The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Hebrew was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
This article is a part of JoVE General. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Xu, X., Jin, T. Imaging G-protein Coupled Receptor (GPCR)-mediated Signaling Events that Control Chemotaxis of Dictyostelium Discoideum. J. Vis. Exp. (55), e3128, doi:10.3791/3128 (2011).
התאים האיקריוטים רבים ניתן לזהות הדרגתיים של אותות כימיים בסביבה שלהם ולהעביר בהתאם 1. הגירה זו תא מודרך הוא כאמור chemotaxis, שהוא חיוני עבור תאים שונים כדי לבצע את תפקידם כגון סחר של תאים חיסוניים דפוסים של תאים עצביים 2, 3. משפחה גדולה של חלבון ה-G-מצמידים קולטנים (GPCRs) מזהה פפטידים קטנים משתנה, המכונה chemokines, לכוון את נדידת תאים in vivo 4. המטרה הסופית של chemotaxis המחקר היא להבין כיצד החושים מכונות GPCR chemokine הדרגתיים בקרות אירועים איתות המובילים chemotaxis. לשם כך אנו משתמשים בטכניקות הדמיה לפקח, בזמן אמת, ריכוזי spatiotemporal התנועה, chemoattractants תא שיפוע של chemoattractant, בתיווך GPCR הפעלה של חלבון ה-G-heterotrimeric, ואירועים איתות תאיים המעורבים chemotaxis של התאים האיקריוטים 5-8 . האורגניזם אוקריוטים פשוטה, discoideum Dictyostelium, מציג התנהגויות chemotaxic הדומים לאלה של לויקוציטים, וד ' discoideum היא מערכת מודל מפתח לחקר chemotaxis האיקריוטים. כפי חופשית חיים אמבות, ד תאים discoideum לחלק במדיום עשיר. עם רעב, תאים להזין תוכנית התפתחותית שבה הם מצטברים דרך המחנה בתיווך chemotaxis כדי ליצור מבנים multicullular. רכיבים רבים מעורבים chemotaxis למחנה זוהו ד discoideum. הכריכה של המחנה GPCR (cAR1) גורמת ניתוק של heterotrimeric G-חלבונים לתוך Gγ ואת יחידות משנה Gβγ 7, 9, 10. יחידות משנה Gβγ להפעיל ראס, אשר בתורו מפעיל PI3K, המרת PIP 2 לתוך PIP 3 על קרום התא 11-13. PIP 3 לשמש אתרי קישור החלבונים עם הומולוגיה pleckstrin (PH) תחומים, ובכך לגייס אלו חלבונים בקרום 14, 15. ההפעלה של רצפטורים cAR1 שולט גם עמותות הממברנה של PTEN, אשר dephosphorylates PIP PIP 2 ל 3 16, 17. מנגנונים מולקולריים הם באבולוציה ב chemotaxis chemokine GPCR בתיווך של תאים אנושיים כגון נויטרופילים 18. אנו מציגים מהשיטות הבאות לחקר chemotaxis ד discoideum תאים. 1. הכנת התאים המרכיבים chemotactic. 2. Chemotaxis הדמיה של תאים מפל cAMP. 3. ניטור הפעלת GPCR המושרה של heterotrimeric G-חלבון בתאים חיים אחת. 4. הדמיה chemoattractant-PIP מופעלות דינמי 3 תגובות בתאים חיים יחיד בזמן אמת. שיטות שפותחו שלנו הדמיה ניתן ליישם מחקר chemotaxis של לויקוציטים אנושיים.
1. הכנת התאים המוסמכת chemotactic של discoideum Dictyostelium
2. הדמיה chemotaxing תאים צבע chemoattractant גלוי למניפולציה
3. תא נייח מערכת nonpolarized מקלה אירועים הדמיה איתות מעורבים במחנה שיפוע חישה
4. ניטור סימולטני heterotrimeric חלבון G הפעלה PIP 3 הייצור
5. נציג התוצאות:

איור 1: מערכת מודל מצוינת של ד discoideum עבור chemotaxis GPCR בתיווך. א Scheme מציגה מסלול איתות קצר של חישה כיוונית. שיפוע ב cAMP גורם chemotaxis המהירה של ד discoideum תאים. תאים להביע 3 PIP בדיקה, PH-GFP (ירוק). צבע (אדום) הוא מדמיין על ידי אלכסה 594. בר סולם = 50μm.

