这些方案概述了如何表征对照和突变果蝇胚胎上皮中褶皱隔断连接的组织和闭合功能。
方法文章
这些方案概述了如何表征对照和突变果蝇胚胎上皮中褶皱隔断连接的组织和闭合功能。
这些方案的目的是评估果蝇胚胎外胚层来源上皮组织中褶皱隔板连接(pSJs)的组织结构和屏障功能。pSJ在外胚层组织的侧膜上形成了一种闭塞屏障,包括表皮、唾液腺、气管和后肠,功能类似于脊椎动物组织中的紧密连接。在果蝇中,已鉴定出30种形成pSJs所需的蛋白质。核心pSJ蛋白最初沿侧膜长度定位,但在胚胎发生第16阶段,在连接处基部的顶端侧侧区域高度富集。到胚胎发生晚期第15阶段,这些组织已具备功能完整的闭塞连接。本文将介绍可用于探究对照和突变胚胎中pSJs组织和功能的免疫染色和染料渗透方案。成功应用这些方案可用于证明pSJs的遮蔽功能,并测试未知基因是否编码连接的核心成分。
上皮组织的一个关键功能是将生物体内的不同区域进行区隔。创造这些独特环境对器官功能和保护有机体免受外部威胁至关重要。上皮细胞间形成的闭塞连接负责建立和维持这些环境,防止溶质在顶端和基底侧间流动。在脊椎动物中,闭塞连接称为紧连接,而无脊椎动物如果蝇1,3则称为隔结连接(SJ)。节肢动物中有两种SJ类型,分别根据其组织分布和超微结构区分。褶皱隔断连接(pSJs)存在于表皮、唾液腺、气管和后肠等外胚层来源组织中。它们的超结构特征是位于细胞间隙中,位于附着点3,5基部的电子密度高密度结构梯形阵列。相比之下,平滑隔中隔结(sSJ)存在于内胚层来源的组织,如中肠和马尔皮吉小管,且细胞间不显示电子密度高的隔膜。
果蝇的遗传学研究已鉴定出30种对pSJ结构和功能至关重要的蛋白质,并发现了其他存在于连接点但似乎不具备建立或维持功能的蛋白质(见第7章综述)。通过这些分析,科学家将SJ蛋白分为三类。核心SJ蛋白位于连接点内,是连接点建立和维持所必需的。已鉴定出17种蛋白为核心pSJ蛋白,包括Coracle(Cora)、Neurexin IV、巨球蛋白补体相关蛋白(Mcr)、Kune-kune和ATP酶α 8,9,10,11,12。已有九种蛋白质被鉴定为辅助pSJ蛋白,这些蛋白是建立和/或维持连接点所必需的,但它们不一定存在于该连接点内。该类包括Rab5、Rab11和Coiled13、14等蛋白质。最后,pSJ驻留蛋白定位于pSJ,但对连接的建立和维持是可怕的。该组的四个成员包括《大圆盘》和《束缚盘III》15,16页。
功能完整pSJ的建立是一个多步骤过程,始于胚胎发生过程中,所有核心pSJ蛋白均已完全表达。部分核心pSJ基因在母体表达,但到第12至17阶段均显示强合子表达。在第12阶段,核心pSJ蛋白沿着侧膜全长分布。在第13至16阶段,核心pSJ蛋白被内吞,然后回收回pSJ区域的侧膜。该过程需要pSJ辅助蛋白,包括Rab5和Rab111111111111111111111111111111111111111111111111111111111等蛋白质。到第16阶段,核心pSJ蛋白紧密定位于pSJ沿侧膜区域。与上述观察一致,该接点的完全闭塞功能发生在胚胎发生12的第15晚期。这一点最好通过染料渗透性分析来证明。在连接形成之前,带有荧光标记(如罗丹明)的10 kDa右旋糖酐珠可以通过细胞间的细胞旁空间。如果将标记的右旋糖酐注射到血腔,它会迅速积累到管状上皮细胞的腔内,如气管、唾液腺和后肠。在第15期末pSJ生理紧绷后,注射的右旋糖酐仅限于上皮基底侧,无法在这些器官的腔内(顶端区域)积聚。
