El sistema Zebrafish Tol2: un enfoque de transgénesis modular y flexible basado en pasarelas
Summary
Este trabajo describe un protocolo para el sistema modular de transgénesis Tol2, un método de clonación basado en pasarela para crear e inyectar construcciones transgénicas en embriones de pez cebra.
Abstract
Los trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF) se caracterizan por un conjunto altamente variable de defectos estructurales y deficiencias cognitivas que surgen debido a la exposición prenatal al etanol. Debido a la compleja patología del TEAF, los modelos animales han demostrado ser críticos para nuestra comprensión actual de los defectos de desarrollo inducidos por el etanol. El pez cebra ha demostrado ser un modelo poderoso para examinar los defectos de desarrollo inducidos por el etanol debido al alto grado de conservación tanto de la genética como del desarrollo entre el pez cebra y los humanos. Como sistema modelo, el pez cebra posee muchos atributos que los hacen ideales para estudios de desarrollo, incluyendo un gran número de embriones fertilizados externamente que son genéticamente tratables y translúcidos. Esto permite a los investigadores controlar con precisión el momento y la dosis de exposición al etanol en múltiples contextos genéticos. Una herramienta genética importante disponible en el pez cebra es la transgénesis. Sin embargo, generar construcciones transgénicas y establecer líneas transgénicas puede ser complejo y difícil. Para abordar este problema, los investigadores del pez cebra han establecido el sistema de transgénesis Tol2 basado en transposones. Este sistema modular utiliza un enfoque de clonación de puerta de enlace multisitio para el ensamblaje rápido de construcciones transgénicas completas basadas en transposones Tol2. Aquí, describimos la caja de herramientas flexible del sistema Tol2 y un protocolo para generar construcciones transgénicas listas para la transgénesis del pez cebra y su uso en estudios de etanol.
Introduction
La exposición prenatal al etanol da lugar a un continuo de déficits estructurales y deficiencias cognitivas denominadas trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF)1,2,3,4. Las complejas relaciones entre múltiples factores hacen que estudiar y comprender la etiología del TEAF en humanos sea un desafío. Para resolver este desafío, se ha utilizado una amplia variedad de modelos animales. Las herramientas biológicas y experimentales disponibles en estos modelos han demostrado ser cruciales para desarrollar nuestra comprensión de las bases mecanicistas de la teratogenicidad del etanol, y los resultados de estos sistemas modelo han sido notablemente consistentes con lo que se encuentra en los estudios de etanol humano 5,6. Entre estos, el pez cebra se ha convertido en un poderoso modelo para estudiar la teratogénesis del etanol7,8, en parte debido a su fertilización externa, alta fecundidad, trazabilidad genética y embriones translúcidos. Estas fortalezas se combinan para hacer que el pez cebra sea ideal para estudios de imágenes en vivo en tiempo real de TEAF utilizando líneas transgénicas de pez cebra.
El pez cebra transgénico se ha utilizado ampliamente para estudiar múltiples aspectos del desarrollo embrionario9. Sin embargo, la creación de construcciones transgénicas y líneas transgénicas posteriores puede ser extremadamente difícil. Un transgén estándar requiere un elemento promotor activo para impulsar el transgén y una señal poli A o “cola”, todo en un vector bacteriano estable para el mantenimiento general del vector. La generación tradicional de una construcción transgénica multicomponente requiere múltiples pasos de subclonación que consumen mucho tiempo10. Los enfoques basados en PCR, como el ensamblaje de Gibson, pueden eludir algunos de los problemas asociados con la subclonación. Sin embargo, los cebadores únicos deben ser diseñados y probados para la generación de cada construcción transgénica única10. Más allá de la construcción de transgenes, la integración genómica, la transmisión de la línea germinal y la detección de la integración adecuada de transgenes también han sido difíciles. Aquí, describimos un protocolo para usar el sistema de transgénesis Tol2 basado en transposones (Tol2Kit)10,11. Este sistema modular utiliza la clonación de pasarela multisitio para generar rápidamente múltiples construcciones transgénicas a partir de una biblioteca en constante expansión de vectores de “entrada” y “destino”. Los elementos transponibles Tol2 integrados aumentan en gran medida la tasa de transgénesis, lo que permite la rápida construcción e integración genómica de múltiples transgenes. Usando este sistema, mostramos cómo la generación de una línea de pez cebra transgénico endodermo se puede utilizar para estudiar los defectos estructurales específicos del tejido subyacentes al TEAF. En última instancia, en este protocolo, mostramos que la configuración modular y la construcción de construcciones transgénicas ayudarán enormemente a la investigación del TEAF basada en el pez cebra.
