Name: rna-seq analysis of differential gene expression in electroporated chick embryonic spinal cord
Uploaded: 2014-11-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 13 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about RNA-Seq Analysis of Differential Gene Expression in Electroporated Chick Embryonic Spinal Cord at JoVE.com

CYIY is supported by FAPESP (2012/14421-5) and FMV is supported by a fellowship from FAPESP (2009/53695-0). We thank the DNA Technologies Core at University of California, Davis for preparation and sequencing of the RNA-Seq libraries used in this work, the Galaxy team for providing an excellent and free interface for high-throughput sequencing data analysis tools and Dr. Marianne Bronner for allowing us to film in her laboratory space.

1. elektroporieren das Konstrukt von Interesse in der Neural Tuben HH12-13 Hühnerembryonen in ovo Verwenden Sie einen fluoreszierenden Reporter, vorzugsweise in einem bicistronischen Transkript oder mit einem interkalierenden viralen 2a Peptid 11 an das Protein von Interesse fusioniert, um eine schnelle Identifizierung von Personen mit zufriedenstellenden Niveaus der Transfektion zu ermöglichen. Anmerkung: Typische Inkubationszeit für diese Stufe ist etwa 48 Stunden bei 37,8 ° C. <ol><li> Öffnet sich ein kleines Fenster in der Eier nach dem Entfernen 3 ml Albumin mit einem zu einer 18 G x 1 1/2 Nadelspritze verbunden. Embryo Darstellung zu verbessern, zu injizieren eine kleine Menge Tusche 1:50 in steriler Ringerlösung unterhalb des Embryos 1-4. </li><li> Nach Abdecken der Embryo mit steriler Ringerlösung injizieren einen 10 mM Tris-HCl, pH 8,2, und 0,1% Lebensmittelfarbstoff (F, D &amp; C) Lösung, die 2,5 ug / ul DNA durch das hintere Ende des Neuralrohrs, bis es fülltbis zu dem Hinterhirn Region. Zu elektroporieren, die Position von Platinelektroden (0,5 mm Durchmesser) von 4 mm 1 getrennt entlang der Flankenbereich und liefern 5 Impulsen von 50 ms und 20 V mit einem Intervall von 100 msec zwischen ihnen 4. </li><li> Nach der Elektroporation inkubieren manipulierten Embryonen für 48 Stunden mehr, bis sie Stufe HH23 erreichen und identifizieren Personen präsentiert hohe Transfektion im Flankenbereich unter einem Fluoreszenzstereomikroskop. HINWEIS: Die Dauer der Inkubation nach der Elektroporation hängt vom Ziel des Versuchs. Die elektroporierten Plasmide können signifikante Expressionsniveaus nach 2 h 2 zu erzeugen. Wenn daher das Interesse liegt in frühen Beginn der Gene nach der Elektroporation Inkubationszeit kann reduziert werden. </li></ol> 2. Ernte erfolgreich transfizierter Embryonen und sezieren die elektroporiertem Spinal Cord Halbiert HINWEIS: Dieser Vorgang dauert 2-3 Stunden für jeweils 10 Embryonen und Erträge 1-2 Ug Gesamt-RNA pro Embryo. Die Präparation der Neuralrohren erfordert feinen Bewegungen und einige Trainingseinheiten können, bevor sie auf experimentellen Proben notwendig sein. <ol><li> Dekontamination von metallischen Dissektionswerkzeuge mit RNase Dekontaminationslösung oder durch Einbrennen bei 150 ° C für 4 h 12 und bereiten DEPC behandeltem PBS. Verwenden Sie nur neue zertifizierte RNase-freie Kunststoffgeschirr. HINWEIS: Nach der Ernte ist es wichtig, eine Standardbehandlung folgen, um RNase Kontamination während Dissektion zu verhindern. </li><li> Ernten Sie die Embryonen mit einem Paar feine Präparierscheren und gesiebt Sammlung Löffel. Halten Sie die Embryonen in kaltem DEPC-behandeltem PBS in einer 100 mm Petrischale. </li><li> Mit einer feinen Pinzette, schneiden Sie die gesamte Flankenbereich (zwischen der hinteren Grenze des vorderen Extremitätenknospe und die vordere Grenze des hinteren Gliedmaßenknospe) und übertragen Sie diesen Abschnitt, um eine neue Schale mit kaltem DEPC-behandeltem PBS. </li><li> Verwenden Sie zwei feinen Glasnadeln an drei verschiedenen perforierenPunkte auf jeder dorsolateralen Seite des Embryos zwischen dem Neuralrohr und paraxiale Mesoderm. </li><li> Führen Sie die beiden Glas Nadeln in der zentralen Perforation und langsam bewegen einer von ihnen weg entlang der Neuralrohr anterior-posterioren Achse. Wiederholen Sie dies für die Perforationen, die nicht von den ersten Sätzen erreicht wurden. Entfernen Sie das freistehende paraxialen Mesoderm mit einer feinen Pinzette. </li><li> Drehen Sie den Embryo seitwärts, legen die Spitzen der Pinzette zwischen dem Neuralrohr und der Chorda und schieben Sie sie in entgegengesetzte Richtungen entlang der anterior-posterioren Achse, die beiden Strukturen zu trennen. HINWEIS: Dies sollte auch die Abschaffung der meisten der Mesoderm noch mit dem Neuralrohr angebracht. </li><li> Entfernen Sie gegebenenfalls gröberen mesodermic Gewebe, das durch Ziehen mit einer Pinzette unter leichtem Halten des Neuralrohr mit einer anderen Pinzette befestigt bleiben. Wenn Sie fertig sind, übertragen Sie leicht das Neuralrohr an eine andere Schale mit kaltem DEPC-behandeltem PBS mit einemRNase-freie Glaspasteurpipette zu einer manuellen Pipette Pumpe gekoppelt und halten Sie auf Eis, bis alle Rohre werden seziert. </li><li> Teilen Sie die Neuralrohren in zwei Hälften. Dazu legen Sie die scharfe Spitze eines geschlossenen Pinzette in das Lumen und öffnen Sie die Dachplatte, indem Sie die Pinzette heraus durch sie. Danach trennen Sie die Hälften durch Schneiden der Bodenplatte mit der Pinzette Tipps. </li><li> Art, die aus nicht-elektroporiert Hälften unter einem Fluoreszenz Binokular und in ein 1,5-ml-Röhrchen mit eiskaltem DEPC-behandeltem PBS gefüllt elektroporiert. Falls nötig, schlagen Sie das Mikroröhrchen vorsichtig, um jedes Gewebe an den Kunststoffwänden befestigt zu lösen und Sedimentation der Rohre zu fördern. </li><li> Spin bei 100 × g für 3 sec und sehr langsam zu entfernen, so viel wie möglich PBS mit einer 1 ml Pipette. Tun Sie dies, während man eine Lichtquelle, die durch den Mikroröhrchen glänzt zu überwachen, wenn eine embryonale Material auf die Pipettenspitze gesaugt; Wenn dies geschieht, langsam entladen und wiederholen Sie den centrifugation. </li><li> In 70 ul Lyse-Lösung für die RNA-Extraktion pro Neuralrohr Hälfte und Flick das Rohr, um den Inhalt zu mischen. Inkubation bei Raumtemperatur für 5 min und kräftig vortexen. Wiederholen Sie den 5 min Inkubation und Vortexen zwei weitere Male. Bei -80 ° C. </li><li> Sammeln mindestens acht Neuralrohr Hälften pro Probe, um eine ausreichende Ausbeute für den nächsten Schritt zu gewährleisten. Pool kleinere Proben, wenn mehrere Elektroporation / Dissektion Sitzungen sind erforderlich, um eine ausreichende Anzahl von neuronalen Rohre anzuhäufen. Bewahren ausreichende Proben für Duplikate oder dreifach für jede Bedingung. </li></ol> 3. Entschlacken RNA und Planen Bibliotheken für Illumina Sequenzierung <ol><li> Proben von -80 ° C Lagerung entfernen und auf Eis für 15-30 min. Wieder Auftauen bei Raumtemperatur bis zur Beendigung. </li><li> Vortex gut und bei Raumtemperatur lassen Sie für 5 min. Vortex wieder und Zentrifuge bei 15.000 g für 1 min, um unlösliches Material zu pelletieren. </li><li> Den Überstand in ein neues Röhrchenund RNA-Extraktion gehen nach der Gesamt-RNA