איור 2: Chemotaxis של תאים תחת שדות chemoattract גלוי למניפולציה. גרף א 'מציג מערכת יחסים בין ליניארי למחנה הריכוז והעוצמה של פלורסנט לצבוע אלקסה 594 על ידי שורה דילול של מחנה 2 מיקרומטר מעורבב עם 10 מיקרוגרם / מ"ל אלקסה 594. מדידה כמותית ב למחנה הריכוז של צבע על ידי הקשר הליניארי למחנה הריכוז והעוצמה של פלורסנט לצבוע אלקסה 594 א '

איור 3: תנועתיות התא הוא זוגיים עם הקיטוב תא חישה כיוונית. תמונה א 'מראה כי התאים ללא תנועה על ידי טיפול של פילמור אקטין מעכב Latrunculin B לשמור על יכולת חישה של כיווניות. תאים להביע 3 PIP בדיקה, PH-GFP (ירוק). צבע (אדום) הוא מדמיין על ידי אלכסה 594. B. למניפולציה גירויים תנועה cAMP מערכת התא מאפשר לענות על שאלות המפתח של חישה כיוונית. בר סולם = 10μm.

איור 4: מדידות מערכתית של קינטיקה של chemosensing רשת איתות בחשיפה שיפוע קבוע. א מונטאז' מראה PIP biphasic 3 הייצור (ירוק) של התא, אשר נחשף מפל cAMP יציב (אדום). B. תמונה המציגה את האזורים של אינטרסים (ROIs) למדידת קינטיקה של ייצור PIP 3 הציג ב C. C . קינטיקס oו 3 PIP ייצור התאים נחשפים שיפוע קבוע. ד Scheme מראה את רשת איתות של חישה כיוונית מן גירוי cAMP לייצור PIP 3. קינטיקה שלהם בחשיפה שיפוע קבוע מוצג הקווים באותו צבע מוצק E.

