• No results found

Gene Expression in Cbx1-/- and Cbx1+/+Mouse Brains and PlacentasLin Wang

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Gene Expression in Cbx1-/- and Cbx1+/+Mouse Brains and PlacentasLin Wang"

Copied!
24
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Gene Expression in Cbx1-/- and Cbx1+/+

Mouse Brains and Placentas

Lin Wang

Degree project inapplied biotechnology, Master ofScience (2years), 2009 Examensarbete itillämpad bioteknik 30 hp tillmasterexamen, 2009

Biology Education Centre and Sub-department ofDevelopment &Genetics, Uppsala University Supervisor: Reinald Fundele

(2)

List of abbreviation 

Actβ  actin, beta 

AD  Alzheimer's disease 

Anxa2  annexin A2 

Ascl2  achaete‐scute complex homolog 2 

B6  C57BL/6 

CAST  CAST/EiJ 

Cbx1/3/5  chromobox homolog 1/3/5 

CD  chromodomain 

Cdkn1c  cyclin‐dependent kinase inhibitor 1C 

CSD  chromoshadow domain 

EST  expressed sequence tag 

FTLD‐U  frontotemporal lobar degeneration with ubiquitinated inclusions 

H19  H19 fetal liver mRNA 

H3K9Me2/H3K9Me3 di‐ or trimethylated lysine 9 of histone H3  HMTase  histone methyltransferase 

HP1  heterochromatin protein‐1 

IC2  imprinting center 2 

Igf2  insulin‐like growth factor 2 

IHC  Immunohistochemistry 

Kcnq1ot1  KCNQ1 overlapping transcript 1 

LOI  loss‐of‐imprinting 

MGI  Mouse Genome Informatics 

M/M;C/M;M/C;S/M mating between female ×male mice (M stands for C57BL/6; C stands for  CAST/EiJ; S stands for M. spretus) 

MRC  Medical Research Council 

MSP  M. spretus 

Msuit  mouse specific ubiquitously imprinted transcript 1  NCBI  National Center for Biotechnology Information 

Nnat  Neuronatin 

Npc2  Niemann Pick type C2 

NTF3  neurotrophin 3 

Peg3  paternally expressed 3 

PEV  position‐effect variegation 

polyQ  poly‐glutamine 

Ptov1  prostate tumor over expressed gene 1  qRT‐PCR  quantitative real time PCR 

Rasgrf1  RAS protein‐specific guanine nucleotide‐releasing factor 1  RFLP  restriction fragment length polymorphism 

SNP  single‐nucleotide polymorphism 

Snrpn  small nuclear ribonucleoprotein N  Ube2K  ubiquitin‐conjugating enzyme E2K9  Usp29  ubiquitin specific peptidase 29 

(3)

Summary 

Heterochromatin  protein‐1  (HP1)  is  a  nonhistone  chromosomal  protein  that  enables  heterochromatin  formation  and  gene  silencing.  Additional  findings  increasingly  suggest  new  functionalities  of  HP1,  such  as  stabilization  of  telomeres  and  control  of  gene  expression,  and  others. However, the physiological function of HP1 remains unknown. A previous study, in which  our  laboratory  participated,  disrupted the  murine  Cbx1  gene,  which  encodes  the  HP1β  isotype,  and  showed  perinatal  lethality  of  newborn  mice.  This  is  most  probably  caused  by  abnormal  differentiation of the neuromuscular junctions in the diaphragm, which causes the newborn mice  to suffocate. In addition, defective development of the cerebral cortex was observed. In the brain,  microarray  hybridizations  were  performed  to  identify  genes  that  showed  altered  expression  without  HP1β;  interestingly,  a  significant  proportion  of  the  genes  found  with  differential  expression  in  Cbx1‐/‐  brains  are  associated  with  neurodegeneration.  Moreover,  since  HP1  is  capable of gene silencing, the former study in placenta focused on loss‐of‐imprinting (LOI) due to  homozygous  mutation  of  Cbx1.  The  genes,  Rasgrf1  (RAS  protein‐specific  guanine  nucleotide‐releasing factor 1) and Nnat (neuronatin), showed LOI in a litter mate Cbx1‐/‐ placenta,  not in liver and brain.   

This  study  was  carried  out  in  an  attempt  to  further  confirm  the  previous  discoveries.  qRT‐PCR  (quantitative real time PCR) and immunohistochemistry (IHC) were performed on Cbx1 wild‐type  and  mutant  mouse  brains  to  determine  the  neurodegeneration‐related  genes’  abnormal  expression levels. However, rather contradictory results were obtained, except for consistency of  two brain genes: Igf2 (insulin‐like growth factor 2) and Anax2 (annexin A2), which were observed  to  be  up‐regulated  in  Cbx1‐/‐  brains.  In  the  placenta,  Rasgrf1  and  Nnat  were  shown  to  be  expressed only in non‐maternal cells by IHC. LOI of Rasgrf1 was tested by RT‐PCR/RFLP (restriction  fragment length polymorphism) analyses, but surprisingly, no imprinting of Rasgrf1 was found in  the placenta. No RFLP was available for further LOI studies on Nnat.   

                     

(4)

Introduction 

Heterochromatin  protein‐1  (HP1)  obtained  its  name  because  of  its  association  with  heterochromatin  (James  and  Elgin,  1986),  the  condensed  state  of  chromatin  with  limited  transcription.  HP1  was  first  discovered  in  Drosophila  as  a  suppressor  of  the  silencing  effect  of  heterochromatin  in  position‐effect  variegation  (PEV)  (Eissenberg  et  al.,  1990),  which  is  a  variegation caused by the silencing of a gene when it is placed near or within heterochromatin. 

Since  this  first  observation  HP1  has  been  shown  to  function  in  heterochromatin  formation  and  gene silencing in many organisms (Fanti and Pimpinelli, 2008).   

Evolutionary conservation and gene organization 

Later studies showed that the HP1 family is highly evolutionarily conserved, and that it exists in  almost  all  eukaryotic  organisms  (Lomberk  et  al.,  2006).  The  conservation  of  HP1  function  has  been  shown  by  cross‐species  experiments:  HP1  gene  in  Schizosaccharomyces,  which  is  named  swi6, can be successfully replaced by murine HP1 (Wang et al., 2000); besides, human HP1 is able  to substitute for Drosophila HP1, rescuing homozygous mutants of Su(var)2‐5, the gene encoding  HP1 in Drosophila, from lethality (Norwood et al., 2004). In mammals there are three HP1 protein  isotypes, HP1α, HP1β and HP1γ, which are encoded by chromobox homolog 5 (Cbx5), Cbx1, and  Cbx3  respectively  (Jones  et  al.,  2000).  HP1α  and  HP1β  are  localized  mainly  in  heterochromatin,  while HP1γ is found in both heterochromatin and euchromatin (Minc et al., 2000). Although Cbx1,  Cbx3  and  Cbx5  encode  proteins  with  such  distinct  localization  patterns,  they are  approximately  65% identical (Vermaak et al., 2005). 

Structural features 

All  three  HP1  isotypes  consist  of  a  conserved  N‐terminal  chromodomain  (CD)  and  a  conserved  C‐terminal  chromoshadow  domain  (CSD),  connected  by  a  hinge  region  (Lomberk  et  al.,  2006). 

