zebrafish as a model system
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RNA or antisense oligos microinjection. Large clutches of embryos per mating, which are transparent throughout external development. In situ hybridization. Organogenesis advenced in 24h. Mutagenesis screeninig. Rapid development. Zebrafish as a model system. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Zebrafish as a model system
In situ hybridization
Large clutches of embryos per mating, which are transparent throughout external development
Organogenesis advenced in 24h
RNA or antisense oligos microinjection
Rapid development
Mutagenesis screeninig
Analisi dell’espressione e della funzione del gene
dinamina1 (dnm1) durante lo sviluppo embrionale di
zebrafish (Danio rerio)
• Processo cellulare che permette alle cellule di assumere molecole di diversa natura dall’ambiente esterno, mediante movimenti della membrana
• può essere costitutiva o regolata da stimoli esterni (ligandi, virus….)
• classificazione sulla base della dimensione delle vescicole endocitotiche, sulla natura delle molecole internalizzate (ligandi, recettori, lipidi) e sulle modalità di formazione delle vescicole
Endocitosi
Endocitosi mediata da clatrina
Modalità di trasporto
vescicolare implicata nella comunicazione
intercellulare, nel recupero dei
neurotrasmettitori a livello del
terminale pre-sinaptico,
nell’internalizzazione di recettori,
fattori di crescita, antigeni e nutrienti
Endocitosi mediata da clatrina
In Drosophila melanogaster sono stati isolati mutanti temperatura sensibili del gene dnm1. A temperature non permissive si ha un fenotipo paralitico a causa del mancato recupero di neurotrasmettitori
• Lo stimolo elettrico arriva al terminale sinaptico
• Influsso di Ca2+
• esocitosi
• endocitosi mediata da clatrina
Invertebrati
• Drosophila melanogaster (shibire)
• C. elegans (dyn1)
Vertebrati
• Mus musculus (dnm1, dnm2, dnm3)
• Rattus norvegicus (dnm1, dnm2, dnm3)
• Homo sapiens (dnm1, dnm2, dnm3)
La famiglia delle dinamine (dnm)
La famiglia delle dinamine (dnm)
STOP1114 bp
1188 bp
1532
ORF 3’UTR5’UTR
67 2661
Identificazione del gene dnm1 di zebrafish
h dnm1
• Screening di database di sequenze EST di zebrafish
• 5’ RACE
Abbiamo ottenuto un clone di circa 2700 bp codificante per una proteina di 843 aminoacidi che presenta un’identità dell’80% con la proteina umana DNM1.
hDNM1 hDNM2 hDNM3
zDNM1 87% 76% 78%
zDNM2a 77% 85% 78%
zDNM2b 75% 82% 77%
zDNM3 72% 74% 75%
Geni dnm di zebrafishGeni dnm di zebrafish
nucleo
proteina
mRNAAUG5’UTR 3’UTR
AAAA
50s
30s
Il termine '''espressione genica''' indica il processo attraverso cui l'informazione
contenuta in un gene viene convertita in una proteina
Il termine '''espressione genica''' indica il processo attraverso cui l'informazione
contenuta in un gene viene convertita in una proteina
AAAA
AAAA
AAAA
gene1
gene2
gene3
mRNA 1mRNA 2
mRNA 3
AAAA
AAAA
gene1
gene2
gene3
mRNA 1mRNA 2
Cellula muscolare
Cellula nervosa
Espressione genica
• L’espressione di un gene può essere costitutiva o regolata nello spazio e nel tempo
• Equivalenza nucleare: i nuclei di tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso contenuto in termini di geni
cDNA1 cDNA2 cDNA1 cDNA2
cDNA3
ESTRAZIONE DELL’mRNA
RETRO-
TRASCRIZIONE
PCR
RT-PCR
IBRIDAZIONE IN SITU
ANALISI FUNZIONALE
ANALISI FUNZIONALE PER PERDITA DI FUNZIONE
Si inietta uno specifico morfolino, un oligonucleotide antisenso che si appaia al trascritto del gene target bloccando la traduzione.
