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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Einführung von kleinen Molekülen in die Entwicklungs Drosophila-Embryo bietet ein großes Potenzial für die Charakterisierung der biologischen Aktivität der neuen Verbindungen, Drogen und Giftstoffe sowie für die Sondierung grundlegenden Entwicklungspfade. Hier beschriebenen Verfahren skizzieren Schritte, die natürlichen Barrieren zu diesem Ansatz zu überwinden, erweitern den Nutzen der Drosophila-Embryo-Modell.
Die Drosophila-Embryo ist seit langem ein leistungsfähiges Labormodell für die Aufklärung der molekularen und genetischen Mechanismen, welche die Entwicklung steuern. Die Einfachheit der genetischen Manipulationen mit diesem Modell pharmakologische Ansätze, die in anderen Tiermodellen und Tests auf Zellbasis alltäglich sind verdrängt. Hier beschreiben wir die jüngsten Fortschritte in einem Protokoll, Anwendung von kleinen Molekülen ermöglicht, den Entwicklungsfruchtfliegenembryo. Das Verfahren vor, um die Details Dichtigkeit der Eierschale zu überwinden und gleichzeitig Embryo Lebensfähigkeit. Eierschale Permeabilisierung in einem breiten Spektrum von Entwicklungsstufen wird durch Anwendung eines zuvor beschriebenen d-Limonen Embryo Permeabilisierung Lösungsmittel (EPS 1) und durch Alterung Embryonen bei reduzierter Temperatur (18 ° C) vor der Behandlung erreicht. Darüber hinaus ist die Verwendung eines fernen Rot-Farbstoff (CY5) als Permeabilisierung Indikator beschrieben, die mit stromabwärts Verwendung von handelsüblichen roten und grünen Grippe kompatibel istorescent Farbstoffe in lebenden und fixierten Präparaten. Dieses Protokoll ist auf Studien mit bioaktiven Verbindungen zu Entwicklungsmechanismen für ein Studium an der Bewertung teratogene oder pharmakologische Aktivität von kleinen Molekülen uncharacterized richtet Sonde als auch.
Die Drosophila-Embryo weiterhin ein erstklassiges Modell für die Untersuchung grundlegender Mechanismen der Entwicklung 2 sein. Dieses leistungsstarke Modell wird durch eine breite Palette von molekulargenetischen Werkzeugen, die Manipulationen der wesentlichen jedem Gen zu jedem Zeitpunkt und in jeder sich entwickelnden Organ erlauben unterstützt. Die geringe Größe, die schnelle Entwicklung und umfangreiche Charakterisierung der Morphogenese des Drosophila-Embryos machen es zu einem Modell der Wahl für genetische Bildschirme, von denen viele grundlegende Entwicklungswege aufgedeckt 3,4. Zahlreiche Phänotypen in Drosophila-Embryos wurden aus und sind leicht zu interpretieren, die oft ein Mittel, um die molekularen genetischen Mechanismen, die eine abnorme Merkmal verantwortlich zu identifizieren.
Historisch gesehen, ein Mangel des Fliegenembryo Modell war die Schwierigkeit der Einführung kleine Moleküle zu embryonalen Geweben. 1) uns: Dieses Hindernis hat Beschränkungen gestelltten bekannten bioaktiven kleinen Molekülen als Sonden zur Entwicklungsmechanismen zu verhören und 2) mit diesem etablierten Modell teratogene oder pharmakologische Aktivität von kleinen Molekülen uncharacterized beurteilen. Als Folge hat das Screening Potential des Fliegenembryo in Charakterisierung von Kleinmolekül-Aktivität nicht ausgelastet ist.