Isolation Kit manuelle Anweisungen. Eluieren in der empfohlenen Mindestvolumen, um die Konzentration zu erhöhen. HINWEIS: DNase-Behandlung nach clean-up ist, um eine mögliche Kontamination von genomischer DNA-Sequenzen in RNA-Seq Datensätze zu vermeiden empfohlen. </li><li> Flick das Rohr, um den Inhalt zu mischen und zu entfernen 5 ul für die Qualitätskontrolle-Analyse. Bewahren Sie die restliche Probe bei -80 ° C bis Bibliothek Vorbereitung; Diese Proben sollten nur einmal aufgetaut werden, um RNA-Abbau zu vermeiden. </li><li> Führen gereinigte RNA in einem Bioanalyzer Instrument mit dem RNA 6000 Nano Kit; RIN-Wert muss mindestens über 7, um fortzufahren. </li><li> Generieren Sie Bibliotheken mit einem Illumina kompatiblen RNA-Seq-Bibliothek Vorbereitung Kit und multiplexen bis zu 4-Bibliotheken in einer Spur eines HiSeq Instrument auf 100 bp Einzel liest erzeugen. Wenn möglich, schließen Sie alle Proben im gleichen Lauf um mögliche technische Artefakte zu minimieren. HINWEIS: Diese sollte auf 50 Mio. r ergeben sichEADS pro Probe, die mehr als genug, um die Abdeckung für die meisten Gene 13 zu erhalten. </li></ol> 4. Vergleichen RNA-Seq Datasets in der Galaxy Public Server 10. ANMERKUNG: Server Speicherplatz ist begrenzt und Experimente zu vergleichen viele Proben eine vollständige Löschung des Zwischendateien in den Filterschritte generiert erfordern. <ol><li> Erstellen Sie ein Benutzerkonto in der Galaxy öffentlichen Server ( <a href="https://usegalaxy.org/">https://usegalaxy.org</a> ) und FTP-Upload der Illumina-Datasets in fastq Format. </li><li> Bereiten Sie hochgeladene Dateien mit dem FastqGroomer 14 Tool unter der NGS: QC und Manipulation Menü; wenn die Qualitätswerte sind bereits in Phred + 33 (Sanger) codiert, überspringen Sie diesen Schritt durch einfache Änderung der Dateityp unter den Attributen für jeden Datensatz fastqsanger. </li><li> Analysieren Sie die allgemeine Qualität der jeden Datensatz mit der FastQC Tool unter der NGS: QC und Manipulation michnu. HINWEIS: Besondere Aufmerksamkeit sollte der resultierenden Grafik für pro Basensequenz Qualität und pro Basensequenz Inhalt gegeben werden, da diese Schätzungen für die zum Beschneiden der Enden der liest verwendeten Parameter bereitzustellen. </li><li> Trim liest verwerfen 3&#39;-Enden mit Qualitätsdaten günstig mit der fastq Qualität Trimmer 14 unter der NGS: QC und Manipulation Menü. Stellen Sie das Werkzeug, um nur bearbeiten, 3&#39;-Enden für den Qualitätsfaktor unter 20. </li><li> Entfernen Adaptersequenzen aus liest mit Hilfe des Tools Clip ( <a href="http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/">http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/</a> ) unter der NGS: QC und Manipulation Menü. Stellen Sie das Werkzeug, um zu verwerfen liest mit weniger als 45 bp nach links, geben Sie die Sequenz der verwendeten Adapter und wählen Sie den Ausgang, beide abgeschnitten und nicht-begrenzten Sequenzen umfassen. Außerdem entscheiden nicht auf Sequenzen mit unbekannten Basen zu verwerfen, da die meisten geringer Qualität Basen wurden bereits im letzten Schritt entfernt. </li&gt; <li> Verwenden der Werkzeug Trim-Sequenzen ( <a href="http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/">http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/</a> ) unter der NGS: QC und Manipulation Menü schneiden Sie die ersten Grundlagen der liest bis 5 &#39;von FastQC detektierten Sequenz Bias (typischerweise 10) zu entfernen. HINWEIS: An dieser Stelle ist es eine gute Idee, FastQC erneut ausführen und Vergleichen mit der vorherigen Analyse zu bestimmen, ob die Datenmenge Qualität wurde verbessert. </li><li> Laden und entpacken Sie die neuesten Hühnergenom Anordnung für die UCSC Genom-Browser von Illumina iGenomes ( <a href="http://support.illumina.com/sequencing/sequencing_software/igenome.ilmn">http://support.illumina.com/sequencing/sequencing_software/igenome.ilmn</a> ) und laden Sie das gesamte Genom fasta Formatdatei und die Gene Annotation GTF Formatdatei durch die Galaxis Geschichte mit der Upload File unter dem Get Data-Menü. </li><li> Karte liest für jede Probe, um das Huhn-Genom mit Hilfe der Ausrichter TopHat2 15 unterdie NGS: RNA-Analyse-Menü. Wählen Sie, um ein Genom aus der Geschichte zu verwenden (wählen Sie die fasta Datei in Schritt 4.7 hochgeladen). </li><li> Baue eine vorhergesagte Transkriptom für jede Probe mit Manschettenknöpfe 16 unter den NGS: RNA-Analyse-Menü. Wählen Sie den Bezugsanmerkung als Richtlinie verwenden (wählen Sie die GTF-Datei in Schritt 4.7 hochgeladen) und schalten Sie die Optionen Führen Bias-Korrektur (aus der Geschichte, fasta Datei aus Schritt 4.7) und Verwenden Mehr lesen richtig. </li><li> Merge prognostiziert Transkriptomen für alle Proben mit Cuffmerge 16 unter der NGS: RNA-Analyse-Menü. Wählen Sie den Bezugsanmerkung (GTF-Datei aus Schritt 4.7) und die Sequenzdaten (aus der Geschichte, fasta Datei aus Schritt 4.7) zu verwenden. </li><li> Vergleichen BAM Dateien TopHat2 für jede Probe mit Cuffdiff 16 unter der NGS generiert: RNA-Analyse-Menü. Bei den Feld Transcripts wählen michrged Transkriptom von Cuffmerge generiert und schalten Sie die Optionen Führen Bias-Korrektur (aus der Geschichte, fasta Datei aus Schritt 4.7) und Verwenden Mehr lesen richtig. </li><li> Sortieren differentielle Expression Testen Tabellen numerisch aufsteigend in Spalte 13 (Q-Wert) mit dem Werkzeug Sortieren unter dem Filter und Menü sortieren. HINWEIS: Gene / Transkripte, die signifikante differentielle Expression zwischen experimentellen Bedingungen werden die niedrigsten q-Werte zu präsentieren. </li><li> Um die Ergebnisse visuell mit Abdeckung Graphen zu überprüfen, zuerst konvertieren BAM Dateien bedGraph Format mit dem Werkzeug erstellen BedGraph der Genomabdeckung 17 unter dem Menü bedtools. Deaktivieren Meldung von Regionen ohne Abdeckung, wählen zu verbindenden Einträge im Unterschied Abständen zu behandeln und zu skalieren die Deckung durch einen Faktor, der Sequenzierung Tiefe für alle Datensätze, die verglichen werden normalisiert. </li><li> Konvertieren Sie die resultierende bedGraph Datei an bigwig Format unter Verwendung derWerkzeug Perücke / BedGraph-to-Bonzen ( <a href="http://www.genome.ucsc.edu/">http://www.genome.ucsc.edu/</a> ) unter dem Menü Formate konvertieren. Laden Sie die Dateien als individuelle bigwig Spuren im UCSC Genom-Browser ( <a href="http://www.genome.ucsc.edu/">http://www.genome.ucsc.edu/</a> ) für die galGal4 Montage und suchen ein Gen von Interesse, um die Abdeckung in den Datensätzen zu visualisieren. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Hier bieten wir Richtlinien zur Analyse Wirkungen nach der Elektroporation des Huhns Rückenmark. Obwohl Elektroporation von DNA-Vektoren wird häufiger verwendet, um ein Gen von Interesse überexprimieren, kann man auch Konstrukte dominant Negativen quimeric Proteine ​​oder Vorstufen Codierung verwenden für siRNAs zur Genfunktion knock-down Bedingungen 19-21 erzeugen. In der Tat kann den Vergleich der Transkriptom Profile sowohl Verstärkungs- und Verlust der Funktionsanalyse resultierenden darauf hin G...