איור 5: ניטור סימולטני רב אירועים של רשתות איתות GPCR. תוכנית א 'מראה מדידה בו זמנית של הפעלת חלבון G heterotrimeric 3 הייצור PIP על ידי ניטור סריג שינוי טרנסלוקציה בממברנה של PIP3 בדיקה, PH-GFP בסול ותאי PH, בהתאמה. מונטאז' של תמונות ב קשת של G ו-PH מראה תאים כי גירוי cAMP אחיד מעורר הפעלת חלבון G מתמשך על התא הפריפריה, בעוד אשר מעורר ייצור חולף PIP3. נקודות הזמן הן לפני (0s) ואחרי גירוי עבור 4.9s, 10.2s ו 20.4s. ג קינטיקה של הפעלת חלבון G ו PIP3 הייצור על גירוי מחנה אחיד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
תהליכי להגיע לשלב המוסמכת chemotactic של תאים
עבור סוג ד בר תאים discoideum, זה לוקח בערך 5 ~ 6 שעות פועם פיתוח בטמפרטורת החדר כדי לגרום להם לשלב היטב chemotactic מוסמך שבמהלכו התאים להציג מורפולוגיה הסלולר מקוטב היטב נדידת תאים מהיר (איור 1). מספר גורמים, כמו מחנה ריכוז פועם, טמפרטורה, רקע גנטי שונה, עשוי להשפיע על תהליך ההגעה לשלב המוסמכת chemotactic. שיפוע מדריכים cAMP התאים לנוע לעבר מקור של המחנה, נדידת תאים ביים כאזור chemotaxis. עם זאת, תאים שלא הגיעו לשלב המוסמכת chemotactic עקב התפתחות לא מספקת או הרקע הגנטי שלהם לא יכול להראות שתי תכונות אופייניות: מורפולוגיה מקוטב ותנועה תאים מהירה. מצד שני, תאים שעברו את השלב המוסמכת chemotactic בגלל התפתחות יתר לעיתים קרובות בצורה גושים של התאים, אשר קשה מאוד להפריד לתוך תאים בודדים עבור ניסויים הדמיה ..
1. הדמיה chemotaxing תאים צבע chemoattractant גלוי למניפולציה
זהו מראש טכנית ליישם גירוי chemoattractant שכותרתו fluorescently ו למניפולציה לתוך מערכת ניסיונית. מבחינה היסטורית, היו לנו ליישם או גירוי להחיל homogenously (המכונה גם גירוי אחיד) או גירוי שיפוע לצפות מורפולוגיה תא והתנהגויות. עם זאת, גירוי "עיוורת" לא מראה שום מידע הקצב מרחבית על איך גירויים מגיע לתאים, ולכן מטיל ספק על כל התצפיות "נורמלי" של תגובות התא. כאן, אנו מראים יישום של צבע פלואורסצנטי (Alexa594, בדיקה מולקולרית) עם chemoattractant ליצור מערכת יחסים ליניארי בין ריכוז chemoattractant ועוצמת יום פלורסנט פיקוח (איור 2 א, ב). שילוב רכישה של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) ו פליטת אדום של צבע פלואורסצנטי (Alexa594) אשר מאפשר לנו לפקח גם גירויים ותגובות התא על גירוי זה (איור 2C).
על פי דרישת הניסוי, יש שילובים יותר זמין. בעוד בהתחשב צבע פלואורסצנטי חדש, חשוב לאשר פלורסנט מתאימה עבור הניסוי שלך, במיוחד עבור הניסוי שיפוע, חשוב לאשר את דיפוזיה שיתוף יעילות של גירויים שלך צבע פלואורסצנטי. כמו כן, על מנת לקבל יחס לינארי של ריכוז גירויים ועוצמת צבע ניאון מעורבת, יש צורך לרכוש את הריכוז המרבי של גירויים ללא הרוויה של אינטנסיביות.
2. תא נייח מערכת nonpolarized מאפשר הדמיה תא חי
Chemotaxis היא תהליך מסובך הסלולר, אולם זה יכול להיות גזור לשלושה היבטים בסיסיים: קיטוב תנועתיות הסלולר, חישה כיוונית. מורפולוגית, הקיטוב של נקרא מול מובילה ברורים ולסיים נגרר של תא. רכיבים איתות רבים מעורבים chemotaxis להתמקם fornt או בחזרה תאים מקוטב. כיוונית חישה היא היכולת של תא לתרגם הדרגתי לתוך תאי מקוטב קיטוב ביוכימי תאיים. כפי שמוצג באיור. 3A, הטיפול של תאים עם פילמור אקטין מעכב (Latrunculin B) במהירות מבטל תנועתיות התא ואת הקיטוב המקורי. באופן מפתיע, התאים עדיין יכולים להקים קיטוב תאיים, כגון הצטברות של PIP 3 בחלק הקדמי של התאים מול שיפוע (כפי שמוצג על ידי סהר PIP3biosensor, PH-GFP), המעידים כי חישה כיוונית של התאים יכולים להיות מנותקים קיטוב התא תנועתיות התא. מערכת זו לא מקוטב התא מאפשר לנו לקבוע את הקינטיקה של איתות רכיבים חיוניים chemosensing ללא סיבוך של תנועתיות התא ואת הקיטוב הקודם. בעד ונגד, טיפול מעכב פילמור אקטין מבטל את כל הדינמיקה התלויים על cytoskeleton-אקטין.
3. ניטור הרשת על ידי הדמיה איתות רב ספקטרלי תא חי
אירוסין של המחנה לקולטן שלו מעוררת הפעלה של חלבון G heterotrimeric. בתור לאחר מכן, Gβγ מנתק למקטע מתוך למקטע Gα ומפעיל effectors הזרם כדי לעורר תגובות התא כגון ייצור PIP3. ההתקדמות הטכנית על קצב ברזולוציה מרחבית של מיקרוסקופ פלואורסצנטי לאפשר הדמיה בו זמנית של מספר אירועים איתות ברמה subcellular בתאים חיים. בסעיף זה, אנחנו הראשונים מראים הדמיה סימולטני של שתי מולקולות איתות יחד עם שיפוע ניטור cAMP (איור 4 א). בשלב הבא, אנו מציגים דימות ספקטרלי של הפעלת G ותגובה במורד תא הייצור שלה PIP3 (איור 4 ב). פורסטרתהודה העברת אנרגיה (מקוצר סריג), הידוע גם העברת אנרגיה פלואורסצנטי תהודה, תהודה העברת אנרגיה (מיל) או העברת אנרגיה אלקטרונית (EET), הוא מנגנון המתאר העברת אנרגיה בין שתי chromophores. ישנם שלושה קריטריונים המופע של סריג: חפיפה של פליטת התורם עירור acceptor, אוריינטציה המתאים, מרחק קצר (<10 ננומטר). הדרישה מרחק / הכיוון של שתי מולקולות מקלה סריג להיות דרך יעילה לזהות חלבונים אינטראקציה או לשנות intromolecular הקונפורמציה של חלבון. הנה, השתמשנו הנפוצות CFP / YFP סריג זוג (Gα-CFP/Gβ-YFP) כדי לפקח על ניתוק דינמי של חלבון G α / βγ יחידות משנה בתאים חיים. בתור עיצוב ניסיוני חכם שתיארנו כאן הוא לערבב שני סוגים שונים של תאים על מנת לפקח בו זמנית הן הפעלת חלבון G ו PIP3 ייצור כשזה לא נוח למדוד את כל הדינמיקה בתא אחד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
עבודה זו נתמכת על ידי קרן עירונית מ NIAID, NIH.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| D3-T Growth Media | KD Medical | ||
| Caffeine | Sigma-Aldrich | ||
| Latrunculin B | Molecular Probes, Life Technologies | ||
| Alexa 594 | Molecular Probes, Life Technologies | ||
| cAMP | Sigma-Aldrich | ||
| ChronTrol XT programmable timer | ChronTrol Corp | ||
| Miniplus 3 peristaltic pump | Gilbson | ||
| Platform rotary shaker | |||
| FemtoJet microcapillary pressure supply | Eppendorf | ||
| Single- and four-well Lab-Tek II coverglass chambers | Nalge Nunc international | ||
| LSM 510 META or equivalent fluorescent microscope | Carl Zeiss, Inc. | a 40X 1.3 NA or 60X 1.4 NA oil DIC Plan-Neofluar objective lens | |
| Olympus X81 or equivalent | Olympus Corporation | Requires a 100X 1.47 NA TIRF objective lens |