Time-course high-throughput assays of gene expression and enhancer usage in zebrafish provide a valuable characterization of the dynamic mechanisms governing gene regulatory programs during CNS axon regeneration. To facilitate the exploration and functional interpretation of a set of fully-processed data on regeneration-associated temporal transcription networks, we have created an interactive web application called Regeneration Rosetta . Using either built-in or user-provided lists of genes in one of dozens of supported organisms, our web application facilitates the (1) visualization of clustered temporal expression trends; (2) identification of proximal and distal regions of accessible chromatin to expedite downstream motif analysis; and (3) description of enriched functional gene ontology categories. By enabling a straightforward interrogation of these rich data without extensive bioinformatic expertise, Regeneration Rosetta is broadly useful for both a deep investigation of time-dependent regulation during regeneration in zebrafish and hypothesis generation in other organisms.

In contrast to mammals, adult fish display a remarkable ability to fully regenerate central nervous system (CNS) axons, enabling functional recovery from CNS injury. Both fish and mammals normally undergo a developmental downregulation of axon growth activity as neurons mature. Fish are able to undergo damage-induced 'reprogramming' through re-expression of genes necessary for axon growth and guidance, however, the gene regulatory mechanisms remain unknown. Here we present the first comprehensive analysis of gene regulatory reprogramming in zebrafish retinal ganglion cells at specific time points along the axon regeneration continuum from early growth to target reinnervation. Our analyses reveal a regeneration program characterized by sequential activation of stage-specific pathways, regulated by a temporally changing cast of transcription factors that bind to stably accessible DNA regulatory regions. Strikingly, we also find a discrete set of regulatory regions that change in accessibility, consistent with higher-order changes in chromatin organization that mark (1) the beginning of regenerative axon growth in the optic nerve, and (2) the re-establishment of synaptic connections in the brain. Together, these data provide valuable insight into the regulatory logic driving successful vertebrate CNS axon regeneration, revealing key gene regulatory candidates for therapeutic development.

Dynamic interactions between transcription factors govern changes in gene expression that mediate changes in cell state accompanying injury response and regeneration. Transcription factors frequently function as obligate dimers whose activity is often modulated by post-translational modifications. These critical and often transient interactions are not easily detected by traditional methods to investigate protein-protein interactions. This chapter discusses the design and validation of a fusion protein involving a transcription factor tethered to a proximity labeling ligase, APEX2. In this technique, proteins are biotinylated within a small radius of the transcription factor of interest, regardless of time of interaction. Here we discuss the validations required to ensure proper functioning of the transcription factor proximity labeling tool and the sample preparation of biotinylated proteins for mass spectrometry analysis of putative protein interactors.