Genetische Untersuchungen an lebenden Organismen verwenden häufig den Hühnerembryo als Modell, weil in ovo Elektroporation stellt eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, um embryonale Strukturen teilweise Transfektion in vivo mit DNA-Konstrukte 1-5. Bicistronische Expressionsvektoren, die ein Transkript, das ein fluoreszierendes Reporter zusammen mit dem Gen von Interesse, wie pCIG 6 oder Pmes 7 kodieren, ermöglichen eine schnelle Überprüfung der Transfektion Qualität in der gewünschten Region unter einem Stereomikroskop vor der Verarbeitung Embryonen für Downstream-Analyse. Mit den jüngsten Fortschritten in der DNA-Sequenzierung ist es nun möglich, digitale gesamte Transkriptom Expressionsprofile von RNA-Proben unter Verwendung von RNA-Seq 8,9 erhalten. Statt also zeitaufwendige Verfahren, die Analyse von nur wenigen Genprodukte parallel ermöglichen, wie in situ Hybridisierung, Immunhistochemie und qPCR, Herstellung von cDNA-Bibliotheken fürHochdurchsatz-Sequenzierung kann Informationen des gesamten Transkriptoms. Beobachtung der experimentellen Effekte auf die Expression von jedem einzelnen Gens kann wiederum bieten leistungsstarke Einblicke in die Wege, durch das Konstrukt verwendet verändert. Dies ist besonders einfach, wenn eine genomische Anordnung für den verwendeten Organismus ist, wiederum ist damit der Hühnerembryo ein geeignetes Modell. Wenn der Benutzer Zugang zu einer zuverlässigen Genomsequenzierung Zentrum hat, ist das Hauptproblem hoher Qualität zu erhalten RNA-Proben. Diese Arbeit zeigt, ein Verfahren zur Gewinnung von RNA Proben transfiziert Neuralrohren für RNA-Seq sowie den nachgeschalteten Schritten zur in silico Analyse der resultierenden Datensätze. Nach Elektroporation bei HH12-13 gefolgt von 48 h Inkubation wurden die transfizierten Stamm Rückenmarkshälften in Ribonuklease freien Bedingungen seziert sofort lysiert und weiteren Abbau durch ultra-niedrigem Gefrierpunkt geschützt, bis RNA-Reinigung und Bibliotheks preparatIonen. Das Galaxy öffentlichen Server 10 bietet Zugriff auf kostenlose Ressourcen für die Analyse von Hochdurchsatz-Sequenzierungsdaten. Die Menge an Speicherplatz für registrierte Benutzer angeboten wird, genug für kleine Versuchs wodurch die Notwendigkeit für die lokalen Computerinfrastruktur. RNA-Seq Datenanalyse umfasst Filterung, Ausrichtung und Quantifizierung / Vergleich der Genexpression. Obwohl es allgemeine Richtlinien für die RNA-Seq Datenanalyse, werden Filterparameter hängen weitgehend von der Qualität der Sequenzierungs und sollte nach Qualitätskontrollanalyse der Ausgangsdaten bestimmt werden. Dieses Protokoll beschreibt die Schritte, um zu erhalten und vergleichen RNA-Seq Profile embryonalen Hühnerrückenmark in vivo transfiziert. Als repräsentative Ergebnis Vergleich der Datensätze von zwei unabhängigen Kontrollproben mit einem leeren Vektor transfiziert zeigte, daß das Verfahren ist reproduzierbar und sollten Identifizierung differentiell Expres ermöglichensed-Transkripte in experimentellen Proben. Daher Anwendung dieser Methode hat das Potential, die Anzahl von Entdeckungen nach einem einzigen Versuch stark erhöhen und somit eine große Menge von Daten für nachfolgende Untersuchungen.

