ゼブラフィッシュ再生の分子機構を研究するためにテトンシステムの利用
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
ゼブラフィッシュは、開発、生理学、疾病、および再生の多くの側面を研究するための十分に確立された脊椎動物のモデル生物です。後胚生物学的プロセスのモデルとしてゼブラフィッシュの成長採用により、遺伝子発現またはシグナル伝達経路の誘導性、組織特異的な操作のための実験的なツールは、ますます重要になってきました。特に、成人のゼブラフィッシュにおける臓器や付属物の再生への研究は、これらの再生プロセスの間、シグナル伝達経路の時空間的な要件の解剖のためのツールの不足に苦しんでいます。
のCre-lox系、トランスポゾン媒介体形質転換を用いて、熱ショック誘導性導入遺伝子のモザイク発現、及びティシステム1：現在、三つの異なるシステムが成体ゼブラフィッシュの器官の再生の条件、組織特異的遺伝子発現を達成するために使用されています-3。ティトンはテトラサイクリン続きの変種を指します発現は、抗生物質テトラサイクリンまたはその誘導体、 例えば、ドキシサイクリンの存在下で活性化されたロール転写活性化システム。それまで成魚に使用されているようのCre-lox系は、その発現が空間的に組織特異的調節エレメントによって制限されているタモキシフェン制御Creリコンビナーゼ（CreERT2）に依存しています。 STOPカセットのCreドリブン除去は、全ての細胞型1でアクティブであるべきであるプロモーターによって駆動される目的の遺伝子の発現を促進します。モザイク状に発現体細胞導入遺伝子のトランスポゾン媒介性の作成は、個々の細胞系統における誘導性導入遺伝子発現のためのシステムを提供します。一般的にのみ再生臓器2の離散的な細胞系統に導入遺伝子を有するキメラ個体においてヒートショックプロモーター結果の転写制御下に目的の遺伝子を運ぶのTol2トランスポゾンとゼブラフィッシュ胚の注入。両方のシステムは、条件付き組織-SPEを可能にしながら、cific遺伝子発現、のCre-lox系は可逆的ではない、とトランスポゾンクローンの標識を使用しての戦略は、その確率的性質に苦しんでいます。このように、私たちと他の人は最近、時間的に容易に、ゼブラフィッシュで使用するためのトランスジェニックテトン·システム、および添加調整可能と可逆3-5にある空間的に制御された遺伝子発現を適応しています。
ここで使用されるティシステムは、ドキシサイクリン（DOX）誘導性転写活性化因子（改善されたリバーステトラサイクリントランスアクチベーター、irtTA、短いたTetA）は、トランスジェニックドライバ行（TetActivator）を含む組織特異的ゲノム調節配列の制御下にあります。 （ 図1A）;第二に、テトラサイクリンオペレーター（TetREのTet応答エレメント）の転写制御下で目的の遺伝子を保有するトランスジェニックレスポンダライン（TetResponder）が必要です。したがって、TetActivatorとTetResponderラインの特定の組み合わせの使用が条件付き組織特異することが可能遺伝子発現のFIC操作。
我々は最近、ゼブラフィッシュテールフィン3を再生成人におけるWnt /β-カテニンシグナル伝達の組織特異的機能を探索するためにテトンシステムを利用してきました。ここで説明したプロトコルでは、フィン再生の研究のために、特に、ゼブラフィッシュにおけるテトンシステムのセットアップおよび使用のための作業の流れを説明します。これは、安定したトランスジェニックTetActivatorとTetResponderラインと胚および成体ゼブラフィッシュにおける導入遺伝子の誘導のためのプロトコルを生成する方法の詳細な手順が含まれています。さらに、我々は、成体ゼブラフィッシュフィンの凍結切片の調製のためのプロトコルを含むフィン再生成における組織特異的遺伝子発現の検証のための技術を説明します。さらに、当社はTetActivator導入遺伝子の設計、遺伝子導入方法の選択、およびTetResponder発現の検出のための考慮事項について説明します。したがって、このプロトコルの全体的な目標は、設計図として機能しますセット·アップ機能ティシステムのゼブラフィッシュの関心の任意の組織に適用することができる条件組織特異的遺伝子発現を達成するために。
我々は、（エンハンサー断片;ワイディンガーラボのプラスミドデータベースはありません1247; 図1B）の短いゲノム調節配列を用いて、安定したTetActivatorラインのI-SceIでまたはTol2の媒介性の発生を可能にするTetActivatorベクトルを作成しました。この構築物は、単純ヘルペスウイルスのVP16トランス活性化ドメイン誘導体3F [irtTAM2（3F）]と融合リバースTetリプレッサードメインのM2突然変異体からなるTetActivatorカセットを含みます。それは、同じオープンリーディングフレームからフルオロフォアAmCyanと共発現されているのでTetActivatorエチレンテトラミン（TETA）の発現を容易に監視することができます。 1比5,6：P2Aペプチドは1で別々のタンパク質としてたTetAとAmCyanの産生をもたらすべきであるリボソームスキッピングを媒介します。構築物はまた、Tのpoylinker 5 'を含みます従来のクローニング方法を用いて、対象のゲノム調節配列の挿入を容易にするetActivatorカセット。
、細菌人工染色体（BAC）に再結合することができる（大きなゲノム領域を含む;さらに、我々は、上記のTetActivatorカセットプラスカナマイシン選択カセットからなる構築物（ 図1C。ワイディンガーラボプラスミドデータベースなし1180）作成しました通常発現パターン）導入遺伝子によって模倣される遺伝子の開始コドンに。両方の構築物は、要求に応じてワイディンガーラボから入手可能です。
Protocol
Representative Results
Discussion
大人のゼブラフィッシュは、正常に多くの内臓や付属を再生する驚くべき能力を持っています。関与する分子·細胞メカニズムの完全な理解は、遺伝子の機能とシグナル伝達経路の組織特異的な分析が必要です。この方に、ティトンシステムは、胚および成体ゼブラフィッシュにおける時空間的制御遺伝子発現のための効率的なツールを提供します。この原稿に記載されテトン·システムの構…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、技術支援のためのクリスタハーゼ、ドリス·ウェーバーとブリジットKorteの感謝します。ワイディンガーラボでの仕事はドイツ学術協会WE 4223 / 3-1の補助金によってサポートされ、4223 / 4-1とドイツゲゼルシャフトエリーゼKardiologieオスカー·ラップ·Stipendiumを経由し、クラウス·ゲオルクウント·Sigrid-によりWE Hengstberger-Forschungsstipendium。
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 |
References
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