核心pSJ蛋白有一个共同特征,即每个核心pSJ蛋白都需要所有其他核心pSJ蛋白的存在才能正确定位亚细胞18,19。pSJ形成中的这种相互依赖性是核心pSJ蛋白的决定性特征,也是本文所提出方案的基础。核心或辅助pSJ基因的突变导致胚胎致死,其特征是第16期胚胎中其他核心pSJ蛋白沿侧膜错位,而非紧密定位于其正常的顶端侧侧区域。相比之下,pSJ常驻基因的突变不会导致核心pSJ蛋白的错位15。pSJ在核心及辅助pSJ基因突变中的功能破坏,通过在第16或17期突变胚胎气管腔、唾液腺或后肠内积累标记的10 kDa右旋糖酐来揭示。最后,核心蛋白与辅助pSJ蛋白的区别在于其亚细胞定位。核心pSJ蛋白一旦形成后与pSJ紧密结合,而辅助pSJ蛋白对连接组装至关重要,但不一定存在于连接处。辅助pSJ蛋白的最佳例子是Rab5和Rab11。这两者都是细胞质蛋白,帮助将货物从质膜运送到早期内体,再循环内体,然后再返回质膜14。为了区分新的潜在pSJ蛋白是核心成分还是辅助蛋白,通常有助于制造特异性抗体或表达荧光标记的重组蛋白,以确定这些蛋白在pSJ成熟过程中的不同位置。
这些协议的目的是明确区分潜在的核心和辅助pSJ蛋白与pSJ常驻蛋白。多项研究揭示了pSJ蛋白在发育过程中还有其他非阻塞性作用,包括形态发生和顶端-基底极性17,20,21,22。随着对pSJ生物学兴趣的增加和更多潜在pSJ蛋白的发现,本文呈现的简单易解方案将帮助研究人员正确表征这些蛋白的pSJ组织和遮蔽功能。文献中还描述了许多用于表征pSJ蛋白的实验方法,包括光漂白后荧光恢复(FRAP)和透射电子显微镜6,23。尽管这些方法通常非常有用,但本文所展示的免疫染色测定法能够快速可视化pSJ蛋白定位,而无需昂贵且耗时的超微结构方法;而染料渗透性测定则提供了单靠影像无法实现的功能性pSJ完整性读数。此外,这些检测还可使用标准实验室设备完成,如高质量的荧光显微镜和简易的显微注射装置。需要注意的是,这些检测方法针对果蝇第16期胚胎进行了优化,不适合评估sSJs的组织或功能。
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1. 胚胎分期
2. 胚胎固定与免疫染色
3. 免疫染色胚胎的影像与数据分析
4. 染料注射准备
5. 胚胎装载与染料注射
6. 成像与数据分析
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本研究方案用于研究果蝇胚胎16期外胚层组织中pSJ的组织和功能。这些协议仅适用于pSJ,不能用于查询sSJ。基因突变导致第16期胚胎中未能将其他pSJ蛋白定位到pSJ区域,并在第16期形成封闭连接,这种突变可能存在于核心pSJ基因或辅助pSJ基因中。两者的主要区别在于,一旦野生型胚胎形成功能性连接,编码的蛋白是否在细胞内定位于pSJ。在这种情况下,该蛋白被归类为核心pSJ蛋白。为证明这一原理,我们首先展示了核心pSJ蛋白在野生型胚胎中从胚胎发生阶段13到16阶段的成熟过程(见图1A-D)。这里我们关注唾液腺,它是一种上皮管,顶端面向腺体腔。在胚胎发生的第13至16阶段,唾液腺由高大的柱状细胞组成,便于在胚胎共聚焦光学切片中直接观察侧膜。利用针对核心pSJ蛋白巨球蛋白补体相关(Mcr;A-C)的抗体,我们发现Mcr在第13期胚胎的侧膜上均匀分布。到第14阶段,Mcr在侧膜顶端区域(即附着连接处蛋白E-cadherin的表达)中更为浓集,尽管在侧膜其余部分仍可见大量Mcr免疫染色。...