<table><tbody><tr><td>Indian ink</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>18G x 1 1/2 needle</td><td>BD</td><td>305196</td><td></td></tr><tr><td>3 ml syringe</td><td>BD</td><td>309657</td><td></td></tr><tr><td>Tris</td><td>MP Biomedicals</td><td>819620</td><td></td></tr><tr><td>F D &amp;amp; C Blue 1</td><td>Spectra Colors Corporation</td><td>5.FC.0010P0</td><td>Food Dye used to visualize DNA injection</td></tr><tr><td>Ringer&#039;s solution (1 L)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 7.2 g NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-9888</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.37 g KCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-4504</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.225 g CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&amp;#8226;2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Fisher Scientific</td><td>10043-52-4</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.217 g Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;.7H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-9390</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.02 g KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5379</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - ddH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 800 ml and adjust pH to 7.4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - ddH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 L</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - Filter and autoclave</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PBS (Phosphate Buffered Solution) (1 L)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 8 g NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-9888</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.2 g KCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-4504</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 1.15 g Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&amp;#8226;7H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-9390</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 0.2 g KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P-5379</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - ddH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 800 ml and adjust pH to 7.2</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - ddH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 L and filter</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - 1 ml DEPC (Diethylpyrocarbonate)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D-5758</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - Shake vigorously and let stand overnight at room temperature</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp; - Autoclave</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sieved spoon</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterile 60 x 15 mm polystirene Petri dishes</td><td>Corning Life Sciences</td><td>351007</td><td></td></tr><tr><td>RNaseZap RNase decontamination solution</td><td>Life Technologies</td><td>AM9780</td><td></td></tr><tr><td>Fine point surgical scissors</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Straight fine point tweezers</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pulled glass needle made from 1.1 x 75 mm glass capillary tubes</td><td>Kimble Chase</td><td>40A502</td><td></td></tr><tr><td>9&#039;&#039; glass Pasteur pipette</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manual pipette pump</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Clear 1.5 ml microcentrifuge polypropilene tubes</td><td>Corning Life Sciences</td><td>MCT-150-C</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RNAlater solution for RNA stabilization</td><td>Life Technologies</td><td>AM7020</td><td></td></tr><tr><td>RNAqueous total RNA isolation kit</td><td>Life Technologies</td><td>AM1912</td><td></td></tr><tr><td>Molecular Biology Grade Ethanol</td><td>Any supplier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RNA 6000 Nano Kit</td><td>Agilent Technologies</td><td>5067-1511</td><td></td></tr><tr><td>2100 Electrophoresis Bioanalyzer Instrument</td><td>Agilent Technologies</td><td>G2939AA</td><td></td></tr><tr><td>Truseq RNA Sample Preparation Kit v2</td><td>Illumina</td><td>RS-122-2001/RS-122-2002</td><td></td></tr></tbody></table>