1) Permeabilisierung der Eierschale und 2) Mikroinjektion: Abgabe kleiner Moleküle Fliegenembryo kann mit zwei Methoden erreicht werden. Dieser Artikel stellt Fortschritte der Methode der Permeabilisierung, die einfach in der Einstellung eines herkömmlichen Drosophila Labor auszuführen sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die jüngsten Fortschritte in der Mikroinjektionsverfahren mit Mikrofluidik-Technologie trägt auch auf Verfahren zum Einführen von Verbindungen in den Embryo 5,6 ist. Einführen von Molekülen in den Embryo durch eine Wachsschicht von der Eierschale 7 verhindert. Die Drosophila Eierschale besteht aus fünf Schichten. Ausdie von innen nach außen sind sie: die Dotterhaut, die wachsartige Schicht, die innere Chorion-Schicht, der endochorion und die exochorion 8. Die drei Außen Chorion-Schichten können durch kurze Auftauchen des Embryos in verdünnter Bleichmittel entfernt werden, so wird ein Schritt, um so dechorionation. Die freiliegende Wachsschicht kann dann durch Exposition gegenüber organischen Lösungsmitteln, wie Heptan und Octan 7,9, wodurch die dechorionated Embryo lässigen beeinträchtigt werden, während es noch in der zugrunde liegenden Dottermembran umhüllt. , Verwendung dieser Lösungsmittel führt jedoch Komplikationen aufgrund ihrer Toxizität und der Schwierigkeit bei der Regulierung ihrer starken permeabilisierend Aktion, die beide stark negativen Effekte auf den Embryo Lebensfähigkeit 9,10.
Ein Verfahren zur Permeabilisierung unter Verwendung einer Zusammensetzung bezeichnet Embryo Permeabilisierung Lösungsmittel (EPS) wurde bereits beschrieben 1 gewesen. Diese Lösungsmittel aus d-Limonen und von Pflanzen abgeleitete Tenside, die Lösungsmittel ermöglichen miscibl seine mit wässrigen Puffern. Die niedrige Toxizität von d-Limonen und die Fähigkeit des Lösungsmittels auf die gewünschte Konzentration zu verdünnen ist eine wirksame Methode zur lässigen Embryonen mit hoher Lebensfähigkeit 1 erzeugen ergab. Jedoch sind zwei endogene Faktoren weiterhin Beschränkungen hinsichtlich der Anwendung zu bringen. Zunächst Embryonen zeigen Heterogenität der Durchlässigkeit nach EPS-Behandlung, auch wenn darauf geachtet wird, schließen Entwicklungs Inszenierung halten. Zweitens Embryonen älter als etwa acht Stunden haben schwer zu permeabilisieren, im Einklang mit einer Verhärtung der Eierschale, die nach der Eiablage 11 tritt bewährt.
Hier beschrieben werden, sind Fortschritte in der EPS-Verfahren, dass: 1) bei der Identifizierung und Analyse von nahezu identisch permeabilisiert Embryonen, auch nach Fixierung und Immunfärbung Schritte ausgeführt worden sind und 2) zu ermöglichen Permeabilisierung der Embryonen im späten Entwicklungszeitpunkten (> 8 h, Bühne 12 und älter). Insbesondere Anwendung eines dunkelroten Farbstoff,CY5 Carbonsäure, beschrieben, die als Durchlässigkeit Anzeige, die während der Entwicklung und nach Formaldehydfixierung im Embryo weiterhin dient. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Aufzucht Embryonen bei 18 ° C hält die Eierschale in eine EPS-sensitiven Zustand, so dass Permeabilisierung der späten Phase Embryonen (Stufen 12-16).
Diese Fortschritte zu überwinden, die zuvor erwähnten Einschränkungen für die EPS-Methodik. Diese Anwendung wird daher stellen die Ermittler mit einem Mittel, um kleine Moleküle von Interesse für den Embryo in unterschiedlichen Entwicklungszeitpunkten einführen und gleichzeitig Rentabilität.
