Dieses Protokoll beschreibt, wie eine Drosophila S2-Zelllinie erzeugt wird, die empfindlich auf niedermolekulare Inhibitoren von Kinesin-5 reagiert. Die Verwendung dieser Zellen in einem zellbasierten Fehlerkorrektur-Assay wird ebenfalls skizziert.
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Dieses Protokoll beschreibt, wie eine Drosophila S2-Zelllinie erzeugt wird, die empfindlich auf niedermolekulare Inhibitoren von Kinesin-5 reagiert. Die Verwendung dieser Zellen in einem zellbasierten Fehlerkorrektur-Assay wird ebenfalls skizziert.
Kinetochore sind große proteinbasierte Strukturen, die sich während der Zellteilung auf Zentroeren anlagern und Chromosomen mit Spindelmikrotubuli verbinden. Die richtige Verteilung des genetischen Materials erfordert, dass die Schwester-Kinetochore auf jedem Chromosom biorientiert werden, indem sie sich von gegenüberliegenden Spindelpolen an Mikrotubuli anheften, bevor sie in die Anaphase übergehen. Fehlerhafte, nicht-biorientierte Bindungszustände sind jedoch häufig und es existieren zelluläre Wege, um solche Bindungen während der Zellteilung sowohl zu erkennen als auch zu korrigieren. Der Prozess, durch den unsachgemäße Kinetochor-Mikrotubuli-Wechselwirkungen destabilisiert werden, wird als Fehlerkorrektur bezeichnet. Um die Fehlerkorrektur in lebenden Zellen zu untersuchen, werden absichtlich falsche Attachments durch chemische Hemmung des Kinesin-5-Motors erzeugt, was zu einer monopolaren Spindelanordnung führt, und der Übergang von Fehlorientierung zu Biorientierung wird nach dem Auswaschen des Medikaments beobachtet. Die große Anzahl von Chromosomen in vielen Modell-Gewebekultur-Zelltypen stellt eine Herausforderung bei der Beobachtung einzelner Fehlerkorrekturereignisse dar. Drosophila S2-Zellen sind bessere Probanden für solche Studien, da sie nur 4 Chromosomenpaare besitzen. Kleinmolekulare Kinesin-5-Inhibitoren sind jedoch gegen Drosophila Kinesin-5 (Klp61F) unwirksam. Hier beschreiben wir, wie man eine Drosophila-Zelllinie aufbaut, die Klp61F effektiv durch humanes Kinesin-5 ersetzt, was die Zellen empfindlich gegenüber pharmakologischer Hemmung des Motors macht und für den Einsatz im zellbasierten Fehlerkorrektur-Assay geeignet ist.
Equal Segregation des Genoms während der Zellteilung erfordert korrekte Wechselwirkungen zwischen den DNA repliziert und Spindel Mikrotubuli. Mikrotubuli physisch Chromosomen zu interagieren durch ein Ensemble von Proteinen, die an Zentromeren als Kinetochor 1 bekannt versammelt. Korrekte Verteilung der Chromosomen erfordert Schwester Kinetochore sind biorientierte, wobei jede Schwester mit Mikrotubuli von gegenüberliegenden Spindelpole Ursprung verbunden. Kinetochor Mikrotubuli (kt-MT) Anlagen, die in der biorientierten Konformation nicht schnell und effizient destabilisiert, die Gelegenheit zu Biorientierung in einem Prozess als Fehlerkorrektur bekannt zu etablieren ist. Eine Fehlerkorrektur-Assay, die zuvor in Säugetierzellen hergestellt wurde 5 erfordert die Montage monopolare Spindeln mit umkehrbarer niedermolekularen Inhibitoren gegen Eg5 (Kinesin-5). Die medikamentöse Behandlung erzeugt eine Vielzahl von fehlerhaften syntelic Anhänge, in denen Both Schwester Kinetochoren zu befestigen, um die gleiche Spindel-Pol. Eine nachfolgende Auswaschung des Wirkstoffs ermöglicht die Visualisierung der dem Fehlerkorrekturverfahren. Die Fehlerkorrektur-Assay kann in Anwesenheit von Kleinmolekül-Inhibitoren oder Niederschlägen durchgeführt, um den Beitrag von Kandidatenproteinen auf die Korrektur fehlerhafter kt-MT-Anhänge zu untersuchen.
Die Fähigkeit zur Fehlerkorrektur in lebenden Zellen sichtbar zu machen ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die molekularen Mechanismen in diesem komplexen Prozess beteiligten weiter zu verstehen. Die große Anzahl von in den meisten Zelllinien vorhanden Chromosomen stellt jedoch eine Herausforderung bei der Beobachtung einzelner kt-MT-Anhänge. Drosophila S2 Zellen wäre ideal für die Anwendung des Fehlerkorrektur Assay, da sie so wenig wie 4 Chromosomen 6, aber kleine Molekülinhibitoren enthalten von Kinesin-5, wie etwa S-Trityl-L-cystein (STLC) und Monastrol 7-9 nicht beeinträchtigen Spindelanordnung oder Kinesin-5 Motorik in Drosophila-Zellen. Deshalb Gattungented ein Drosophila S2-Zelllinie menschlichen Kinesin-5 unter einem induzierbaren Promotor, die empfindlich auf Kinesin-5-Hemmer ist, zum Ausdruck bringen. Dieses Protokoll beschreibt, wie die endogenen Drosophila Kinesin-5-Homologen, Klp61F Knockdown, und verwenden Sie diese Zelllinie in der zellbasierten Assay-Fehlerkorrektur.
1. Transfektion von S2-Zellen
2. RNA-Interferenz
3. Live Cell Imaging
4. Error Correction Assay
Klp61F erforderlich ist, um bipolare Spindeln zu bilden. Der menschliche Kinesin-5, Eg5, kann die Funktion des Klp61F in Drosophila S2-Zellen (1A und D) zu retten. Nach Zugabe des Kinesin-5-Inhibitor (STLC), Mikrotubuli-assoziierten Niveaus des Kraftabfall (1B und E) und die Spindel zusammenbricht, was in einer Monopol (1C und F) in Zellen, denen endogene Klp61F bei erfolgreicher RNAi (Supplemental Film 1). Es ist bemerkenswert, dass die bipolare Spindeln bei Zugabe von STLC in den humanisierten S2-Zellen zusammenbrechen, weil Kinesin-5-Aktivität ist nicht verpflichtet, Spindel Bipolarität in menschlichen Zellen zu erhalten. Diese interessante Diskrepanz kann eine Folge der Unterschiede in inter Mikrotubuli Überschneidungen und / oder Stabilität in den beiden Modellsystemen 14 zu sein. Kinesin-5-Hemmung (2A und E) können reve werden durch Auswaschen des Arzneimittels und die Wiederherstellung einer bipolaren Spindel RSED kann im Laufe der Zeit folgen. Bei Entfernung des Inhibitors (2B und F) wieder assoziierten Eg5-mCherry mit den Mikrotubuli als bipolarer Spindel montiert (2C und G), und die Zellen können in einer bipolaren Anaphase (2D und H, Supplemental Film 2 Fortschritt ).