rna-seq analysis of differential gene expression in electroporated chick embryonic spinal cord

In ovo electroporation of the chick neural tube is a fast and inexpensive method for identification of gene function during neural development. Genome wide analysis of differentially expressed transcripts after such an experimental manipulation has the potential to uncover an almost complete picture of the downstream effects caused by the transfected construct. This work describes a simple method for comparing transcriptomes from samples of transfected embryonic spinal cords comprising all steps between electroporation and identification of differentially expressed transcripts. The first stage consists of guidelines for electroporation and instructions for dissection of transfected spinal cord halves from HH23 embryos in ribonuclease-free environment and extraction of high-quality RNA samples suitable for transcriptome sequencing. The next stage is that of bioinformatic analysis with general guidelines for filtering and comparison of RNA-Seq datasets in the Galaxy public server, which eliminates the need of a local computational structure for small to medium scale experiments. The representative results show that the dissection methods generate high quality RNA samples and that the transcriptomes obtained from two control samples are essentially the same, an important requirement for detection of differential expression genes in experimental samples. Furthermore, one example is provided where experimental overexpression of a DNA construct can be visually verified after comparison with control samples. The application of this method may be a powerful tool to facilitate new discoveries on the function of neural factors involved in spinal cord early development.

Um die beschriebene Methode zu validieren, wurden zwei Kontrollproben aus Embryonen mit dem leeren Vektor Pmes 7 und eine Probe von Embryonen mit dem gleichen Vektor, der die Einlage zu konstruieren SCRT2-ZNF, die die Zinkfinger-Domänen von Hühner SCRT2 18 kodiert, transfiziert elektroporiert erzeugt. Proben ergab 11-22 ug Gesamt-RNA wurden jeweils aus Pools von 8 bis 12 Embryonen. Alle drei Proben erzielt eine optimale RIN-Wert von 10 in einer Qualitätsprüfung mit dem Bioanalyzer Gerät an <st...

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RNA-Seq Analysis of Differential Gene Expression in Electroporated Chick Embryonic Spinal Cord

This video shows the basic steps for performing whole transcriptome analysis on dissected chick embryonic spinal cord samples after transfection with in ovo electroporation.

RNA-Seq Analyse der differentiellen Genexpression in elektroporiertem Küken Embryonale Spinal Cord

In ovo electroporation of the chick neural tube is a fast and inexpensive method for identification of gene function during neural development. Genome ...

rna-seq-analysis-differential-gene-expression-electroporated-chick

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.5K Aufrufe.  Universidade de São Paulo. This video shows the basic steps for performing whole transcriptome analysis on dissected chick embryonic spinal cord samples after transfection with in ovo electroporation.

Serie: RNA-Seq Analysis of Differential Gene Expression in Electroporated Chick Embryonic Spinal Cord

Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) Protocol for Low-abundance Embryonic Samples

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a widely-used technique for mapping the localization of post-translationally modified histones, histone variants, transcription factors, or chromatin-modifying enzymes at a given locus or on a genome-wide scale. The combination of ChIP assays with next-generation sequencing (i.e., ChIP-Seq) is a powerful approach to globally uncover gene regulatory networks and to improve the functional annotation of genomes, especially of non-coding regulatory sequences. ChIP protocols normally require large amounts of cellular material, thus precluding the applicability of this method to investigating rare cell types or small tissue biopsies. In order to make the ChIP assay compatible with the amount of biological material that can typically be obtained in vivo during early vertebrate embryogenesis, we describe here a simplified ChIP protocol in which the number of steps required to complete the assay were reduced to minimize sample loss. This ChIP protocol has been successfully used to investigate different histone modifications in various embryonic chicken and adult mouse tissues using low to medium cell numbers (5 x 104 - 5 x 105 cells). Importantly, this protocol is compatible with ChIP-seq technology using standard library preparation methods, thus providing global epigenomic maps in highly relevant embryonic tissues.

Chromatin Immunoprecipitation ChIP Protocol for Low-abundance Embryonic Samples

Here, we describe a chromatin immunoprecipitation (ChIP) and ChIP-seq library preparation protocol to generate global epigenomic profiles from low-abundance chicken embryonic samples.

Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) Protokoll für Low-Fülle embryonalen Proben

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a widely-used technique for mapping the localization of post-translationally modified histones, histone variants, ...