1. Vorbereitung von Fly Kulturen, Lösungen und Embryo Handhabung Devices
2. Staging, Dechorionation und EPS Behandlung von Embryonen
3. Dye and Drug Behandlung von permeabilisierten Embryonen
4. Identifizierung von permeabilisierten Lebensfähige Embryonen
Embryo Handhabungsvorrichtungen sind in Fig. 1 dargestellt, um bei der Visualisierung der "home-made"-Geräte für die Manipulation in den obigen Protokollen unterstützen. Ergebnisse in Abbildung 2 zu sehen veranschaulichen die Wirkung der robuste Aufzucht Embryonen bei 18 ° C auf ihrer Fähigkeit, durch EPS in späten Stadien der Entwicklung durchlässig gemacht werden. Dieser Zustand wird im Schritt 2.1 Protokoll angewendet. Wirksamkeit des CY5 Carbonsäurefarbstoff, um die verschiedenen Niveaus der Durchlässigkeit typischerweise im EPS behandelten Embryonen gesehen zeigen, ist in Fig. 3 zu sehen. Die Entwicklungsdynamik des Farbstoffverteilung im Eigelb ist auch in Fig. 3 zu sehen ist, offenbart ein Kriterium verwendet werden, um die Lebensfähigkeit zu bewerten , wie im Protokoll beschriebenen Schritt 4.2. Die Nützlichkeit von Cy5-Farbstoff bei der Bestimmung Embryo Permeabilisierung anschließend an Toxin Behandlung Formaldehydfixierung und Immunfärbung wird durch das Ergebnis in Fig. 4 dargestellt.

2. Auswirkungen der Alterung bei 18 º C auf EPS Wirksamkeit im späten Stadium Embryonen. Embryonen wurden für zwei Stunden, gefolgt von Alterung bei 18 ° C für 20 h (Panels AA "gesammelt, (Steuerung CC"). Embryonen bei 18 ° C wurden dann dechorionated und in zwei Proben geteilt. Die erste Probe wurde direkt mit 1 mM Farbstoff Rhodamin B in MBIM-T für 5 min behandelt, gewaschen und im Hellfeld und blauen und roten Fluoreszenzkanäle (Das Bedienfeld AA ") sichtbar gemacht. Die zweite Probe wurde mit EPS (1:10 in MBIM für 1 min) behandelt, gewaschen und dann mit 1 mM Rhodamin B behandelt und für 5 min vor der Anzeige (Steuerung BB ") gewaschen. Embryonen bei 25 ° C angehoben wurden dechorionated und direkt mit EPS (1:10 in MBIM für 1 min) behandelt, gewaschen und dann mit 1 mM Rhodamin B für 5 min vor der Anzeige (Steuerung CC ") behandelt. Die Embryonen wurden bestimmt, um auf Stufe 14 durch die Falten im Darm von Eigelb Autofluoreszenz im Blaukanal (Panel A ', B', C ') enthüllt werden. Embryonen bei 18 ° C erhöht undurchlässig sind vor EPS treatment, wie die Abwesenheit von Rhodamin B-Aufnahme (Panel A ") zu sehen. EPS-Behandlung von 18 ° C Embryonen führt zu einem hohen Grad der Durchlässigkeit von Rhodamin B Aufnahme (Feld B ") zu sehen. Embryonen bei 25 ° C erhöht undurchlässig bleiben auch bei EPS Behandlung unter Ausschluss von Rhodamin B (Feld C ") gesehen.

3. Einbau von Cy5 durchlässig und in lebensfähiger Embryonen. Die Embryonen wurden bei 25 ° C für 2 Stunden gealtert und für 14 h bei 18 ° C (entspricht 7-9 h Embryonen bei 25 ° C, Stufe 12) gesammelt. Nach dechorination, EPS-Behandlung wurde (für 1 min 1:40 MBIM) gemacht, gefolgt von Inkubation in CY5 Farbstoff (50 uM in MBIM-T für 15 min). Embryonen wurden dreimal in MBIM-T gewaschen und die Entwicklung Korb mit MBIM im Behälter überführt. Die Entwicklung wurde auf p erlaubtfür 8 h bei Raumtemperatur roceed. Die Aufnahme von CY5 (Rot) wird im Fern roten Kanal unmittelbar nach Farbstoff Behandlung und Waschen (Teil A) und nach 8 h Entwicklung (Feld B) abgebildet. Verteilung des Eigelbs durch Autofluoreszenz in dem blauen Kanal zu sehen. Farbstoffaufnahme, damit Durchlässigkeit, ist zu sehen, unterscheiden sich von Embryos Embryos. Cy5-Farbstoff (rot) zu sehen ist, um den Dotter (blau), die eingeengt, um das Lumen des Darms an der Stufe 16 (lila, Tafel B) wird zu lokalisieren.