The  chromodomain  binds  to di‐  or  trimethylated  lysine  9  of  histone  H3  (H3K9Me2,  H3K9Me3)  (Lachner et al., 2001), the epigenetic marks for gene silencing. The  chromoshadow domain can  interact  with  proteins  containing  the  consensus  pentapeptide  PXVXL  (Thiru  et  al.,  2004).  The  linker  is  believed  to  affect  the  regulation  of  HP1  protein,  such  as  localization  and  interactions  (Lomberk  et  al.,  2006)  (Fig.  1).  Although  the  functions  are  different,  the  chromodomain  shares  identical  amino‐acid  with  the  chromoshadow  domain  (Cowieson  et  al.,  2000).  One  hypothesis  suggests that, based on the fact of high similarity between the two domains, HP1 encoding genes  could  have  arisen  from  a  duplication  of  one  of  these  domain  encoding  genes  (Lomberk  et  al.,  2006).   

 

Fig. 1 The conserved structure of HP1 proteins. Any HP1 isotype is made up of the chromodomain (CD)  at the N terminus (N) and the chromoshadow domain (CSD) at the C terminus (C) linked by the hinge  region. The functions of different domains are also indicated. 

(5)

Function 

A wide range of functions have been discovered for HP1. The most common function of HP1 is  heterochromatin  formation  and  gene  silencing.  As  mentioned  above,  this  activity  involves  interaction between the chromodomain and the histone modifications H3K9Me2 and H3K9Me3,  the  epigenetic  marks  for  gene  silencing  (Lachner  et  al.,  2001).  The  chromodomain  folds  into  a  globular conformation consisting of an antiparallel three‐stranded β sheet and an α helix in the  carboxy‐terminal segment (Ball et al., 1997). The hydrophobic groove formed on one side of the β  sheet provides the appropriate environment for the chromodomain to dock onto the methyl K9  histone H3 mark. In fact, it has been proposed  that,  expect  for  chromodomain,  chromoshadow  domain  of  HP1  also  participates  in  the  heterochromatin  binding  activity.  A  model  has  been  suggested  on  this  interaction,  with  an  involvement  of  the  specific  HP1‐interacting  histone  methyltransferase (HMTase). In this model, HMTase methylates H3K9, creating a binding site for  the chromodomain, while interacting with chromoshadow domain. In this way, heterochromatin  with a repressed gene activity is formed (Fanti and Pimpinelli, 2008).     

Apart from heterochromatin formation and gene silencing, HP1 has been identified with several  other  functions.  HP1  mutation  in  Drosophila  leads  to  multiple  fusions  of  telomeres,  causing  extensive  chromosome  breakages,  which  indicates  that  HP1  has  a  function  in  stabilization  of  telomeres  (Fanti  et al., 1998).  In mammals,  HP1  proteins  are  found  to  be  involved  in  recruiting  the  cohesion  complex  and  kinetochore  proteins,  the  proteins  necessary  for  chromosome  segregation  at  mitosis  (Zhang  et  al.,  2007).  Studies  show  that  HP1  participates  in  regulation  of  euchromatic gene expression, with a correlation with RNA (Piacentini et al., 2003; Brower‐Toland  et  al.,  2007). Besides,  one  recent  study  discovered  that  in  mammalian  cells  HP1β  is  involved  in  DNA damage repair together with casein kinase 2 (Ayoub et al., 2008).   

More  and  more  HP1  interacting  molecules  have  been  discovered  in  recent  years;  however,  the  precise functions of the three heterochromatin proteins in mammalian cells are not well known. 

HP1β, encoded by Cbx1, is the most studied out of these three proteins. 

Neurodegeneration 

A  previous  study  from  the  laboratory  has  shown  that  homozygosity  for  a  null  Cbx1  mutation  causes  perinatal  lethality  of  new  born  mice,  which  is  most  likely  due  to  deficient  formation  of  neuromuscular junctions (Aucott et al., 2008). Moreover, the Cbx1‐/‐ fetuses exhibited abnormal  cerebral  cortex  development,  associated  with  reduced  proliferation  of  neuronal  precursors,  widespread  cell  death  and  edema;  the  in  vitro  cultures  of  neuroshperes  from  Cbx1‐/‐  brains  indicate a severe genomic instability (Aucott et al., 2008). 

In order to identify genes with altered expression that might potentially be directly regulated by  binding  of  HP1β,  the  protein  encoded  by  Cbx1,  microarray  hybridizations  were  performed  on  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+  brains.  DNA  microarray  technique  is  largely  used  to  measure  changes  in  gene expression levels. It consists of a series of DNA probes which hybridize a cDNA sample each  so  as  to  quantify  the  expression  level;  probe‐target  hybridization  is  usually  quantified  by  detection of fluorescence signal; quantified signals are compared with each other to calculate the 

“fold  change”,  which  is  a  way  of  describing  how  much  larger  or  smaller  one  gene’s  expression  level  is  compared  with  another.  In  brain,  it  was  found  that  significant  numbers  of  genes  were  differentially  expressed  between  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+.  Interestingly,  a  significant  proportion  of 

(6)

the  differentially  expressed  brain  genes  are  associated  with  neurodegeneration,  such  as  Ube2K  (ubiquitin‐conjugating  enzyme  E2K9)  (de  Pril  et  al.,  2007)  and  Npc2  (Niemann  Pick  type  C2)  (Naureckiene et al., 2000) et al.. The abnormal histology of Cbx1‐/‐ mouse brains as well as the  findings  on  neurodegeneration  related  genes  that  showed  altered  expression  levels  in  Cbx1  mutant brains strongly suggested a function of HP1β in brain development. Attentions, therefore,  were attracted to reveal the role of HP1β in neurodegeneration.   

Loss‐of‐imprinting (LOI) 

Together  with  discovery  of  defective  development  of  the  brain  in  Cbx1‐/‐  mice,  unpublished  results  show  that  the  placenta  is  another  organ  that  exhibits  abnormal  development  in  the  absence of Cbx1 (Yu et al., unpublished). In the placenta, previous work focused on the study of  LOI  due  to  homozygous  mutation  of  Cbx1.  Imprinted  genes  are  epigenetically  marked  by  DNA  methylation  or  histone  modifications  and  are  normally  expressed  from  only  one  parental  allele  (Lewis  et  al.,  2004).  It  was  found that  imprinting  in  mouse  placenta  is  controlled  by  repressive  histone methylation rather than DNA methylation (Lewis et al., 2004). As HP1 proteins are able to  bind to the H3K9Me2 and H3K9Me3 so as to lead to gene silencing, the idea was to determine  whether loss of HP1β, leads to imprinting changes in the placenta.   

First,  6  imprinted  genes  mapping  to  distal  chromosome  7,  the  chromosomal  region  containing  the imprinting center 2(IC2) (Lewis et al., 2004), were analyzed in Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ placentas. 