Forschung

Genetik

Analysis of Retinoic Acid-induced Neural Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells in Two and Three-dimensional Embryoid Bodies

Mouse embryonic stem cells (ESCs) isolated from the inner mass of the blastocyst (typically at day E3.5), can be used as in vitro model system for studying early embryonic development. In the absence of leukemia inhibitory factor (LIF), ESCs differentiate by default into neural precursor cells. They can be amassed into a three dimensional (3D) spherical aggregate termed embryoid body (EB) due to its similarity to the early stage embryo. EBs can be seeded on fibronectin-coated coverslips, where they expand by growing two dimensional (2D) extensions, or implanted in 3D collagen matrices where they continue growing as spheroids, and differentiate into the three germ layers: endodermal, mesodermal, and ectodermal. The 3D collagen culture mimics the in vivo environment more closely than the 2D EBs. The 2D EB culture facilitates analysis by immunofluorescence and immunoblotting to track differentiation. We have developed a two-step neural differentiation protocol. In the first step, EBs are generated by the hanging-drop technique, and, simultaneously, are induced to differentiate by exposure to retinoic acid (RA). In the second step, neural differentiation proceeds in a 2D or 3D format in the absence of RA.

We describe a technique for using murine embryonic stem cells for generating two or three dimensional embryoid bodies. We then explain how to induce neural differentiation of the embryoid body cells by retinoic acid, and how to analyze their state of differentiation by progenitor cell marker immunofluorescence and immunoblotting.

Analyse von Retinsäure-induzierte neuronale Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus in zwei und drei-dimensionale Embryoidkörpern

Mouse embryonic stem cells (ESCs) isolated from the inner mass of the blastocyst (typically at day E3.5), can be used as in vitro model system for ...

Entwicklungsbiologie

Direct Gene Knock-out of Axolotl Spinal Cord Neural Stem Cells via Electroporation of CAS9 Protein-gRNA Complexes

The axolotl has the unique ability to fully regenerate its spinal cord. This is largely due to the ependymal cells remaining as neural stem cells (NSCs) throughout life, which proliferate to reform the ependymal tube and differentiate into lost neurons after spinal cord injury. Deciphering how these NSCs retain pluripotency post-development and proliferate upon spinal cord injury to reform the exact pre-injury structure can provide valuable insight into how mammalian spinal cords may regenerate as well as potential treatment options. Performing gene knock-outs in specific subsets of NSCs within a restricted time period will allow study of the molecular mechanisms behind these regenerative processes, without being confounded by development perturbing effects. Described here is a method to perform gene knock-out in axolotl spinal cord NSCs using the CRISPR-Cas9 system. By injecting the CAS9-gRNA complex into the spinal cord central canal followed by electroporation, target genes are knocked out in NSCs within specific regions of the spinal cord at a desired timepoint, allowing for molecular studies of spinal cord NSCs during regeneration.

Presented here is a protocol to perform time- and space-restricted gene knock-out in axolotl spinal cords by injecting CAS9-gRNA complex into the spinal cord central canal followed by electroporation.

Direkter Gene Knock-out von Axolotl Spinal Cord Neural Stem Cells via Electroporation of CAS9 Protein-gRNA Complexes

The axolotl has the unique ability to fully regenerate its spinal cord. This is largely due to the ependymal cells remaining as neural stem cells (NSCs) ...

In ovo Electroporation of miRNA-based Plasmids in the Developing Neural Tube and Assessment of Phenotypes by DiI Injection in Open-book Preparations

Commissural dI1 neurons have been extensively studied to elucidate the mechanisms underlying axon guidance during development1,2. These neurons are located in the dorsal spinal cord and send their axons along stereotyped trajectories. Commissural axons initially project ventrally towards and then across the floorplate. After crossing the midline, these axons make a sharp rostral turn and project longitudinally towards the brain. Each of these steps is regulated by the coordinated activities of attractive and repulsive guidance cues. The correct interpretation of these cues is crucial to the guidance of axons along their demarcated pathway. Thus, the physiological contribution of a particular molecule to commissural axon guidance is ideally investigated in the context of the living embryo. Accordingly, gene knockdown in vivo must be precisely controlled in order to carefully distinguish axon guidance activities of genes that may play multiple roles during development.
Here, we describe a method to knockdown gene expression in the chicken neural tube in a cell type-specific, traceable manner. We use novel plasmid vectors3 harboring cell type-specific promoters/enhancers that drive the expression of a fluorescent protein marker, followed directly by a miR30-RNAi transcript4 (located within the 3'-UTR of the cDNA encoding the fluorescent protein) (Figure 1). When electroporated into the developing neural tube, these vectors elicit efficient downregulation of gene expression and express bright fluorescent marker proteins to enable direct tracing of the cells experiencing knockdown3. Mixing different RNAi vectors prior to electroporation allows the simultaneous knockdown of two or more genes in independent regions of the spinal cord. This permits complex cellular and molecular interactions to be examined during development, in a manner that is fast, simple, precise and inexpensive. In combination with DiI tracing of commissural axon trajectories in open-book preparations5, this method is a useful tool for in vivo studies of the cellular and molecular mechanisms of commissural axon growth and guidance. In principle, any promoter/enhancer could be used, potentially making the technique more widely applicable for in vivo studies of gene function during development6.
This video first demonstrates how to handle and window eggs, the injection of DNA plasmids into the neural tube and the electroporation procedure. To investigate commissural axon guidance, the spinal cord is removed from the embryo as an open-book preparation, fixed, and injected with DiI to enable axon pathways to be traced. The spinal cord is mounted between coverslips and visualized using confocal microscopy.

