Una estrategia eficiente para la generación de sistemas de transcripción binario tejidos específicos en Drosophila genoma editando

Summary

Aquí, presentamos un método para generar sistemas de transcripción binario tejidos específicos en Drosophila sustituyendo el primer exón de la codificación de los genes con los conductores de la transcripción. El método basado en el CRISPR/Cas9 coloca una secuencia de transactivator bajo la regulación endógena de un gen sustituyó y en consecuencia facilita la expresión de transctivator exclusivamente en los patrones espacio-temporales de gene-específico.

Abstract

Sistemas de transcripción binario son poderosas herramientas genéticas utilizadas para visualizar y manipular el celular destino y expresión genética en grupos específicos de células o tejidos en organismos modelo. Estos sistemas contienen dos componentes como líneas transgénicas. Una línea de conductor expresa un activador transcripcional bajo el control de promotores específicos de tejido/potenciadores y un puertos de línea de reportero/efector un gene de la blanco se coloca aguas abajo para el sitio de unión del activador de transcripción. Animales que ambos componentes inducen la transactivación específica de tejido de una expresión del gen objetivo. Precisa expresión espaciotemporal del gen en tejidos específicos es fundamental para la interpretación objetiva de la actividad del gene de la célula. Por lo tanto, es esencial el desarrollo de un método para generar líneas exclusivo controlador de células/tejidos específicos. Aquí presentamos un método para generar sistema de expresión específicos altamente específica de tejido mediante el empleo de un “cluster regularmente Interspaced corto palindrómico Repeat/CRISPR-asociados” (CRISPR/Cas)-basado en genoma edición técnica. En este método, la endonucleasa Cas9 está dirigido por dos quimérica guía RNAs (gRNA) a sitios específicos en el primer exón de la codificación de un gen en el genoma de Drosophila para crear roturas de doble cadena (DSB). Posteriormente, usando un plásmido donante exógeno que contenga la secuencia del transactivator, la maquinaria de reparación celular autónoma permite reparación dirigida de homología (HDR) del OSD, dando por resultado la eliminación precisa y reemplazo del exón con el transactivator secuencia. El transactivator noqueó en se expresa exclusivamente en las células donde el cis-elementos regulatorios del gen sustituyó son funcionales. El protocolo paso a paso detallado presentado aquí para generar un controlador transcripcional binario expresado en Drosophila fgf/servicios-produciendo células epiteliales/neuronales puede adoptarse para cualquier expresión del gene o tejido específico.

Introduction

La caja de herramientas genética para genes específicos se ha desarrollado bien en Drosophila, convirtiéndolo en uno de los mejores sistemas de modelo para investigar la función de genes implicados en una amplia variedad de procesos celulares. Sistemas de expresión binaria, como levadura Gal4/UAS (secuencia de activación upstream), primero fue adoptada para regiones reventado y gen potenciador de tejidos específicos en el modelo genético de Drosophila ¹ (figura 1). Este sistema facilita el desarrollo de un gran número de técnicas tales como la regulación espacio-temporal de sobreexpresión de genes, regiones, golpe de gracia en determinados grupos de células, así como en la ablación de la célula, marca de celular, en rastreo de celulares y moleculares procesos en el embrión y los tejidos, rastreo de linaje y mosaico análisis durante el desarrollo. Un número del sistema binario de la transcripción, como la bacteriana LexALexA_op (figura 1) y Q-sistema de Neurospora , son poderosas herramientas genéticas que son ampliamente utilizados en Drosophila, además el original sistema de Gal4/UAS dirigida gene expresión^1,2,3.

Aquí, presentamos un método para generar sistema fiable expresión binaria de tejidos específicos mediante el empleo de una técnica de edición del genoma. Los recientes avances en la tecnología de edición CRISPR/Cas9 genoma han permitido oportunidades sin precedentes hacer cambios de genoma dirigido en una amplia gama de organismos. En comparación con las otras técnicas de edición de genoma disponible, el sistema CRISPR/Cas9 es barato, eficiente y confiable. Esta tecnología utiliza componentes del sistema inmune adaptativo bacteriano: una endonucleasa Cas9 de Streptococcus pyogenes que crea una rotura de doble cadena (DSB) y un ARN quimérico guía (gRNA), que guía la Cas9 a un sitio particular del genoma para específicas OSD⁴. Las células contienen la maquinaria para reparar el OSD mediante diferentes vías. No homólogos se terminan uniendo (NHEJ) lleva a pequeñas inserciones o eliminaciones interrumpir funciones de los genes, mientras que la reparación dirigida de homología (HDR) presenta un definida dirigida/deseable genómico knock-en/knock-out mediante un donador exógeno de HDR como una plantilla. La estrategia de reemplazo basada en HDR puede utilizarse eficientemente para generar un sistema altamente confiable expresión binaria de tejidos específicos, que puede superar todas las limitaciones de los métodos de trampa tradicional potenciador. Describimos un procedimiento paso a paso para la utilización de reparación HDR CRISPR/Cas9-basado en la generación de una línea de controlador binario de transcripción que se expresa bajo el control de la regulación transcripcional y postranscripcional endógena de un Drosophila gen. En este protocolo, se demuestra la generación de una línea de controlador específica para servicios (bnl) gen codificando una proteína familia FGF que regula la morfogénesis ramificación de la vía aérea traqueal epitelio⁵. En este ejemplo, el primer exón de la codificación del gene del bnl fue substituido por la secuencia de una secuencia de transactivator bacteriana LexA sin alterar cualquier endógeno cis-secuencias reguladoras del gene del bnl . Nos muestran que la estrategia genera una línea de conductor de bnl-LexA que spatiotemporally controla la expresión de un gen reportero colocado aguas abajo de LexAoperator (LexAop o LexO) exclusivamente en bnl- expresando las células epiteliales/mesenquimales/neuronal.