For  these  genes,  Ascl2  (achaete‐scute  complex  homolog  2),  Cdkn1c  (cyclin‐dependent  kinase  inhibitor  1C),  H19  (H19  fetal  liver  mRNA),  Igf2  (insulin‐like  growth  factor  2),  Kcnq1ot1  (KCNQ1  overlapping  transcript  1),  and  Msuit  (mouse  specific  ubiquitously  imprinted  transcript  1),  no  evidence of LOI was found. After this several imprinted genes that do not map to distal 7, such as  Peg3  (paternally  expressed  3),  Usp29  (ubiquitin  specific  peptidase  29),  Snrpn  (small  nuclear  ribonucleoprotein  N),  Rasgrf1  (RAS  protein‐specific  guanine  nucleotide‐releasing  factor  1)  and  Nnat  (neuronatin),  were  analyzed  by  RT‐PCR/RFLP  (restriction  fragment  length  polymorphism). 

RFLP is a variation of DNA sequence that can be examined by digesting with restriction enzymes  and  analyzing  the  size  of  the  product  fragments  by  gel  electrophoresis.  It  was  found  that  only  Rasgrf1  (on  chromosome  9)  and  Nnat  (on  chromosome  2)  showed  LOI  due  to  loss  of  HP1β  specifically in placenta, but not in liver and brain.   

Aim 

The aim of this project was to confirm the discoveries from the former studies on the effect of  homozygous mutation of Cbx1 on mouse brain and placenta. In the brain, to verify the expression  levels  of  the  neurodegeneration  related  genes,  which  showed  abnormal  expression  in  the  previous study in Cbx1‐/‐ brains, techniques such as qRT‐PCR and IHC were used. In the placenta,  IHC  was  performed  to  first  reveal  the  expression  patterns  together  with  levels  of  Rasgrf1  and  Nnat  in  both  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  placentas,  and  RT‐PCR/RFLP  was  followed  aiming  to  confirm  LOI in Cbx1‐/‐ placentas.   

     

(7)

Results 

Mice analyzed 

For  neurodegeneration  study,  matings  between  Cbx1+/‐×Cbx1+/‐  mice  were  set  up  to  generate  Cbx1+/+ and Cbx1‐/‐ mice. PCR based genotyping was done to determine the genotype of each  embryo (Fig.2).   

 

Fig. 2: Genotype PCR on Cbx1. The PCR product of Cbx1 wild type allele is of  249 bp, while the disrupted Cbx1 allele is of 1.6 kb (Aucott et al. 2008). 

   

Table 1 shows the number of litters and the number of embryos whose genotypes were analyzed.   

Litter  Embryonic  day 

Embryo  number 

Dead  Cbx1+/+  Cbx1+/‐  Cbx1‐/‐ 

M/M 1  E18  11 

M/M 2  E18 

M/M 3  E18 

M/M 4  E18 

M/M 5  E16  12 

Table  1:  for  neurodegeneration  study,  12  Cbx1+/+  and  13  Cbx1‐/‐  embryos  from  5  litters  were  obtained.   

In  the  study  for  neurodegeneration,  two  pairs  of  embryo  brains  of  both  wild‐type  and  Cbx1  mutant at day E16 were analyzed by qPR‐PCR (Table 2). 

  Litter  Cbx1+/+ Cbx1‐/‐ 

qRT‐PCR done in this study  M/M 5 M/M 5.1 M/M 5.4 M/M 5.7 M/M 5.6

Table 2: qRT‐PCR data obtained from previous and current studies. Mice were generated by matings  between B6 female and male.   

For LOI study, matings and genotyping were done previously. Information written here serves as a  background for my study. Matings between Cbx1+/‐ mice and CAST were set up to generate mice  heterozygous for Rasgrf1CAST and Rasgrf1B6 (Yu, et al., unpublished). Table 3 shows the number of  litters and number of embryos whose genotypes were analyzed.   

   

(8)

Litter  Embryonic  day 

Embryo  number 

Dead  Cbx1+/+; 

Rasgrf1CAST Rasgrf1B6 

Cbx1+/‐; 

Rasgrf1CAST Rasgrf1B6 

Cbx1‐/‐; 

Rasgrf1CAST Rasgrf1B6 

C/M 1  E18 

M/C 1  E18  11 

M/C 2  E18 

C/M 2  E18 

M/C 3  E18 

C/M 3  E18 

C/M 4  E18 

M/C 4  E18 

C/M 5  E18 

Table 3: for LOI study, 2 Cbx1+/+; Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 and 3 Cbx1‐/‐; Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 embryos  together with placentas from 9 litters were obtained.   

The RT‐PCR/RFLP analyses for the LOI study were performed in this project using the two Cbx1+/+; 

Rasgrf1CAST/ Rasgrf1B6 and three Cbx1‐/‐; Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 placentas, as described in Table 2. 

For  both  neurodegeneration  and  LOI  studies,  genes’  expression  levels  as  well  as  expression  patterns  were  obtained  by  IHC.  IHC  was  done  on  brains  and  placentas  of  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐ 

fetuses  (Table  4).  Only  the  median  part  of  brains  and  placentas  at  day  E18  were  taken  for  analyses.   

  Litter  Cbx1+/+ Cbx1‐/‐ 

IHC on brain  M/M 1  M/M 1.6 M/M 1.2 IHC on placenta  M/M 1  M/M 1.1 M/M 1.2 Table 4: Mouse brains and placentas used for IHC. 

Neurodegeneration studies on Cbx1‐/‐ mouse brains 

A previous study had described perinatal lethality of Cbx1‐/‐ new‐born mice, which is likely due to  abnormal development of the brain; aberrant cerebral cortex development was found, associated  with reduced proliferation of neuronal precursors and widespread cell death and edema (Aucott  et  al.,  2008).  To  identify  the  alterations  in  gene  expression  that  underlie  and/or  accompany  abnormal cerebral cortex development in Cbx1‐/‐ brain, microarray hybridization was performed  on  brains  of  embryonic  day  E18  wild‐type  and  mutant  mice  using  the  OCI  15k and  7.4k  mouse  cDNA  microarrays  (http://www.microarrays.ca/products/types.html).  Those  double‐spotted  arrays contained 15,264 and 7,407 sequence‐verified, non‐redundant mouse expressed sequence  tag (ESTs) from the National Institute of Aging (http://lgsun.grc.nia.nih.gov/) resulting in a set of  approximately 22,600 ESTs. An EST is a short sub‐sequence from a cDNA sequence, which can be  used to identify gene transcripts. At a p value of < 0.001, 189 ESTs were identified that exhibited 

(9)

altered  expression  in  Cbx1‐/‐  as  compared  to  wild‐type  brains.  Database  searches  for  the  annotated  genes  showed  that  many  of  those  have  known  functions  in  brain  development  and  function and that a subset of those genes is involved in different  neurodegenerative  processes. 

Examples in this subgroup are shown in Table 5. 

Gene  Fold change value 

Ube2K  0.69 

Npc2  1.81 

Anxa2  2.41 

Igf2  5.08 

Ptov1  2.95 

NTF3  0.80 

Table 5: A previous study using microarray hybridization detected several neurodegeneration related  genes with altered expression levels in Cbx1‐/‐ mouse brains compared with Cbx1+/+ brains. 