In ovo Electroporation of miRNA-based Plasmids in the Developing Neural Tube and Assessment of Phenotypes by DiI Injection in Open-book Preparations

A method by which gene expression in the neural tube can be downregulated in a cell type-specific, traceable manner is described. We demonstrate how in ovo electroporation of microRNA-based plasmids that elicit spatiotemporally controlled RNA interference can be used to investigate commissural axon guidance in the developing neural tube.

In ovo Elektroporation von miRNA-basierte Plasmide in der Entwicklung von Neuralrohr und Beurteilung der Phänotypen von DiI Injection in Open-book Vorbereitungen

Commissural dI1 neurons have been extensively studied to elucidate the mechanisms underlying axon guidance during development1,2. These neurons are ...

Neurowissenschaften

Electroporation of the Hindbrain to Trace Axonal Trajectories and Synaptic Targets in the Chick Embryo

Electroporation of the chick embryonic neural tube has many advantages such as being quick and efficient for the expression of foreign genes into neuronal cells. In this manuscript we provide a method that demonstrates uniquely how to electroporate DNA into the avian hindbrain at E2.75 in order to specifically label a subset of neuronal progenitors, and how to follow their axonal projections and synaptic targets at much advanced stages of development, up to E14.5. We have utilized novel genetic tools including specific enhancer elements, Cre/Lox - based plasmids and the PiggyBac-mediated DNA transposition system to drive GFP expression in a subtype of hindbrain cells (the dorsal most subgroup of interneurons, dA1). Axonal trajectories and targets of dA1 axons are followed at early and late embryonic stages at various brainstem regions. This strategy contributes advanced techniques for targeting cells of interest in the embryonic hindbrain and for tracing circuit formation at multiple stages of development.

How neuronal networks are established in the embryonic brain is a fundamental question in developmental neurobiology. Here we combined an electroporation technique with novel genetic tools, such as Cre/Lox&#x2013;plasmids and PiggyBac-mediated DNA transposition system in the avian hindbrain to label dorsal interneurons and track their axonal projections and synaptic targets at various developmental stages.

Elektroporation des Hinterhirn zu Axonal Trajectories und Synaptic Treffer in der Embryo-Küken Trace

Electroporation of  the chick embryonic neural tube has many advantages such as being quick and efficient  for the expression of foreign genes into ...

Deciphering Axonal Pathways of Genetically Defined Groups of Neurons in the Chick Neural Tube Utilizing in ovo Electroporation

Employment of enhancer elements to drive expression of reporter genes in neurons is a widely used paradigm for tracking axonal projection. For tracking axonal projection of spinal interneurons in vertebrates, germ line-targeted reporter genes yield bilaterally symmetric labeling. Therefore, it is hard to distinguish between the ipsi- and contra-laterally projecting axons. Unilateral electroporation into the chick neural tube provides a useful means to restrict expression of a reporter gene to one side of the central nervous system, and to follow axonal projection on both sides 1 ,2-5. This video demonstrates first how to handle the eggs prior to injection. At HH stage 18-20, DNA is injected into the sacral level of the neural tube, then tungsten electrodes are placed parallel to the embryo and short electrical pulses are administered with a pulse generator. The egg is sealed with tape and placed back into an incubator for further development. Three days later (E6) the spinal cord is removed as an open book preparation from embryo, fixed, and processed for whole mount antibody staining. The stained spinal cord is mounted on slide and visualized using confocal microscopy.

Deciphering Axonal Pathways of Genetically Defined Groups of Neurons in the Chick Neural Tube Utilizing in ovo Electroporation

This video demonstrates how to visualize axonal pathways of genetically defined groups of neurons in the embryonic chick spinal cord utilizing in ovo electroporation of reporter genes under the control of specific enhancer elements.

Die Entzifferung Axonal Pathways von genetisch definierte Gruppen von Neuronen in der Küken Neuralrohr Verwendung In ovo Elektroporation

Employment of enhancer elements to drive expression of reporter genes in neurons is a widely used paradigm for tracking axonal projection. For tracking ...

Biologie

Multiplexed Single Cell mRNA Sequencing Analysis of Mouse Embryonic Cells

Single cell mRNA sequencing has made significant progress in the last several years and has become an important tool in the field of developmental biology. It has been successfully used to identify rare cell populations, discover novel marker genes, and decode spatial and temporal developmental information. The single cell method has also evolved from the microfluidic based Fluidigm C1 technology to the droplet-based solutions in the last two to three years. Here we used the heart as an example to demonstrate how to profile the mouse embryonic tissue cells using the droplet based scRNA-Seq method. In addition, we have integrated two strategies into the workflow to profile multiple samples in a single experiment. Using one of the integrated methods, we have simultaneously profiled more than 9,000 cells from eight heart samples. These methods will be valuable to the developmental biology field by providing a cost-effective way to simultaneously profile single cells from different genetic backgrounds, developmental stages, or anatomical locations.

Here we presented a multiplexed single cell mRNA sequencing method to profile gene expression in mouse embryonic tissues. The droplet-based single cell mRNA sequencing (scRNA-Seq) method in combination with multiplexing strategies can profile single cells from multiple samples simultaneously, which significantly reduces reagent costs and minimizes experimental batch effects.

Multiplexed Single Cell mRNA Sequenzierungsanalyse von Mausembryonalzellen

Single cell mRNA sequencing has made significant progress in the last several years and has become an important tool in the field of developmental ...