Abbildung 4. Bestimmung der Permeabilisierung und Methyl Effekte in fest-und immun Embryonen. Embryonen wurden bei 25 ° C für 2 Stunden gealtert und für 14 h bei 18 ° C (entspricht 7-9 h Embryonen bei 25 ° C, Stufe 12) gesammelt. Nach dechorination wurde EPS-Behandlung (1 min 1:40 MBIM) gemacht, gefolgt von der Inkubation inCY5 Farbstoff (50 uM in MBIM-T für 15 min) zusammen mit Methylquecksilber (50 uM MeHg, Feld B) oder Lösungsmittelkontrolle DMSO (0,1% Endkonzentration, Teil A). Embryonen wurden mit MBIM-T gewaschen und in einer Entwicklungs Korb mit MBIM gelegt: M3-Medium in dem Reservoir und gealtert für zusätzliche 8 h bei Raumtemperatur. Embryonen wurden dann in einem Zwei-Phasen 4% Paraformaldehyd-Heptan Herstellung von einem Standardprotokoll 14 befestigt. Die Färbung wurde mit Anti-Fasciclin II (grün in A, B und weiß in A ', B') durchgeführt, um motorischen Neuronen und Anti-elav Antikörper (rot in A, B), um alle Neuronenzellkörper Label Label. CY5 Farbstoff wird durch direkte Fluoreszenz, die verlängerte Exposition durch verminderte Fluoreszenzintensität durch Fixierung (CY5 ist pseudo-blau gefärbt in allen Panels) erfordert enthüllt. Die Auswirkungen von MeHg in unregelmäßigen Mustern und cluste gesehenRing der Seiten chordotonal Neuron Zellkörper (Elav-positiv, in rot markiert und mit weißen Pfeile in B gegenüber A bezeichnet). Darüber hinaus ist eine charakteristische Verzweigung der Segment (SN) (durchgezogene grüne Pfeile in A ') gesehen sehr variabel mit MeHg Exposition (grün Pfeile in B ") im Einklang mit den zuvor berichteten Effekte von MeHg auf den Embryo 15 zu sein. Projektion der intersegmentalen und segmentalen Nerven an ihren Wurzeln sind zu sehen, hinten mit MeHg Exposition (offene grüne Pfeil in B ') verschoben werden. Hinweis: Methylquecksilber ist ein starkes Nervengift. Es ist darauf zu Handschuhen und Augenschutz, wenn zu tragen. Die Entsorgung sollte durch eine institutionelle Umweltsicherheit und Service-Einrichtung durchgeführt werden.
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Einführung von kleinen Molekülen in die Entwicklungs Drosophila-Embryo bietet ein großes Potenzial für die Charakterisierung der biologischen Aktivität der neuen Verbindungen, Drogen und Giftstoffe sowie für die Sondierung grundlegenden Entwicklungspfade. Hier beschriebenen Verfahren skizzieren Schritte, die natürlichen Barrieren zu diesem Ansatz zu überwinden, erweitern den Nutzen der Drosophila-Embryo-Modell.
Diese Arbeit wurde unterstützt von NIH/NIEHS R03ES021581 (verliehen an M.D.R.) und vom University of Rochester Environmental Health Center (NIH/NIEHS P30 ES001247).
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