UBE2K,  the  protein  product  of  Ube2K  (ubiquitin‐conjugating  enzyme  E2K9),  interacts  with  huntington protein (Mishra M. et al. 2007; de Pril et al., 2007). The protein is causally involved in  Huntington’s disease, which is a neurodegenerative disease caused by dominant mutations that  expand  the  number  of  glutamine  codons  within  an  existing  poly‐glutamine  (polyQ)  repeat  sequence  of  the  huntington  gene  (Hatters,  2008).  A  direct  link  to  neurodegeneration  has  also  been  shown  for  Npc2  (Niemann  Pick  type  C2),  the  gene  whose  mutation  causes  Niemann‐Pick  disease, type C2 (Naureckiene et al., 2000). This is an autosomal recessive lipid storage disorder  that affects the viscera and central nervous system. Neurodegeneration in NPC starts very early in  life and is fatal. For the other genes mentioned above, no such direct link to neurodegeneration  has  been  described,  however  their  functions  in  normal  and  diseased  brain  still  make  them  interesting. NTF3 (neurotrophin 3) is a member of the neurotrophic factor family, which regulates  survival and differentiation of mammalian neurons. NTFs are lacking in early stages of Alzheimer's  disease  (AD),  but  are  found  in  enhanced  concentrations  in  brains  with  severe  AD.  Intensive  research  mostly  in  rodents  has  recently  led  to  first  promising  clinical  trials  of  intracerebral  neurotrophin  application,  indicating  that  neurotrophins  will  be  part  of  new  pharmacological  strategies  concerning  AD  (Schulte‐Herbrüggen,  2008).  For  Igf2  (insulin‐like  growth  factor  2),  in  vitro neuroprotective function against the toxic activity of beta‐amyloid has been demonstrated  (Jarvis et al., 2007). To the best of my knowledge, no in vivo tests have shown a neuroprotective  function  of  Igf2.  Anxa2  (annexin  A2)  was  shown  to  be  highly  upregulated  in  a  specific  form  of  neurodegeneration,  frontotemporal  lobar  degeneration  with  ubiquitinated  inclusions  (FTLD‐U),  however,  its  function  is  at  present  not  clear  (Mishra  et  al.,  2007).  Ptov1  (prostate  tumor  over  expressed gene 1), which was identified being overexpressed in prostate cancer (Santamaría et al.,  2005),  was  selected  not  because  it  is  directly  involved  in  neurodegeneration,  but  because  its  translated protein, PTOV1 was found to interact with the lipid raft protein flotillin‐1, which was  discovered being involved in AD (Rajendran et al.,2007). 

In order to verify precise expression levels of genes of interest, qRT‐PCR was performed on Igf2,  Ptov1, Anxa2 and Npc2 using two pairs of Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ brains, E16 litter mate embryos. 

However, rather unexpected results were obtained. Generally the qRT‐PCR results showed smaller  fold change value of each tested gene between mutant and wild‐type, compared with what was  found  by  microarray  analyses.  Only  the  up‐regulation  of  Igf2  was  confirmed.  Anxa2,  which  had 

(10)

been  shown  to  be  enhanced  by  a  factor  of  2.41  in  the  microarray  hybridizations,  exhibited  no  change in the qRT‐PCR analyses. Ptov1, Npc2, which had shown to be up‐regulated by microarray,  were  found  to  be  down‐regulated  in  Cbx1‐/‐  brain  by  qRT‐PCR  (Fig.  3).  Thus,  the  previous  microarray results could not be verified by qRT‐PCR. 

 

Fig.  3:  qRT‐PCR  of  Igf2,  Ptov1,  Anxa2  and  Npc2 in the brain of two pairs of Cbx1+/+ 

and Cbx1‐/‐ E16 mouse embryos from one  litter. Expression levels were shown as fold  change,  that  is  the  relative  gene  expression  (%  of  Actβ)  in  Cbx1‐/‐  brain  divided by the relative gene expression (% 

of Actβ) in Cbx1+/+ brain. 

 

At the same time, it was decided to analyze the expression patterns on the protein level by an in  situ  technique,  IHC.  IHC  was  done  on  Ube2K,  Anxa2  and  NTF3,  with  both  E18  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+ mouse brains. As shown in Fig. 4A,B, the staining of Ube2K showed overall expression of  Ube2K  at day  E18  in  both  Cbx1  mutant  and  wild‐type  brains;  but  no  significant  difference  showing  altered  expression  of  Ube2K  was  observed.  For  Anxa2  (Fig.  4C‐H),  both  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+ brains at day E18 showed specific staining at stem brain, mid brain and vessel cells; after  the  same treatment, a  deeper  staining  of  Cbx1‐/‐  brain  was  observed,  which  indicates  a  higher  expression  level  of  Anxa2  in  brains  from  Cbx1  mutant  mice  than  in  Cbx1  wild‐type  mice.  As  to  NTF3 (Fig. 4I,J), an overall staining was observed from both Cbx1‐/‐ and wild‐type mouse brains,  showing  no  specific  differences  in  terms  of  expression  level  or  expression  pattern.  To  sum  up,  compared  with  previous  microarray  results,  a  higher  expression  level  of  Anxa2  in  the  Cbx1‐/‐ 

brain  was  confirmed  by  the  IHC  result;  however,  this  altered  expression  was  not  observed  by  qRT‐PCR  analyses.  The  down‐regulation  of  Ube2k  and  NTF3  as  found  by  microarray  analyses,  could not be confirmed by IHC results. However, during IHC processing, we noticed that the tissue  of Cbx1‐/‐ brains was very soft and in some cases of almost pasty consistence; the fragmentized  Cbx1‐/‐ brain tissue can be observed from all Cbx1‐/‐ brain slides. The aberrant histology of Cbx1  mutant mouse brain tissue reveals that the absence of Cbx1 leads to abnormal development of  brain.   

Cbx1+/+      Cbx1‐/‐

  

(11)

 

  Fig. 4: IHC on both Cbx1+/+ and Cbx1‐/‐ mouse brains at days E18 from mice M/M1.6 (Cbx1+/+) and  M/M1.2  (Cbx1‐/‐).  A,B:  staining  of  Ube2K  on  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  mouse  brains  showed  no  specific  difference.  C‐H:  Anxa2  was  shown  expressing  in  stem  brain,  mid  brain  and  vessel  cells(G,H)  in  both  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  mouse brains; the  staining  was generally  deeper  in  Cbx1‐/‐ brain  (arrows); E‐H  were  stained  by  hematoxylin  after  IHC.  I,J:  staining  of  NTF3  showed  no  specific  difference  between  Cbx1+/+ and Cbx1‐/‐ mouse brains. 

LOI studies 

A former study carried  out in the laboratory found LOI of  Rasgrf1 and Nnat  in  Cbx1‐/‐ placenta  (Fig. 8A). In my project, a new mouse strain derived from CSAT×B6 matings was used to verify the  LOI discovery.   

Anxa2 

(12)

First,  IHC  of  Rasgrf1  and  Nnat  was  decided  to  be  performed  on  both  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+ 

placentas. The reason was that, no previous studies have been done on the expression patterns  of Rasgrf1 and Nnat in placenta, so it would be rather interesting to see the localizations where  these  two  genes  are  expressed,  as  well  as  how  the  absence  of  HP1β,  affects  their  expression. 

Moreover,  since  the  placenta  of  eutherian  mammals  is  composed  of  both  maternal  cells  and  non‐maternal cells, which are called “zygote‐derived” (Georgiades et al., 2002), the genotypes of  maternal  cells  and  zygote‐derived  cells  could  be  different.  In  this  study,  all  the  female  mating  mice  were  of  Cbx1+/‐,  so  LOI  in  placenta  could  be  found  only  in  Cbx1‐/‐  zygote‐derived  cells. 