Differentiation and Characterization of Neural Progenitors and Neurons from Mouse Embryonic Stem Cells

We describe the step-by-step procedure for culturing and differentiating mouse embryonic stem cells into neuronal lineages, followed by a series of assays to characterize the differentiated cells. The E14 mouse embryonic stem cells were used to form embryoid bodies through the hanging drop method, and then induced to differentiate into neural progenitor cells by retinoic acid, and finally differentiated into neurons. Quantitative&#160;reverse transcription&#160;polymerase chain reaction (RT-qPCR) and immunofluorescence experiments revealed that the neural progenitors and neurons exhibit corresponding markers (nestin for neural progenitors and neurofilament for neurons) at day 8 and 12 post-differentiation, respectively. Flow cytometry experiments on an E14 line expressing a Sox1 promoter-driven GFP reporter showed that about 60% of cells at day 8 are GFP positive, indicating the successful differentiation of neural progenitor cells at this stage. Finally, RNA-seq analysis was used to profile the global transcriptomic changes. These methods are useful for analyzing the involvement of specific genes and pathways in regulating the cell identity transition during neuronal differentiation.

We describe the procedure for the in vitro differentiation of mouse embryonic stem cells into neuronal cells using the hanging drop method. Furthermore, we perform a comprehensive phenotypic analysis through RT-qPCR, immunofluorescence, RNA-seq, and flow cytometry.

Differenzierung und Charakterisierung neuronaler Vorläufer und Neuronen aus embryonalen Stammzellen der Maus

We describe the step-by-step procedure for culturing and differentiating mouse embryonic stem cells into neuronal lineages, followed by a series of assays ...

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing (Frog) Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design efficient remedies for diseases. Technologies enabling accurate identification and quantification of diverse types and large numbers of proteins would provide still missing information on molecular mechanisms orchestrating tissue and organism development in space and time. Here, we present a mass spectrometry-based protocol that enables the measurement of thousands of proteins in identified cell lineages in Xenopus laevis (frog) embryos. The approach builds on reproducible cell-fate maps and established methods to identify, fluorescently label, track, and sample cells and their progeny (clones) from this model of vertebrate development. After collecting cellular contents using microsampling or isolating cells by dissection or fluorescence-activated cell sorting, proteins are extracted and processed for bottom-up proteomic analysis. Liquid chromatography and capillary electrophoresis are used to provide scalable separation for protein detection and quantification with high-resolution mass spectrometry (HRMS). Representative examples are provided for the proteomic characterization of neural-tissue fated cells. Cell-lineage-guided HRMS proteomics is adaptable to different tissues and organisms. It is sufficiently sensitive, specific, and quantitative to peer into the spatio-temporal dynamics of the proteome during vertebrate development.

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing Frog Embryo

Here we describe a mass spectrometry-based proteomic characterization of cell lineages with known tissue fates in the vertebrate Xenopus laevis embryo.

Zellliniengesteuerte Massenspektrometrie-Proteomik im sich entwickelnden (Frosch-)Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design ...

Chemie

Chromatin Immunoprecipitation Assay for Tissue-specific Genes using Early-stage Mouse Embryos

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a powerful tool to identify protein:chromatin interactions that occur in the context of living cells 1-3. This technique has been widely exploited in tissue culture cells, and to a lesser extent, in primary tissue. The application of ChIP to rodent embryonic tissue, especially at early times of development, is complicated by the limited amount of tissue and the heterogeneity of cell and tissue types in the embryo. Here we present a method to perform ChIP using a dissociated embryonic day 8.5 (E8.5) embryo. Sheared chromatin from a single E8.5 embryo can be divided into up to five aliquots, which allows the investigator sufficient material for controls and for investigation of specific protein:chromatin interactions.
We have utilized this technique to begin to document protein:chromatin interactions during the specification of tissue-specific gene expression programs. The heterogeneity of cell types in an embryo necessarily restricts the application of this technique because the result is the detection of protein:chromatin interactions without distinguishing whether the interactions occur in all, a subset of, or a single cell type(s). However, examination of tissue-specific genes during or following the onset of tissue-specific gene expression is feasible for two reasons. First, immunoprecipitation of tissue specific factors necessarily isolates chromatin from the cell type where the factor is expressed. Second, immunoprecipitation of coactivators and histones containing post-translational modifications that are associated with gene activation should only be found at genes and gene regulatory sequences in the cell type where the gene is being or has been activated. The technique should be applicable to the study of most tissue-specific gene activation events.
In the example described below, we utilized E8.5 and E9.5 mouse embryos to examine factor binding at a skeletal muscle specific gene promoter. Somites, which are the precursor tissues from which the skeletal muscles of the trunk and limbs will form, are present at E8.5-9.54,5. Myogenin is a regulatory factor required for skeletal muscle differentiation 6-9. The data demonstrate that myogenin is associated with its own promoter in E8.5 and E9.5 embryos. Because myogenin is only expressed in somites at this stage of development 6,10, the data indicate that myogenin interactions with its own promoter have already occurred in skeletal muscle precursor cells in E8.5 embryos.

We demonstrate a chromatin immunoprecipitation (ChIP) method to identify factor interactions at tissue-specific genes during or after the onset of tissue-specific gene expression in mouse embryonic tissue. This protocol should be widely applicable for the study of tissue-specific gene activation as it occurs during normal embryonic development.

Chromatin Immunopräzipitation-Assay für Tissue-spezifische Gene mit Frühzeitige muriner Embryonen

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a powerful tool to identify protein:chromatin interactions that occur in the context of living cells 1-3. This ...