小鼠模型的验证扰乱LINC配合物在细胞特异性的方式

Summary

核包膜蛋白在许多基本生物过程中起着核心作用，并与多种人类疾病有关。 该协议描述了一种新的基于 Cre/Lox 的小鼠模型，该模型允许对 LINC 复合物破坏进行时空控制。

Abstract

发育中组织和成体组织中的核迁移和锚定在很大程度上依赖于称为核骨架和细胞骨架 LInkers（LINC 复合物）的大大分子蛋白质组装体。 这些蛋白质支架跨越核膜，将细胞核内部与周围细胞质细胞骨架的组成部分连接起来。 LINC 复合物由两个进化上保守的蛋白质家族 Sun 蛋白和 Nesprins 组成，它们分别含有称为 SUN 和 KASH 结构域的 C 端分子特征基序。 Sun 蛋白是内核膜的跨膜蛋白，其 N 端核质结构域与核层相互作用，而它们的 C 端 SUN 结构域突出到核周间隙并与 Nesprins 的 KASH 结构域相互作用。 经典 Nesprin 亚型具有大小可变的 N 端，该 N 端投射到细胞质中并与细胞骨架的成分相互作用。 该方案描述了显性阴性转基因小鼠策略的验证，该策略以细胞类型特异性方式破坏内源性 SUN/KASH 相互作用。 我们的方法基于 Cre/Lox 系统，该系统绕过了许多缺点，例如围产期致死率和与 LINC 复合体失活的种系模型相关的细胞非自主表型。 因此，该模型提供了一个有用的工具来了解 LINC 复合物在各种组织中的发育和稳态过程中的作用。

Introduction

核信封（NE）分隔细胞质核质。它是由内和外核膜（INM和ONM，分别）连接在核孔。由两种膜划定的管腔被称为核周腔（PNS）。所述ONM是粗面内质网（ER）的延伸，并且INM粘附到核层，核型-V的中间体长丝的小梁由A-和B-型表示核纤层蛋白^1,2-。的核骨架，骨架（LINC）配合的接头是跨越整个核膜物理细胞核的内部连接到细胞骨架细丝和分子马达（图1A）的大分子装配体。它们由进化上高度保守性表征的网元积分跨膜蛋白的两个家庭之间的相互作用的:太阳（Sad1在每个/ Unc84）的蛋白质和Nesprins（核膜SPectRINS）。在哺乳动物中，SUN1和SUN2芳在INM，其N端核质区域直接与A-和B型的核纤层蛋白^3-5交互电子跨膜蛋白。在INM的另一边，PNS内，孙海港蛋白质进化保守舒展〜150℃末端氨基酸称为孙域。孙域直接交互与进化保守KASH（Klarsicht / ANC-1，地久天长同源）域，Nesprins的分子信号。 KASH域由一个伸展的30〜C末端氨基酸突入PNS后跟一个跨膜结构域⁶的。至少有四个不同的Nesprin基因（Nesprin1-4）编码KASH-包含定位于东北⁷蛋白质。 Nesprins，其大小各不相同的50kDa〜（Nesprin4）的一个惊人1000 kDa的（Nesprin1巨型）胞质区，包含多个血影重复以及特定的图案使它们的相互作用与细胞骨架组分如肌动蛋白，网蛋白和分子马达^{8- 13。}

研究脊椎动物和无脊椎动物表明，核纤层蛋白/阳光/ Nesprin /分子马达构成一个进化上保守的"轴"控制核迁移和锚地。几个敲除（KO）小鼠的LINC复杂的组件的模型已经描述并均有助于提供一个框架哺乳动物发育^9,14,15期间理解Sun和Nesprin蛋白质在网元的角色。然而，这些模型本几个显著缺陷，最明显的是:1）难以在解释由于细胞中区分的表型贡献非自主的效果，2）表型困难KASH含与KASH少Nesprin异构体^16，3）的Sun和Nesprin蛋白在多种细胞类型的网元功能冗余需要复杂的育种方案来灭活所有SUN-KASH相互作用小鼠¹⁷只小鼠中4）围产期杀伤力不足两个的KASH结构域Nesprins1和2排除成人的分析表型^18。

这个协议描述了一种新的小鼠模型旨在破坏体内所有SUN-KASH相互作用，在一个细胞中自主和发育调节的方式，从而绕过许多上面列出的缺点。此酶Cre /液氧系小鼠模型依赖于两个重要的概念:1）任何已知Nesprin蛋白的KASH域足以靶向EGFP到在细胞培养系统中的网元，2），SUN域相互作用混乱与KASH域，从而过度任何KASH结构域将饱和所有的内源性SUN结构域和灭活LINC配合的显性负方式^17（ 图1B）。本协议描述的组织采伐和用于确认在小脑浦肯野细胞都SUN-KASH相互作用的中断处理步骤。