Therefore, the expression patterns of Rasgrf1 and Nnat in placenta, that is, if Rasgrf1 and Nnat  are  expressed  in  maternal  cells  or  not,  should  be  decided.  Here  it  should  be  noted  that,  “the  genotype of the placenta” refers to the genotype of zygote‐derived cells in this paper. 

IHC was performed to identify cells expressing Rasgrf1 and Nnat, using both Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ 

placentas  at  days  E18.  As  shown  in  Fig.  6A,B,  staining  of  Rasgrf1  can  be  observed  only  in  trophoblast cells in both Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ placentas. Being one kind of zygote‐derived cells,  trophoblast cells are the cells differentiating from the fertilized egg and forming the outer layer of  a  blastocyst,  which  provide  nutrients  to  the  embryo  (Fig.  5).  For  Nnat,  as  shown  in  Fig.  6C‐F,  staining  can  be  observed  from  spongiotropholast  and  chorionic  plate  of  both  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+ placentas. Spongiotrophobalst is of trophectodermal origin, belonging to zygote‐derived  cells, with the function to increase the surface area for exchange of nutrients, oxygen and waste  between the fetus and its mother (Rinkenberger and Werb, 2000). Chorionic plate is where the  placenta  bounds  on  its  fetal  aspect,  consisting  of  the  fused  amnion  and  chorion,  which  are  all  zygote‐derived  (Georgiades,  et  al.,  2002).  Beside  of  expression  patterns,  no  difference  of  expression  levels  of  Rasgrf1  and  Nnat  between  Cbx1‐/‐  and  Cbx1+/+  can  be  observed  from  IHC  tissue slides (Fig.6A‐F).   

 

  Fig.5 Placental development in the mouse. Early development of the mouse embryo from embryonic  day  (E)  3.5‐E12.5,  showing  the  origins  of  the  extra‐embryonic  lineages  and  the  components  of  the  placenta. ICM, inner cell mass. (After Rossant & Cross, 2001) 

       

(13)

Cbx1+/+      Cbx1‐/‐ 

 

Fig.  6:  IHC  on  both Cbx1+/+ and  Cbx1‐/‐  mouse  placentas  at  days  E18 mice M/M1.1  (Cbx1+/+)  and  M/M1.2  (Cbx1‐/‐). 

A,B:  IHC  of  Rasgrf1  on  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  mouse  placentas  both  showed  staining  of  trophoblast  cells (arrows). C‐F: 

staining  of  Nnat  showed  its  expression  in  spongiotropholas t(C, D arrows) and  chorionic  plate  (E,F  arrows)  in  both Cbx1+/+ and  Cbx1‐/‐  mouse  placentas. 

   

In order to study LOI using RFLP, cross matings between B6 and CAST were continuously set up so  as  to  generate  mice  with  heterozygouse  alleles  of  aiming  genes.  RFLP  was  found  for  Rasgrf1  between B6 and CAST but not for Nnat, so the further analyses on LOI only focused on Rasgrf1. 

Knowing  the  expression  pattern  of  Rasgrf1,  that  is,  Rasgrf1  is  only  expressing  in  zygote‐derived  cells,  RNA  and  DNA  were  extracted  from  half  of  the  complete  placentas,  with  Cbx1+/+; 

Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 and Cbx1‐/‐; Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 genotypes. Genotyping PCR was done to  select  the  placentas  of  the  right  genotypes,  among  the  pre‐selected  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  mice  (Fig. 7).   

   

(14)

Fig.7:    PCR based genotyping of Rasgrf1  (heterozygous  or  homozygous  Rasgrf1CAST  and  Rasgrf1B6).  Rasgrf1  lies  on  chrom  9.  at  50  cM,  while  the  polymorphic  microsatellites  used  for  genotyping  lies  on  chrom  9.  at  49  cM  (D9Mit291)  and  52  cM  (D9Mit35)  respectively.  Heterozygosity  of  both  D9Mit35  and  D9Mit291  PCR  products  was  considered  as  heterozygous  for  Rasgrf1;  conceptuses  heterozygous  for  either  D9Mit35  or  D9Mit291  but  homozygous  at  the  other  locus were not taken as the genotype of Rasgrf1 could not be decided. 

 

As mentioned above, the previous study found LOI for Rasgrf1 in placenta. Rasgrf1 gene has been  found  to  be  an  imprinted  gene  paternally  expressed  in  mice  (Plass  et  al.,  1996).  This  study,  however,  found  the  expression  of  Rasgrf1  from  both  alleles  (Rasgrf1CAST  and  Rasgrf1B6)  in  both  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  placentas.  As  shown  in  Fig.  8,  only  Rasgrf1B6 allele  could  be  digested  by  restriction  enzyme,  while  Rasgrf1CAST  could  not.  If  Rasgrf1  gene  is  imprinted  in  wild‐type  mice,  which means it is only expressing from the paternal allele, that is the Rasgrf1B6 allele in this case,  there should be only digested two bands showing on the gel; the un‐digested band from Cbx1+/+ 

indicates  an  expression  of  Rasgrf1  from  also  the  Rasgrf1CAST  allele,  that  is  the  maternal  allele,  which  should  not  express  if  Rasgrf1  is  imprinted  (Fig.  8).  Both  expression  from  Rasgrf1CAS  and  Rasgrf1B6  alleles  from  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  placentas  indicates  that  there  is  no  imprinting  of  Rasgrf1 in mouse placenta, which is a contradictory discovery from previous result. 

   

Fig.8: LOI studies in placentas. A: previous study  (Yu,  et  al.,  unpublished)  found  LOI  of  both  Rasgrf1  and  Nnat  in  Cbx1‐/‐  mouse  placenta. 

“+/+” is Cbx1+/+ and “‐/‐” is Cbx1‐/‐. For Rasgrf1,  both  maternal  allele  (B6)  and  paternal  allele  (MSP) were expressing in Cbx1 mutant placenta; 

for Nnat, a small amount of maternal expression  (MSP)  was  shown  in  Cbx1‐/‐  placenta.  While  in  this  study,  RT‐PCR/RFLP  analysis  showed  no  differential  LOI  between  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐ 

placentas  at  days  E18  (B  and  C).  B:  Rasgrf1B6  allele  was  digested  by  restriction  endonuclease  HYP8I  while  Rasgrf1CAST  was  not.  C:  In  both  Cbx1+/+ and Cbx1‐/‐ placentas, expression from  both  Rasgrf1CAST  and  Rasgrf1B6  were  found,  no  matter the paternal allele was from B6 or CAST. 

(15)

Discussion 

Neurodegeneration 

The results of qRT‐PCR and IHC analyses with genes of interest (Igf2, Ptov1, Anxa2, Npc2, Ube2K  and  NTF3)  on  both  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  brains  were  rather  contradictory  with  the  previous  results  from  microarray  analyses.  For  IHC  analyses,  only  Anxa2,  which  showed  up‐regulated  expression  level  in  Cbx1‐/‐  brain,  confirmed  the  microarray  result;  for  Ube2K  and  NTF3,  no  down‐regulation  in  Cbx1‐/‐  brains  can  be  observed  from  IHC  slides.  For  qRT‐PCR,  out  of  all  the  turbulence, only Igf2 remained up‐regulated. Anax2 showed  no  altered  expression,  while  Ptov1  and  Npc2  measured  to  be  down‐regulated  without  HP1β,  which  were  not  aligning  with  the  microarray results.   