Protocol
Representative Results
Discussion
El pez cebra es ideal para estudiar el impacto de la exposición al etanol en el desarrollo y los estados de enfermedad 7,8. El pez cebra produce un gran número de embriones translúcidos, fertilizados externamente y genéticamente tratables, lo que permite la obtención de imágenes en vivo de varios tejidos y tipos de células marcados con transgenes simultáneamente en múltiples contextos ambientales19,20<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La investigación presentada en este artículo fue apoyada por una subvención de los Institutos Nacionales de Salud/Instituto Nacional sobre el Abuso de Alcohol (NIH/NIAAA) R00AA023560 a C.B.L.
Materials
| Addgene Tol2 toolbox | https://www.addgene.org/kits/cole-tol2-neuro-toolbox/ | ||
| Air | Provided directly by the university | ||
| Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760 | |
| Analytical Balance | VWR | 10204-962 | |
| Borosil 1.0 mm OD x 0.75 mm ID Capillary | FHC | 30-30-0 | |
| Calcium Chloride | VWR | 97062-590 | |
| Chloramphenicol | BioVision | 2486 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP118-500 | |
| Fluorescent Dissecting Microscope | Olympus | SZX16 | |
| Kanamycin | Fisher Scientific | BP906 | |
| Laser Scanning Confocal Microscope | Olympus | Fluoview FV1000 | |
| Lawsone Lab Donor Plasmid Prep | https://www.umassmed.edu/lawson-lab/reagents/lawson-lab-protocols/ | ||
| LB Agar | Fisher Scientific | BP9724 | |
| LB Broth | Fisher Scientific | BP1426 | |
| Low-EEO/Multi-Purpose/Molecular Biology Grade Agarose | Fisher Scientific | BP160-500 | |
| LR Clonase II Plus Enzyme | Fisher Scientific | 12538200 | |
| Magnesium Sulfate (Heptahydrate) | Fisher Scientific | M63-500 | |
| Micro Pipette holder | Applied Scientific Instrumentation | MIMPH-M-PIP | |
| Microcentrifuge tube 0.5 mL | VWR | 10025-724 | |
| Microcentrifuge tube 1.5 mL | VWR | 10025-716 | |
| Micromanipulator | Applied Scientific Instrumentation | MM33 | |
| Micropipette tips 10 μL | Fisher Scientific | 13611106 | |
| Micropipette tips 1000 μL | Fisher Scientific | 13611127 | |
| Micropipette tips 200 μL | Fisher Scientific | 13611112 | |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription Kit | Fisher Scientific | AM1340 | |
| Mosimann Lab Tol2 Calculation Worksheet | https://www.protocols.io/view/multisite-gateway-calculations-excel-spreadsheet-8epv599p4g1b/v1 | ||
| NanoDrop Spectrophotometer | NanoDrop | ND-1000 | |
| NcoI | NEB | R0189S | |
| NotI | NEB | R0189S | |
| Petri dishes 100 mm | Fisher Scientific | FB012924 | |
| Phenol Red sodium salt | Sigma Aldrich | P4758-5G | |
| Pipetman L p1000L Micropipette | Gilson | FA10006M | |
| Pipetman L p200L Micropipette | Gilson | FA10005M | |
| Pipetman L p2L Micropipette | Gilson | FA10001M | |
| Potassium Chloride | Fisher Scientific | P217-500 | |
| Potassium Phosphate (Dibasic) | VWR | BDH9266-500G | |
| Pressure Injector | Applied Scientific Instrumentation | MPPI-3 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27106 | |
| Sodium Bicarbonate | VWR | BDH9280-500G | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271-500 | |
| Sodium Phosphate (Dibasic) | Fisher Scientific | S374-500 | |
| Stericup .22 µm vacuum filtration system | Millipore | SCGPU11RE | |
| Tol2 Wiki Page | http://tol2kit.genetics.utah.edu/index.php/Main_Page | ||
| Top10 Chemically Competent E. coli | Fisher Scientific | C404010 | |
| Vertical Pipetter Puller | David Kopf Instruments | 720 | |
| Zebrafish microinjection mold | Adaptive Science Tools | i34 |
References
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