Protocol

伦理声明:涉及动物个体程序批准的机构动物护理和使用委员会（IACUC）在圣路易斯华盛顿大学。

1.鼠标育种和基因分型

1. 养殖的Tg（CAG-的LacZ / EGFP-KASH2）小鼠的Tg（PCP2-CRE）小鼠产生的^Tg（PCP2Cre CAG-EGFP / ^{KASH2）19,20。}注:虽然该协议的剩余部分的重点是使用的Tg（PCP2-CRE）鼠标线的小脑内限制EGFP-KASH2表达浦肯野细胞，类似的程序可以遵循与任何其他的Tg（CRE）鼠标（ 图2A）。
2. 进行基因分型，以确定幼仔窝藏两个绿色荧光蛋白和酶Cre转基因如前所述^19。

2.准备材料，进行解剖和组织收集

1. 制备100ml的PBS 30％蔗糖（30克蔗糖/ 100 ml的1×PBS中），并存储在-20℃。组织小时一天arvesting，解冻和负载的蔗糖溶液〜30〜35毫升到35毫升的注射器穿心灌注。
2. 准备40个ml的4％PFA的PBS中（10 ml的16％多聚甲醛和30ml PBS）中。负载毫升4％〜30-35的PFA入35毫升注射器穿心灌注。
3. 用10ml的PBS用于组织解剖填有10厘米组织培养板。
4. 准备一个氯胺酮/甲苯​​噻嗪鸡尾酒组成的16毫克/毫升氯胺酮和3毫克/毫升甲苯噻嗪。
5. 制备70％的乙醇对解剖的溶液。

3.解剖和组织收集

1. 使用1ml注射器，注射500微升每25克体重的氯胺酮/甲苯​​噻嗪鸡尾酒和等待〜15分钟。或者，使用另一种机构上核准镇静方法适合于感兴趣的生物系统。
2. 镇静后，轻轻捏后爪以确认没有疼痛反应，PIN所有爪子上的泡沫塑料托盘的背侧鼠标朝下。
3. 喷用70％乙醇的腹部和做一个切口从下腹部到肋笼的顶部，以获得对心脏。
4. 做一个小切口心脏的右心房，插入包含30％的蔗糖溶液进入心脏的左心室注射器。
5. 灌注溶液在〜2-5毫升每分钟的速率。当空，取下注射器重复使用4％PFA解决方案。
6. 从泡沫塑料托盘取消固定鼠标和斩首访问大脑。
7. 除去使用镊子和剪刀围绕动物的头在皮肤上。戳一个洞的头骨用针后部并小心地用剪刀和镊子解剖取出头骨。
8. 一旦脑显然访问，使用镊子除去小脑，并将其放置于PBS中。平分在矢状平面小脑用手术刀和转移到30％蔗糖溶液，在4℃下过夜。注意:要预习是石蜡切片，在4％PFA固定过夜小脑在4℃下之前组织包埋和切片。

4，组织处理和剖分

1. 制备干冰和2-甲基丁烷的浆料。允许浴的温度下平衡5分钟。
2. 填充OCT化合物中一个cryomold并将一半两段式小脑到模具中。
3. 使用解剖显微镜和一对钳子的位置，使得对分面（靠近小脑的中线）朝上小脑。
4. 所述cryomold转移到干冰浆液5分钟直至在OCT化合物已形成周围组织标本的固体白色基质。注意:将冷冻的样品现在可以储存在-20℃下，如果需要的。
5. 标签预先处理的聚赖氨酸的幻灯片，收集组织切片，并准备低温恒温器根据制造商的说明，以收集所述蜡膜的15微米的部分战争权。收集的部分中，小心地接触与滑动的多聚赖氨酸涂覆侧在OCT部分。为了保持部的方向，不旋转在该步骤中的幻灯片。
6. 储存组织切片在-20°C，直到继续进行染色和成像。