One  reason  for  this  could  be  the  different  genotypes  of  the  mice  used  for  the  present  and  the  previous, microarray‐based study. The mice used in the first study were on a mixed background of  129/Sva and C57BL/6, as no attempt had been made to breed the Cbx1 mutation into an inbred  strain; in contrast to this, for the present study, the previously generated mice have been mated  into  B6,  which  means  the  off‐springs  keep  more  and  more  B6  background.  Identical  genotypes  can cause highly different phenotypes depending on strain background, as demonstrated in other  mouse models, such as the Min mouse (Dietrich et al., 1993; McCart et al.,2008) and others.   

However, although Anax2 was shown by qRT‐PCR to exhibit no real change in expression between  wild‐type and mutant brains, its up‐regulation in Cbx1‐/‐ brains was detected by both microarray  and  IHC.  In  fact,  during  processing  of  the  embryonic  brains  for  qRT‐PCR,  we  noticed  that  the  Cbx1‐/‐  brain  tissue  from  that  litter  was  generally  softer  and  more  fragile  than  Cbx1‐/‐  brains  before, which might be a biological variation. The Cbx1‐/‐ embryos  from  the last  litter used  for  qRT‐PCR  analyses,  although  have  the  same  genotype  with  other  Cbx1‐/‐  mice,  can  biologically  vary  in  terms  of  genes’  expression  due  to  different  reasons  at  development  stage;  one  such  example  is  the  different  sizes  and  weights  of  fetuses  with  the  same  genotype  from  one  litter. 

Therefore,  biological  variation  could  be  one  explanation  for  no  expressional  change  of  Anxa2  found by qRT‐PCR in Cbx1‐/‐ brains from this litter. 

On the other hand, considering the limited tests done, experimental error could be big. To reduce  the  chance  of  error,  microarray  should  be  repeated  to  select  genes  consistently  showing  abnormal expression in Cbx1‐/‐ brain, and more sets of animal should be analyzed by qRT‐PCR on  these selected genes. 

LOI 

As  mentioned  above,  a  previous  preliminary  study  carried  out  in  the  laboratory  showed  imprinting of Rasgrf1 in wild‐type placenta and LOI in a litter mate Cbx1‐/‐ placenta. Rasgrf1 was  found to be paternal‐specifically expressing in neonatal mouse brain, mouse heart and stomach,  but biallelically expressing in other tissues of lung, thymus, testis and ovary (Plass et al., 1996). 

Database searching has been done on the information of imprinting of Rasgrf1 in mouse placenta,  such  as  Mouse  Genome  Informatics  (MGI)  (http://www.informatics.jax.org/),  Medical  Research  Council  (MRC)  (http://www.har.mrc.ac.uk/index.html)  and  National  Center  for  Biotechnology  Information (NCBI) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), but no such evidence was recorded, so both  of  the  previous  discoveries  of  imprinting  and  LOI  of  Rasgrf1  were  very  interesting  findings.  But 

(16)

unexpectedly,  such  discoveries  could  not  be  verified  in  this  study.  It  might  be  due  to  technical  problems. To exclude such an assumption, imprinting of Rasgrf1 should be tested in brain again,  since  previously,  together with  the  finding  of  imprinting  in  placenta,  brain  was  the  other  organ  showed  imprinting  of  Rasgrf1.  If  imprinting  of  Rasgrf1  can  not  be  verified  in  brain,  very  likely  there should be technical problems, but, on the other hand, if imprinting in brain is found again,  there is a likelihood imprinting of Rasgrf1 does not exist in placenta. Moreover, imprinting, as an  epigenetic modification, can be species‐specific (Szabo and Mann, 1995). Since the mouse strain  previously used was generated from MSP and B6 cross matings, different from the mouse strain  used for this study, which is derived from CAST×B6 matings, so it could be a reason for different  imprinting manners detected of Rasgrf1.   

Besides,  from  the  IHC  stained  slides,  except  for  expression  patterns,  loss‐of‐HP1β’s  effect  on  Rasgrf1  and  Nnat’s  expression  levels  could  also  be  observed.  There  did  not  seem  to  be  altered  expression between Cbx1+/+ and Cbx1‐/‐ placentas for both Rasgrf1 and Nnat. It might indicate  that Cbx1 homozygous mutation does not affect the expression levels of Rasgrf1 and Nnat. But, if  needed in the future, a more precise technique, such as qRT‐PCR should be applied to study the  genes’ expression levels.   

                                   

(17)

Materials and Methods 

Generation of mice   

The Cbx1 gene was previously disrupted by inserting the TK‐Neo gene into a unique Smal site in  exon 4 of the Cbx1 gene (Aucott et al. 2008), originally in Sv but bred into C57BL/6 (B6), which is  derived  from  Mus  musculus  mouse  laboratory  strain.  Cbx1+/+  and  Cbx1‐/‐  mice  were  obtained  from  consistent  matings  between  Cbx1+/‐  mice.  For  the  study  on  LOI,  crossed  matings  were  performed  between  Cbx1+/‐  mice and  CAST/EiJ  (CAST),  which  is  the  strain  derived  from  the  mouse subspecies Mus musculus castaneus. The B6 strain was maintained at the Laboratory of  Dr. Prim Singh, Borstel, Germany. The CAST strain was purchased from Jackson Laboratories (Bar  Harbor,  ME).  qRT‐PCR  was  done  with  embryonic  day  16  (E16)  mouse  embryos.  All  the  other  studies were performed with embryonic day 18 (E18) mouse embryos, because Cbx1‐/‐ mice die  at birth or a few hours after (Aucott et al. 2008).   

DNA preparation and Genotyping   

DNA  preparation.  Genotyping was done  by PCR. Tail cuts  of  adult mice  and limb  samples  from  fetal mice were taken. Each tissue sample was put into 1.5 ml tube, and incubated at 50 °C for 10  hours in 14 μl 20 mg/ml proteinase‐K in 500 μl TNES buffer (containing 2.5 μl of 2 M Tris pH 8, 5  μl  of  0.5  M  EDTA  pH  8,  20  μl  of  5  M  NaCl,  20  μl  of  10%  SDS,  and  452.5  μl  MiliQ  water).  After  protein  digestion  with  proteinase‐K,  DNA  was  extracted  from  each  tissue  sample  using  phenol‐chloroform and precipitated with ethanol (Sambrook et al., 1989), and final concentration  was measured by NanoDrop® ND‐1000 spectrophotometer (NanoDrop Technologies, Inc.).   