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本文介绍了一种方案,利用两种相对简单的检测方法鉴定核心和辅助pSJ蛋白,这些方法可在具备荧光显微镜能力的中型实验室中完成。第一个检测通过对固定突变胚胎的共聚焦成像,研究成熟极化上皮细胞中pSJ的分子组织。第二项检测通过将染料标记的10 kDa右旋糖酐分子注入第16期活胚胎,测试pSJ的封闭功能完整性。这些方案的简洁性,以及pSJ组织和功能缺陷完全用于诊断核心和辅助pSJs突变,使其相较于更费力、技术难度较高的方法(如FRAP和电子显微镜)更具优势。这些方案专门针对果蝇胚胎发生过程中pSJ的组织和功能,不适用于sSJs或发育后期阶段。
核心及辅助pSJ突变晚期胚胎中所有核心pSJ蛋白的误定位完全具有诊断作用。因此,可以通过对核心pSJ蛋白对突变胚胎进行免疫染色,检测任何潜在的pSJ基因。我们这里展示的方案包括非常标准的对甲醛固定步骤。只要对照阶段16胚胎显示出预期的粘连结处和pSJ标记定位,与该方案的轻微差异应当没问题。发育研究杂交瘤库(DSHB)提供了多种有用的pSJ抗体,包括Cora、ATPase alpha和N...
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作者没有利益冲突可披露。
我们感谢布卢明顿果蝇资源中心提供的本研究中提供的果蝇资源。我们感谢发育研究杂交瘤银行提供的抗体。我们还感谢凯斯西储大学生物学系使用徕卡MZ10F荧光立体显微镜进行胚胎基因分型和分期解剖,以及DMi8倒置荧光显微镜用于染料注射实验。我们感谢CWRU医学院遗传学与基因组科学教授Helen Salz提供微作器,并拉出了本研究中用于染料注射实验的几根针头。该项目得到了美国国家科学基金会(IOS 2111069)对REW的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 针用毛细管(Boro 1 x 0.5/纤维) | FHC | 30-30-1 | |
| 共焦显微镜 | 徕卡 | 群星5及nbsp; | |
| 注射用22 x 22厚度的玻璃罩 | 费舍尔科学 | 12-540-B | |
| 镜罩 22 x 30 1.5 厚用于成像 | 科宁 | 2980-233 | |
| 用于免疫染色的培养管(6 x 50 mm) | 费舍尔科学 | 14-958-A | |
| 胚胎收集笼 | 杰尼西科学 | 59-100 | |
| 荧光立体显微镜 | 徕卡 | MZ10 F | |
| 卤素油(700) | 杰尼西科学 | 59-131 | |
| 庚烷 | 费舍尔科学 | H350-4 | |
| 倒置荧光显微镜 | 徕卡 | DMi8 | |
| 用于脱毛膜胚胎的网状篮子 | 杰尼西科学 | 46-101 | |
| 甲醇 | 费舍尔科学 | A412-4 | |
| 微型机械臂 | 成重 | MN151 | |
| 显微镜载玻片 | 费舍尔科学 | 12-544-2 | |
| 拔针器 | 大卫·科普夫乐器 | 720型 | |
| 普通驴子血清 | 杰克逊免疫检测 | 017-000-121 | |
| 尼龙网(120微米) | 杰尼西科学 | 57-102 | |
| 物镜 HC PL FLUOTR 10X/0.32 pH 1 | 徕卡 | 11506537 | |
| 物镜 HC PL APO 10x/0.40 CS2 | 徕卡 | 15506407 | |
| 物镜 HC PL APO 40x/1.30 CS2 | 徕卡 | 15506358 | |
| 培三式60 x 15毫米 | 科宁 | 351007 | |