5.染色和小脑部分的成像

1. 准备前的组织染色以下解决方案:
   约50毫升的PBS
   〜5-10毫升4％PFA的PBS
   〜〜20毫升的0.5％的Triton X-100，10％驴血清的PBS
2. 解冻小脑部分。重要的是，最大限度地减少他们接触到的连续和强烈的光线任何源头上防止EGFP的衰落。
3. 使用疏水屏障用笔，画周围的组织切片的矩形。
4. 后固定，用4％PFA的章节5分钟。使用足够的液体以覆盖由疏水性屏障（通常〜500微升）划定的整个区域。使用吸尘器或吸管，再移动固定剂是特别小心，不要打扰组织切片。
5. 用移液管，轻轻地在幻灯片上应用的PBS，而不会干扰组织切片。 5分钟后，使用真空或吸液管小心地取出液体。重复PBS中总共三次冲洗。
6. 使用移液管小心应用适当稀释的初级抗体（3微升钙结合蛋白和/或抗体Nesprin2每900微升溶液）在0.5％的Triton X-100，10％驴在PBS血清。孵育一小时，在室温下在黑暗中。
   注意:EGFP-KASH2将通过对冷冻切片直接荧光显微镜可见的，这是没有必要利用抗EGFP抗体。然而，如果石蜡切片已经制备，EGFP-KASH2的成像需要免疫检测用抗EGFP抗体。
7. 除去抗体溶液和冲洗用PBS三次。
8. 制备1:1000稀释的Alexa-氟二次抗体在0.5％的Triton X-100，在PBS 10％驴血清并储存在黑暗中。
9. 轻轻地取出最终的PBS漂洗，并应用二抗稀释于暗处一小时。
10. 拆下二次抗体溶液，冲洗，洗节三次。如果需要的话，应用核染色剂，如DAPI（〜300nm的），在第一PBS涂布期间。
11. 从周围组织和地方〜5-7微升安装媒体上的组织切片完全除去PBS溶液。放置一个玻璃盖玻片上的组织切片的顶部并预留在室温下在黑暗中〜15-30分钟。
12. 使用配备有适当的过滤器在荧光显微镜可视化EGFP和适合于在步骤5.8 / 5.9中使用的第二抗体的任何其它波长。在小脑切片，用20倍的目标，查看EGFP-KASH2核边缘。

Results

此协议说明的Tg（CAG-的LacZ / EGFP-KASH2）小鼠模型的有效性，以限制EGFP-KASH2表达使用的Tg（PCP2-CRE）小鼠小脑浦肯野细胞。在的^Tg（PCP2Cre CAG-EGFP / KASH2）的后代，所述的LacZ / V5开放读框是通过Cre重组酶从而导致EGFP-KASH2的专门针对浦肯野细胞（图2A）的表达切下的P6。正如所料，EGFP-KASH2靶向核膜通过围绕原子核（图2B）观察到的绿色荧光蛋白阳性的缘状图案所指示的。为了最大限度地提高任何生理学表型，以确保通过计算EGFP-KASH2阳性细胞被共染色的细胞特异性抗体标记物的百分比EGFP-KASH2表达于大多数靶细胞是重要的。在这个例子中，EGFP-KASH2表达钙结合蛋白阳性浦肯野细胞（图2B）的70％以上进行检测。在这些康迪系统蒸发散，我们没有观察到10月龄的^Tg（PCP2Cre CAG-EGFP / KASH2）小鼠²⁰任显著组织学或行为表型。确保任何形态或行为表型不是由于E...

Discussion

最关键的步骤，以成功地研究LINC配合物在体内使用的Tg（CAG-LacZ的/ EGFP-KASH2）模型是确定一个合适的Cre小鼠路线的作用。实际上，如果是的Cre活性在其他细胞类型参与类似的途径，它可以复杂化结果的解释。因此，为了检查附近小区是重要的，如在小脑（图2B）的分子和颗粒细胞层中所示此处。同样，为了最大限度地提高任何生理相关表型它以识别的Cre应变横跨感兴趣的细胞类型的广泛的Cre表达是重要的。同样重要的是关注系统的开发过程中进行了深入的刻画LINC成分复杂的表达模式。的确，Tg的（CAG-LacZ的/ EGFP-KASH2）小鼠模型中的一个缺点是，它不提供任何信息，其中太阳蛋白质或Nesprins变体都参与了生物系统到u考虑升气管。但是，这个问题可以通过采取严格的表征在转录和蛋白水平来克服。事实上，这样的研究已经进行了多次导致有关具体LINC复杂组件的作用的重要发现中枢神经系统发育期间和动态平衡^21,22。

最后，虽然这种协议被集中在使用固定的中枢神经系统组织中，Tg的（CAG-LacZ的/ ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
蔗糖	Sigma Aldrich	S0389
10x PBS	Gibco	14200-075
16% 多聚甲醛溶液	电子显微镜科学	15710
OCT 化合物	Tissue-Tek	4583
粘附载玻片	StatLab	M1000W
驴血清	Sigma Aldrich	D9663
Triton X-100	Sigma Aldrich	T9284
ImmuEdge Pen Vector	Laboratories	H-4000
抗钙结合蛋白抗体	Sigma Aldrich	C9848
抗 EGFP 抗体		Abcam ab13970
抗 Nesprin2 抗体			先前在参考文献 21
荧光封片中描述媒体	Dako	S3023
2-甲基丁烷	Sigma Aldrich	O3551