 

Cbx1  genotyping.  Cbx1  genotyping  PCR  was  done  in  a  20  μl  reaction  volume,  which  contained  approximately 200 ng DNA template, 0.2 μl DreamTaq Polymerase (Fermentas), 2.5 μl 10×Buffer  (Fermentas),  0.5  μl  dNTPs,  0.5  μl  10  μM  forward  primer  and  0.5  μl  10  μM  reverse  primer,  and  MiliQ  water  to  a  final  volume  of  20  μl.  Forward  primer  sequence  was 

5’‐GTCAGGCCGAGGGTCACT‐3’,  and  reverse  primer  sequence  was 

5’‐ACAGTCAGAAAAGCCACGAGGC‐3’  (Aucott  et  al.  2008).  The  thermal  cycles  were  set  as: 

denaturation  at  95  °C  for  5  min,  35  cycles  of  94  °C  for  30  sec  (denaturation),  60  °C  for  30  s  (annealing),  72  °C  for  2  min  (extension),  final  extension  at  72  °C  for  5  min.  The  PCR  product  of  Cbx1 wild type allele is of 249 bp, while the disrupted Cbx1 allele is of 1.6 kb (Aucott et al. 2008).     

 

Rasgrf1  genotyping.  To  determine  the  genotype  of  Rasgrf1  (heterozygous  or  homozygous  Rasgrf1CAST  and  Rasgrf1B6),  which  lies  on  chrom  9.  at  50  cM,  genotyping  should  be  done. 

Polymorphic  microsatellite  sequences  were  used  to  differentiate  between  B6  and  CAST  alleles. 

One polymorphic microsatellite, D9Mit35, which lies on chrom. 9 at 52 cM and for which the B6  derived  allele  is  of  124  bp  as  compared  to  the  CAST  derived  allele  of  108  bp  was  picked.  The  other polymorphic microsatellite used was D9Mit291, lying on chrom. 9 at 49 cM and for which  the B6 derived allele is of 111 bp while CAST is of 89 bp. Rasgrf1 lies in between of D9Mit35 and  D9Mit291  on  chrom.  9.  Heterozygosity  of  both  D9Mit35  and  D9Mit291  PCR  products  was  considered as heterozygous for Rasgrf1 because the likelihood of double‐recombination within 3  cM, which results in homozygous Rasgrf1, is very small; equally, homozygosity of both D9Mit35  and D9Mit291 was considered as homozygous for Rasgrf1. The mice which showed homozygosity 

(18)

of either D9Mit35 or D9Mit291 were not taken because the chance of one recombination within  3 cM, which leads to heterozygous Rasgrf1, is still very small. For D9Mit35, the primer pair was: 

forward  5’‐CCAGCGCACTGTTCTGATAA‐3’,  reverse  5’‐AGGTGCCTTCTGCTTTGAAA‐3’ 

(http://www.informatics.jax.org/searches/probe.cgi?38747). For D9Mit291, the primer pair was: 

forward  5’  CATCCCCTTTTACTCTGAGTGG‐3’,  reverse  5’‐CTAGCCTAGCAGACTTGATGAGC‐3’ 

(http://www.informatics.jax.org/searches/probe.cgi?39685).  The  25  μl  PCR  reaction  system  contained  around  200  ng  DNA  template,  1.25  μl  RedTaq  Polymerase  (Sigma),  2.5  μl  10×Buffer  (Sigma),  0.5  μl  dNTPs,  1  μl  10  μM  primer  pair,  and  MiliQ  water  to  a  final  volume  of  25  μl.  The  thermal  cycles  were  set  as:  denaturation  at  94  °C  for  5  min,  35  cycles  of  94  °C  for  30  sec  (denaturation), 55 °C for 30 s (annealing), 72 °C for 30 s (extension), final extension at 72 °C for 7  min.  The  mice,  whose  both  PCR  products  showed  two  different  bands,  were  assumed  heterozygous for Rasgrf1CAST and Rasgrf1B6 and selected for LOI study. 

cDNA synthesis and qRT‐PCR analyses 

Total RNA from Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ E16 mouse sagittal half brains was obtained by treating the  brain  tissue  with  Trizol  (InvitrogenTM),  then  extracting  RNA  with  phenol‐chloroform  and  precipitating with ethanol (Sambrook et al., 1989). Each RNA sample was further DNase‐treated  with  RQ1  RNase‐free  DNase  (Promega)  and  purified  using  phenol‐chloroform  and  precipitated  with  ethanol  (Sambrook  et  al.,  1989).  RNA  quality  and  quantity  was  subsequently  assessed  by  NanoDrop®  ND‐1000  spectrophotometer  (NanoDrop  Technologies,  Inc.).  Reverse  transcription  was done with 1 μg total RNA from each sample in a 20 μl reaction system including 1 μl M‐MLV  reverse  transcriptase  (Promega),  4  μl  M‐MLV  reverse  transcriptase  buffer  5×  (Promega),  0.4  μl  RNase In. (Promega), 0.4 μl 100 mm DTT, 1 μl 10 mm dNTP, 1 μl random primer (Promega) and  the  rest  of  MiliQ  water.  The  cDNA  sequence  information  was  obtained  from  UCSC  Genome  Bioinformatics (http://genome.ucsc.edu/); the primers for qRT‐PCR were designed by Primer3Plus  (http://www.bioinformatics.nl/cgi‐bin/primer3plus/primer3plus.cgi)  and  synthesized  by  eurofins  (http://www.eurofinsdna.com). Detailed information of these primer pairs are provided in Table 6. 

Each  PCR  reaction  was  done  in  a  20  μl  volume.  The  reaction  mixture  comprised  2  μl  cDNA  template, 10 μl SYBR (Roche), 2 μl of each primer pair 5 μM and 6 μl water. The real time qRT‐PCR  was  performed  by  Rotor‐Gene  RG‐3000  qPCR  machine  (Techtum  Lab)  with  the  amplification  program as: denaturation step at 95 °C for 5 min, 35 cycles of 95 °C for 15 s (denaturation), 60 °C  for 30 s (annealing), 70 °C for 30 s (extension). Data were collected and analyzed by Rotor‐Gene  software (Techtum Lab). The 2−DDCT method was used with Actβ as the reference gene (Franch et  al.  2006;  Erkens  et  al.  2006),  to  determine  mean  fold  changes  in  gene  expression  between  Cbx1‐/‐ and Cbx1+/+ mouse brains. 

Gene  symbol 

Gene name  Forward  primer  sequence  (5’‐3’) 

Reverse  primer  sequence  (5’‐3’) 

Actβ  actin, beta  TGTTACCAACTGGGACGACA  GATCTGGCACCACACCTTCT  Igf2  insulin‐like  growth 

factor 2 

ACAGAGGGTGGTCAGCAAAT TGGAACATTGGACAGAAACTC

Ptov1  prostate  tumor  over  expressed gene 1 

GTGGCAGGAGAAGCGTAGAC GCTGAGAGTTTCGGAACAGG 

(19)

Anxa2  annexin A2  CACCAACTTCGATGCTGAGA  CAAAATCACCGTCTCCAGGT  Npc2  Niemann  Pick  type 

C2 

AGGTGAATGTGAGCCCATGT  AGGCTCAGGAATAGGGAAGG

Table 6: Primer pairs used for qRT‐PCR. 

