand | BR475535-50EA | |
Digital Camera (Qimaging Micropublisher 5.0) | Qimaging | ||
Eppendorf Microloader tips | Eppendorf | 10289651 | the tips are used to orient the embryos for imaging in glycerol |
Excel | Microsoft | ||
F3000 Fiber Optic Cold Light Source | Photonic | ||
Fiji | |||
Glycerol | Sigma | G5516-1L | |
Graphpad Prism 8.01 | GraphPad Software, Inc. | we prefer to use Graphpad, but other statistics software packages are also suitable (e.g. SigmaPlot or SPSS) | |
HotSHOT alkaline lysis buffer | 25 mM NaOH, 0.2 mM disodium EDTA, pH 12 | ||
HotSHOT neutralization buffer | Tris HCl 40 mM, pH 5 | ||
PBS (10X) pH 7.4 | Thermofisher | 70011044 | |
Stereomicroscope with illumination stand (Nikon SMZ800N) | Nikon | ||
Thermocycler | Thermofisher |