El uso del Sistema de Teton para estudiar los mecanismos moleculares de la regeneración de pez cebra

Summary

Here we outline the workflow for using the TetON system to achieve tissue-specific gene expression in the adult regenerating zebrafish tail fin.

Abstract

The zebrafish has become a very important model organism for studying vertebrate development, physiology, disease, and tissue regeneration. A thorough understanding of the molecular and cellular mechanisms involved requires experimental tools that allow for inducible, tissue-specific manipulation of gene expression or signaling pathways. Therefore, we and others have recently adapted the TetON system for use in zebrafish. The TetON system facilitates temporally and spatially-controlled gene expression and we have recently used this tool to probe for tissue-specific functions of Wnt/beta–catenin signaling during zebrafish tail fin regeneration. Here we describe the workflow for using the TetON system to achieve inducible, tissue-specific gene expression in the adult regenerating zebrafish tail fin. This includes the generation of stable transgenic TetActivator and TetResponder lines, transgene induction and techniques for verification of tissue-specific gene expression in the fin regenerate. Thus, this protocol serves as blueprint for setting up a functional TetON system in zebrafish and its subsequent use, in particular for studying fin regeneration.

Introduction

El pez cebra es un organismo vertebrado modelo bien establecido para estudiar muchos aspectos del desarrollo, fisiología, la enfermedad, y la regeneración. Con la creciente adopción de pez cebra como modelo para los procesos biológicos post-embrionarias, herramientas experimentales para la manipulación inducible, específico de tejido de la expresión génica o vías de señalización se han convertido cada vez más importante. En particular, los estudios sobre la regeneración de órganos y apéndice en el pez cebra adultos han sufrido de una falta de herramientas para la disección de los requisitos de espacio-temporales de las vías de señalización durante estos procesos regenerativos.

Actualmente, tres sistemas diferentes se han utilizado para lograr condicional, expresión específica de tejido del gen en la regeneración de órganos del pez cebra adultos: el sistema Cre-lox, la expresión mosaico de choque térmico transgenes inducibles utilizando transgénesis somática mediada por transposón, y el sistema de téton ^{1 -3.} Téton refiere a una variante de una tetraciclina-contsistema de activación transcripcional laminado, donde se activa la expresión en presencia del antibiótico tetraciclina o un derivado, por ejemplo, doxiciclina. El sistema Cre-lox, ya que hasta ahora se ha utilizado en peces adultos, se basa en una recombinasa Cre controlada por tamoxifeno (CreERT2), cuya expresión está restringida espacialmente por elementos reguladores específicos de tejido. Eliminación impulsado por Cre de un casete de STOP facilita la expresión del gen de interés dirigido por un promotor que debe ser activo en todos los tipos celulares ^1. Creación transposón mediada de transgenes somáticas mosaically expresadas proporciona un sistema para la expresión del transgén inducible en linajes de células individuales. La inyección de embriones de pez cebra con un transposón Tol2 que lleva un gen de interés bajo el control transcripcional de un promotor de choque térmico resultados en individuos quiméricos típicamente llevan el transgén sólo en linajes de células discretas de un órgano de regeneración ^2. Mientras que ambos sistemas permiten condicional tejido-spela expresión génica especí-, el sistema Cre-lox no es reversible, y la estrategia de etiquetado usando clonal basado en transposón sufre de su naturaleza estocástica. Por lo tanto, nosotros y otros han adaptado recientemente sistemas Teton transgénicas para su uso en el pez cebra, que facilitan temporal y la expresión génica controlada espacialmente que está en sintonizable Además y reversible ^3-5.

El sistema de Teton utilizado aquí comprende una línea piloto transgénico (TetActivator) en el que un doxiciclina (DOX) activador transcripcional inducible (mejoró transactivador de tetraciclina inversa, irtTA, corta TETA) está bajo el control de secuencias reguladoras genómicas específicas de tejido. En segundo lugar, se requiere una línea transgénica respondedor (TetResponder) que alberga un gen de interés bajo el control transcripcional del operador de tetraciclina (Tet elemento de respuesta; Tetre) (Figura 1A). Por lo tanto, el uso de combinaciones específicas de TetActivator y TetResponder líneas permite condicional tejido-específicaFIC manipulación de la expresión génica.

Hemos utilizado recientemente el sistema téton para sondar para las funciones específicas de tejido de señalización Wnt / beta-catenina en el adulto regeneración de cola de pez cebra de la aleta ^3. En el protocolo descrito aquí se describe un flujo de trabajo para la puesta a punto y la utilización del sistema de Teton en el pez cebra, en particular, para el estudio de la regeneración de la aleta. Esto incluye instrucciones detalladas sobre cómo generar líneas TetActivator y TetResponder transgénicas estables y un protocolo para la inducción del transgen en embriones de pez cebra y adulto. Además, se describen técnicas para la verificación de la expresión génica específica de tejido en los regenerados aleta, incluyendo un protocolo para la preparación de criosecciones de aletas de pez cebra adultos. Adicionalmente, se discuten consideraciones para el diseño del transgén TetActivator, la elección de un método de transgénesis, y detección de la expresión TetResponder. Por lo tanto, el objetivo general de este protocolo es la de servir como modelopara el establecimiento de un sistema de seguimiento téton funcional en el pez cebra para lograr la expresión de genes condicional específica de tejido, que se puede aplicar a cualquier tejido de interés.