Protocol

1. diseñar y construir el gRNA Vector de expresión Para sustituir precisamente una región larga definida de un exón, utilice un gRNA doble enfoque6, en el cual cada gRNA puede apuntar específicamente a dos extremos de la región seleccionada de interés. Para obtener la precisa expresión espaciotemporal gene-específica del controlador, seleccione dos sitios de destino de gRNA dentro del primer exón de la codificación del gene. Para Drosophila melanogaster<…

Representative Results

Este protocolo fue utilizado con éxito para generar una expresión binaria específica reportero sistema específica para bnl expresando células5. El cis-elementos reguladores (CREs) que controlan la expresión espaciotemporal complejo bnl no caracterizan. Por lo tanto, para lograr expresión espacio-temporal bajo el control de la secuencia de regulación endógena bnl , solamente el primer exón codificación de bnl f…

Discussion

Tradicionalmente, las trampas de potenciador de Drosophila fueron generadas por dos métodos diferentes. Una de las formas incluye inserción al azar de un conductor (ej., Gal4) secuencia en el genoma por transposición (e.g., transposición de elemento P)¹ . Por otra parte, las secuencias de controlador pueden colocarse bajo el control transcripcional de una región enhancer putativos/promotor en una construcción del plásmido, que luego se integrarían en un sitio ect…

Materials

X-Gal/IPTG	Gentrox (Genesee Scientific)	18-218	cloning
LB-Agar	BD Difco	BD 244520	cloning
Tris-HCl	Sigma Aldrich	T3253	Biología molecular
EDTA	Sigma Aldrich	E1161	Biología molecular
NaCl	Sigma Aldrich	S7653	Biología molecular
UltraPure DNase/RNase-Free Water	ThermoFisher Scientific	10977-023	Biología molecular
10%SDS	Sigma Aldrich	71736	Biología molecular
KOAc	Fisher-Scientific	P1190	Biología molecular
EtOH	Fisher-Scientific	04-355-451	Biología molecular
GeneJET Miniprep	ThermoFisher Scientific	K0503	Miniprep
PureLink HiPure Plasmid Maxipep kits	ThermoFisher Scientific	K210006	Maxiprep
BbsI	NEB	R0539S	Restriction enzyme
Primers	IDT-DNA		PCR
pCFD4	Kornberg Lab		DNA template and vector for gRNA
KAPA HiFi Hot Start- (Kapa Biosystems)	Kapa biosystems	KK2601	PCR
Q5-high fidelity Taq	NEB	NEB #M0491	PCR
Gibson Assembly Master Mix	NEB	NEB #E2611	DNA assembly
pBPnlsLexA:p65Uw	Addgene		DNA template for LexA amplification
Proteinase K	ThermoFisher Scientific	25530049	Biología molecular
2x PCR PreMix, with dye (red)	Sydlab	MB067-EQ2R	Biología molecular
Gel elution kit	Zymo Research (Genesee Scientific)	11-300	Biología molecular
TRI reagent	Sigma-Aldrich		Biología molecular
Direct-zol RNA purification kits	Zymo Research (Genesee Scientific)	11-330	Biología molecular
OneTaq One-Step RT-PCR Kit	NEB	E5315S	Biología molecular
lexO-CherryCAAX	Kornberg Lab		Fly line
UAS-CD8:GFP	Kornberg lab		Fly line
btl-Gal4	Kornberg lab		Fly line
MKRS/TB6B	Kornberg lab		Fly line
Confocal Microscope SP5X	Leica		Imaging expression pattern
CO2 station	Genesee Scientific	59-122WCU	fly pushing
Stereo microscope	Olympus	SZ-61	fly pushing
Microtube homogenizing pestles	Fisher-Scientific	03-421-217	genomic DNA isolation
NanoDrop spectrophotometer	ThermoFisher Scientific	ND-1000	DNA quantification