RT‐PCR/RFLP analyses on Rasgrf1 

Total  RNA  from  half  placentas  of  E18  mouse  embryos,  with  Cbx1+/+;  Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6  and  Cbx1‐/‐; Rasgrf1CAST/Rasgrf1B6 genotypes was extracted with AllPrep DNA/RNA Mini Kit (QIAGEN)  according to the manufacturer’s instructions. Each RNA sample was further DNase‐treated with  RQ1  RNase‐free  DNase  (Promega)  and  purified  using  phenol‐chloroform  and  precipitated  with  ethanol  (Sambrook  et  al.,  1989).  RNA  quality  and  quantity  was  subsequently  assessed  by  NanoDrop®  ND‐1000  spectrophotometer  (NanoDrop  Technologies,  Inc.).  cDNA  was  reverse  transcribed by 1 μg total RNA from each sample using M‐MLV reverse transcriptase in the same  manner  as  described  above.  In  order  to  get  Rasgrf1  DNA  sequence  for  RFLP  analyses,  PCR  was  done.  Forward  primer  was  5’‐AGAACATCCGCAAAAACCTG‐3’,  and  reverse  primer  was  5’‐GATGTCAGGTCCATGCTG‐3’.  This  primer  pair  amplifies  a  446  bp  DNA  product.  All  the  information  of  Rasgrf1  cDNA  sequence  was  obtained  from  UCSC  Genome  Bioinformatics  (http://genome.ucsc.edu/);  the  primer  pair  for  PCR  were  designed  by  Primer3Plus  (http://www.bioinformatics.nl/cgi‐bin/primer3plus/primer3plus.cgi)  and  commercially  synthesized  by  eurofins  (http://www.eurofinsdna.com/).  PCR  was  done  with  a  50  μl  reaction  volume  using  HotStar  HiFidelity  Polymerase  Kit  (QIAGEN).  Each  reaction  system  contained  3  μl  reverse  transcripted  DNA  template,  10  μl  5×Buffer  containing  dNTPs,  5  μl  primer  pair,  1  μl  HotStar polymerase and 31 μl RNAse free water. The thermal cycles were set as: denaturation at  95 °C for 5 min, 35 cycles of 94 °C for 15 sec (denaturation), 56 °C for 30 s (annealing), 72 °C for 1  min  (extension),  final  extension  at  72  °C  for  10  min.  The  PCR  products  were  purified  using  phenol‐chloroform  and  precipitated  with  ethanol  (Sambrook  et  al.,  1989).  DNA  quality  and  quantity  was  subsequently  assessed  by  NanoDrop®  ND‐1000  spectrophotometer  (NanoDrop  Technologies,  Inc.).  Previous  found  of  the  SNP  (single‐nucleotide  polymorphism)  within  Rasgrf1  cDNA sequence between B6 and CAST mouse species is of a difference as “5’‐GTCCAC‐3’” in B6, 

“5’‐GTCCGC‐3’”  in  CAST.  Restriction  Endonuclease  HYP8I  (Fermentas)  recognizes  and  cuts  at 

“5’‐GTN^NAC‐3’” and “3’‐CAN^NTG‐5’”, which cuts B6 allele, so as to be able to analyze Rasgrf1’s  expression  pattern.  After  digestion,  the  446  bp  Rasgrf1  cDNA  product  from  B6  allele  should  be  cut into a 157 bp fragment and a 289 bp fragment, while the Rasgrf1 cDNA product from CAST  allele should remain 446 bp. The digestion was done at 37 °C for 60 min, with a 15 μl reaction  system containing 2 μl DNA sample (around  300ng), 1.5 μl Buffer, 1 μl HYP8I  and 10.5 μl  MiliQ  water. The digestion products were verified by electrophoresis in 1.5% agarose gel (InvitrogenTM). 

Immunohistochemistry   

Sagittal  half  brains  from  the  E18  mouse  embryos  and  half  placentas  were  fixed  in  4% 

formaldehyde in 1×PBS at 4 °C over night, and kept in 30% sucrose in 1×PBS at 4 °C over night. 

Fixed tissues were embedded in tissue‐tek (SAKURA) blocks on dry ice, and stored in ‐86 °C for  further  processing.  These  embedded  tissues  were  cryosectioned  at  18  μm  and  mounted  on  SuperFrost Plus slides (Thermo Scientific). Tissue slides were kept in Citrate Buffer (10 mM Citric  Acid, 0.05%  Tween  20, pH 6.0) at 80 °C for 10 min, rinsed  briefly with 1×PBS, and  incubated  in 

(20)

0.3% H2O2 in 1×PBS for 30 min, then rinsed with 1×PBS again. After the preparation, tissue slides  were  incubated  with  antibody  diluents(Dako)  for  30  min,  and  then  with  first  antibody  (Rabbit  polyclonal to Ube2K 1:50, Anax2 1:1000, NTF 3 1:200, Rasgrf1 1:50, Nnat 1:1000, purchased from  abcam)  in  room  temperature  for  60  min,  then  washed  with  0.1%  Triton  X‐100  in  1×PBS  three  times  for  30  min  each.  After  that,  tissue  slides  were  incubated  with  swine  anti‐rabbit  immunoglobulins/biotinylated  (1:200,    Dako)  in  room  temperature  for  60  min,  washed  with  0.1% Triton X‐100 in 1×PBS three times for 30 min each. Then tissue slides were incubated with  the streptavidin‐HRP conjugate (1:100, MicromaxTM) in room temperature for 60 min and washed  with  0.1%  Triton  X‐100  in  1×PBS  in  the  same  manner,  and  then  stained  with  DAB  peroxidase  substrate kit(Vector Laboratories, INC.) according to the manufacturer’s instructions for 6 to  10  min.   

Hematoxylin staining 

After IHC, slides were stained by hematoxylin. IHC stained slides were incubated in hematoxylin  for 30 s, washed by flowing fresh tap water for 1 min, and then washed by disdilled water briefly.       

Image acquisition and manipulation 

Images  (Fig.  4A‐J  and  Fig.  6A‐E)  were  captured  at  room  temperature,  by  ProgRes  C14  camera  (Jenoptik). The acquisition software used for all images was C14 acquisition software (Jenoptik). 

For  Fig.  4E‐H  and  Fig.  6A‐E,  a  Leica  MZ16  microscope  was  used,  and  for  Fig.  4A‐D,I,J,  a  Leica  DM2500  microscope  was  used.  The  pictures  were  assembled  using  Photoshop  7.0  (Adobe  Systems, Inc.) 

                             

References

Related documents

In addition, immune activation was associated with prominent changes in excitatory and inhibitory synaptic protein levels in the hippocampus before the onset of

A TMA was constructed compromising 940 tumor samples, of which 502 were metastatic lesions representing cancers from 18 different organs and four

(A) Tabulated summary of results regarding the putative SLCs obtained from mouse primary cortex cultures and fruit fly; displaying the presence of carbohydrate sensing motifs

Keywords: Aging, protein damage, segregation, transcriptional silencing, rDNA, UBP3, SIR2, protein

Furthermore, in virgin and young cells lacking UBP3, aggregated proteins accumulated prematurely at a juxta- nuclear position whereas wild-type cells showed no indication of

Within each time step (sequencing cycle) the color channels representing A, C, G, and T were affinely registered to the general stain of that same time step, using Iterative

Key words: Eosinophils, Neutrophils, Monocytes, Macrophages, mRNA, eosinophil cationic protein, DNA, polymorphism, Hodgkin Lymphoma, asthma, allergy... “..to boldly go there no one

As shown, a good correlation can be observed across all the genes in each of the tissues and cells suggesting that the RNA levels can be used to predict the corresponding protein