Hemos creado un vector TetActivator permitiendo I-SCE o la generación mediada Tol2 de líneas TetActivator estables utilizando secuencias reguladoras genómicas cortas (fragmentos potenciador; Weidinger base de datos plásmido laboratorio no 1247;. Figura 1B). Este constructo contiene un casete TetActivator que consiste en la variante mutante M2 del dominio inverso represor Tet fusionado con el virus Herpes simplex VP16 transactivación-dominio derivado 3F [irtTAM2 (3F)]. Expresión de la TetActivator (TETA) se puede monitorizar fácilmente ya que es co-expresada con la AmCyan fluoróforo desde el mismo marco de lectura abierto; un péptido p2a media saltar ribosomal, que debería dar lugar a la producción de la Teta y AmCyan como proteínas separadas en una relación 1: ^5,6 1. El constructo también contiene un poylinker 5 'de la TetActivator casete para facilitar la inserción de secuencias reguladoras genómicas de interés usando métodos de clonación convencionales.

Además, hemos creado un constructo que consiste en el casete descrito anteriormente TetActivator además de un casete de selección de kanamicina (Weidinger base de datos plásmido laboratorio no 1180;. Figura 1C), que puede ser recombinado en un cromosoma artificial bacteriano (BAC) que contiene una gran región genómica ( por lo general en el codón de inicio de un gen cuya expresión patrón es para ser imitado por el transgén). Ambas construcciones están disponibles en el laboratorio de Weidinger bajo petición.

Protocol

1. Generación de transgénicos TetActivator Líneas de pescado Generación de construcción TetActivator Secuencias reguladoras Clon de interés aguas arriba de la casete TetActivator en el vector # 1247 utilizando técnicas estándar. Alternativamente, utilizar técnicas de recombinación para generar un BAC, en la que el casete TetActivator (vector # 1180) se inserta en el primer exón del gen diana, y donde la Tol2 repeticiones invertidas se introducen en la columna vertebral BAC (para un protoco…

Representative Results

Establecer un sistema de Teton funcional para la expresión génica inducible específico de tejido, TetActivator transgénicos y líneas TetResponder necesitar ser generado (Figura 1A). Esto se logra mediante la microinyección de TetActivator (Figura 1B – C) o TetResponder (Figura 1E) constructos en embriones de pez cebra temprana y posterior integración de la línea germinal. Construcciones TetActivator funcionales pueden ser generados ya sea por cl…

Discussion

El pez cebra adulto tiene una asombrosa capacidad para regenerar con éxito a muchos órganos y apéndices internos. Un conocimiento profundo de los mecanismos moleculares y celulares implicados requiere un análisis específico de tejido de las funciones de genes y vías de señalización. Hacia esto, el sistema de Teton ofrece una herramienta eficaz para la expresión génica espaciotemporalmente controlada en el pez cebra embrionarias y adultas. Las construcciones del sistema de Teton y la metodología descritos en e…

Materials

Breeding boxes	Aqua Schwarz	AquaBox 1
Compound fluorescent microscope	e.g. Leica, Zeiss	varies with the manufacturer	to image fluorescent tissue sections
Confocal microscope	e.g. Leica, Zeiss	varies with the manufacturer	to image fluorescent tissue sections
Cryostat	e.g. Leica, Thermo-Scientific	varies with the manufacturer	for cryosectioning
4’, 6- diamidino-2-phenylinodole (Dapi)	Sigma-Aldrich	D9542	use 1/5000 in PBS for visualization of nuclei
Doxycycline	Sigma-Aldrich	D9891	prepare stocks in 50% EtOH at 50 mg/ml (97 mM) for TetResponder induction
E3 embryo medium			5 mM NaCl, 0.17 mM KCl, 0.33 mM CaCl2· 2 H2O, 0.33 mM MgSO4·7 H2O, 0.2 ‰ (w/v) methylene blue, pH 6.5 for embryo/larvae husbandry
Paraformaldehyde (PFA)	Sigma-Aldrich	P6148	4 % (w/v) paraformaldehyde in PBS, pH 7.5 for fixation
1x Phosphat-buffer saline (PBS)			1.7 mM KH2PO4, 5.2 mM Na2HPO4, 150 mM NaCl, pH 7.5
1x Phosphat-buffer saline + Tween 20 (PBT)			1x PBS with 0.1 % Tween 20
Superfrost Ultra Plus adhesion microscope slides	Thermo Scientific	1014356190	for collection of tissue sections
Stereo fluorescent microscope	e.g. Leica, Zeiss	varies with the manufacturer	for fluorescence-based genotyping
Thermocycler	e.g. Biorad, Applied Biosystems	varies with the manufacturer	for PCR-based genotyping
Tissue freezing medium (TFM)	Triangel Biomedical Sciences	TFM-C	for embedding of tissue samples
Tricaine (L-Ethyl-m-amino-benzoate-methane sulfonate/MS-222)	Sigma-Aldrich	E10521	for anesthesia use at 1 mg/ml in E3 embryo medium