ANALISI FUNZIONALE PER GUADAGNO DI FUNZIONE
RNA sintetizzato in vitro sulla regione codificante del gene d’interesseAUG AA
ANALISI FUNZIONALE
pcs2+ vector
• si testano diverse concentrazioni di morfolino o di RNA• vengono coiniettati traccianti vitali o RNA codificante per la proteina GFP allo scopo di verificare l’avvenuta iniezione• la microinezione viene eseguita nel tuorlo di embrioni fino allo stadio di 4 blastomeri • controlli: -embrioni non iniettati
-per morfolino si può usare morfolino STANDARD CONTROL allo scopo di dimostrare che i fenotipi
osservati nei morfanti non siano dovuti alla microiniezione in sé.
Sinapsi neuromuscolare
SNC
somite somiteNT
SNC
somiteNT
Primary motor neuron axons CaP (pink), MiP (blue), and RoP (green) exit the spinal cord through the ventral root and extend along the common pathway to the choice point (asterisk) located at the horizontal myoseptum as shown in the left myotomal segment. At the choice point, axons pause and then proceed to innervate a cell-appropriate territory. At later time points, MiP retracts its ventral axon, the dorsal MiP and ventral CaP axons reach the edge of the myotome and turn laterally, and RoP elaborates an axonal arbor laterally near the horizontal myoseptum as shown in the right myotomal segment. Beginning ca. 5 h after primary motor axons pioneer the common pathway, secondary motor axons (dark blue) exit the spinal cord and extend into the periphery as shown in the right myotomal segment
(Panzer et al., 2005)
SNC
SNC
C
A) defects in the activity of neuromuscolar synapses
B) defects in the axons pathfinding
somite
somite
Motility defects
Muscular defects
C
2 mutants with defects in neuromuscular synaptogenesis
Touch response defects
Hp: the loss of function of zdnm1 could limit the formation or the activity of CNS synapses and neuromuscolar synapses.
1. mutants with defects in the function of synaptic proteins involved in the control of synapse activity (acetylcholinesterase, acetylcholine receptor....)
PSDPSD
ctrl
Lower Dnm1 protein level after zdnm1-MO microinjection could limit neurotransmitters uptake decreasing endocytosis at presynaptic level.
dnm1-MO
We are analysing by electron microscopy the central nervous system of morphants, focusing on the number of synapses and the ultrastructure of presynaptic terminal.
synapse activity
semi-thin sections
(24 hpf, 48 hpf, 63 hpf, 90 hpf)
thin sections
(24 hpf, 48 hpf, 63 hpf, 90 hpf)
histological and cytological
analysis of somite structure
mutants with defects in the function of synaptic proteins involved in the control of synapse activity (acetylcholinesterase, acetylcholine receptor....)
motility defects
Defects in myofibrils organisation
nerve input works to refine the parameters that determine functional specialisation of the muscle.
Hp: the loss of function of zdnm1, could cause an impairment of nerve input that affects the myofibrils organisation
conclusions
• zdnm1 presents a temporally and spatially regulated expression pattern during zebrafish central nervous system development.
• the effects of zdnm1 knock down on motility and myofibrils organization in somite cells strongly suggest an important role of zDnm1 in formation and activity of neuromuscular synapses and synapses in central nervous system.
(Berghmans et al., 2005)
(Berghmans et al., 2005)
(Berghmans et al., 2005)
muscle cells development
PCR
• Metodica messa a punto da Kary Mullis (premio Nobel per la chimica,1993)
• Permette di amplificare una SPECIFICA sequenza di DNA
• Primer: oligonucleotidi con polarità 5’-3’ che fiancheggiano la sequenza che si vuole amplificare. Servono da innesco per la reazione di polimerizzazione catalizzata dalla Taq polimerasi
• Taq polimerasi: DNA polimerasi resistente al calore
5’
3’5’ 5’
5’3’
3’
3’
PCR
RT-PCR
Retrotrascrizione