| 站台摇臂 | 环球科学 | GTR-FS | |
| 原一抗体(Coracle) | DSHB | C566.9 | |
| 原一抗体(Coracle) | DSHB | C615.16 | |
| 原抗(E钙黏蛋白) | DSHB | DCAD2 | |
| 一级抗体(Mcr) | 西储储备大学沃德实验室 | 豚鼠多克隆 | |
| 罗达明标注为10 kDa右旋糖酐 | 分子探针 | D1824 | |
| 二级抗体(驴抗豚鼠Cy3) | 杰克逊免疫检测 | 706-165-148 | |
| 二级抗体(驴抗小鼠Cy2) | 杰克逊免疫检测 | 715-225-151 | |
| 二级抗体(驴抗大鼠Cy5) | 杰克逊免疫检测 | 712-175-150 | |
| 桌面摇床 | 新不伦瑞克科学 | C2平台震动器 | |
| Tegosept(甲基4-羟基苯甲酸盐) | TCI | H0216 | |
| 特里顿 X-100 | 费舍尔科学 | BP151500 | |
| 固定用小瓶(20毫升WHEATON液体闪烁小瓶) | 费舍尔科学 | 03-341-73C | |
| Whatman 3MM 色谱纸 | 费舍尔科学 | 05-716-6H | |
| <强>飞股票 | <强>全基因型<强> | <强劲>股票编号 | <强>来源 |
| Cor4 | w*;P{neoFRT}43D cora4/CyO | 52232 | BDSC |
| W1118 | w[1118] | 5905 | BDSC |
| <强>解决方案<强> | <强>食谱 | ||
| 10倍PBS | 混合90克NaCl、20克Na2HPO4和8.3克NaH2PO4。H2O和dH20至1升。过滤消毒。用dH2O稀释至1倍,用于免疫染色的洗涤步骤。 | ||
| 10% 特里顿 X-100 溶液 | 将1毫升Triton X-100与9毫升dH2O混合在平台摇杆上,直到溶解。室温保存。 | ||
| 50%漂白剂 | 在胚胎脱毛前,将10毫升市售漂白剂(7.5%次氯酸钠)与10毫升水混合。 | ||
| 苹果汁盘 | 将15克果蝇琼脂用725毫升dH2O煮沸。加入25克糖和250毫升苹果汁,搅拌至混合。让溶液冷却至55摄氏度,然后加入1.3克tegosept,轻轻混合。倒入60 x 15的培养皿中冷却。储存温度为4摄氏度。 | ||
| 阻塞解 | 将9.8毫升1XPBS与100μl 10% Triton X-100和100μul Normal Donkey Serum混合,装在15锥形管中。 | ||
| 胚胎洗涤液 | 用70克NaCl和2毫升Triton X-100混合1升dH2O,制成10X胚胎洗涤液。用dH2O稀释到1倍,作为有效的溶液。 | ||
| 修复 | 用微波炉预热10毫升1X PBS。加0.4 g 对甲醛和移液器混合。加入10ul的14N NaOH,加快溶解速度。放在90摄氏度的热块上,直到溶解。当没有固体对甲醛残留后,加入10μl 14N HCL以调整pH至中性。使用对甲醛时一定要穿实验服、手套和护目镜。 | ||
| 安装介质 | 混合9毫升甘油和1毫升1M Tris碱基pH值8.0。加入0.05克正丙基-代食酸酯,nbsp;搅拌后加热溶解。将0.5毫升注入叶彭多夫管中,注点; | ||
| 罗丹右旋糖酐溶液 | 将标记为罗丹明的10 kDa Dactorn溶解于0.5M磷酸钠、pH值7.5和5 mM氯化钾中,制备新鲜染料溶液。 | ||
| 酵母膏 | 将50克商业酵母(红星酵母)与一撮蔗糖和足够的水混合成浓稠的糊状。储存温度为4摄氏度。 |
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