Abbildung 1. Die Zugabe von 1 uM STLC führt zu monopolaren Spindeln in Drosophila S2 Zellen. Repräsentative Bilder von Zeitraffer Bildgebung eines Drosophila S2 exprimierenden Zelle Eg5-mCherry (AC) und GFP-α-Tubulin (DF) während der Zugabe von 1 & mgr; M STLC. Die Eg5-Inhibitor wurde nach 3 min zugegeben. Maßstabsbalken = 5 um. Timestamp = min: sec. w.jove.com/files/ftp_upload/53594/53594fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Eine bipolare Spindel Reformen beim Entfernen STLC. Repräsentative Bilder von Zeitraffer-Bildgebung eines Drosophila 2 Zelle, die Eg5-mCherry (AD) und GFP-α-Tubulin (EH) während eines STLC Auswaschen Experiment. STLC wurde bei 5 min gewaschen. Eine bipolare Spindel Reformen innerhalb 1 Stunde zur Entfernung des STLC. Maßstabsbalken = 5 um. Zeitstempel: min: sec. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

ww.jove.com/files/ftp_upload/53594/addin.mov "target =" _ blank "> STADT Film 1. (Rechtsklick zum Download). Widefield-Fluoreszenz-Bildgebung eines repräsentativen Beispiels eines Drosophila S2 Zelle, die Eg5-mCherry ( links) und GFP-α-Tubulin (rechts). 1 uM STLC wurde auf 2 min zugegeben und die Spindel bildet einen Monopol innerhalb 10 min nach Zugabe des Inhibitors. Bilder wurden alle 1 min gewonnen und spielte bei einer Rate von 10 Rahmen pro Sekunde. Maßstabsbalken = 5 um.

STADT Film 2 (Rechtsklick zum Download). Widefield-Fluoreszenz-Bildgebung eines repräsentativen Beispiels eines Drosophila S2 Zelle, die Eg5-mCherry (links) und GFP-α-Tubulin (rechts). Medien, die 1 & mgr; M STLC wurde entfernt undin 5 min gespült. Eine bipolare Spindel Reformen innerhalb 1 Stunde zur Entfernung des Inhibitors. Bilder wurden alle 1 min erworben und spielte mit einer Rate von 10 Bildern pro Sekunde. Maßstabsbalken = 5 um.
Visualisierung von Fehlerkorrektur ist eine wertvolle Technik, um die Schritte in diesem wichtigen und komplexen zellulären Prozess beteiligt zu studieren. Um dies zu tun, werden fehlerhafte Anhänge mit reversible Inhibitoren erzeugt und die Fehlerkorrektur nach Auswaschen des Arzneimittels beobachtet. Dieser Test wurde ursprünglich unter Verwendung von Säugetier-Gewebekulturzellen 5 entwickelt. Jedoch ist die Anwesenheit einer großen Anzahl von Haftstellen in vielen Modellsäugetierzelltypen stellt eine Herausforderung bei der Beobachtung einzelner Fehlerkorrekturereignisse. Drosophila S2 Zellen besitzen so wenige wie 4 Paare von Haftstellen, so dass sie eine mehr bevorzugte Zelllinie zur Beobachtung der Fehlerkorrektur. Jedoch ist ein großer Nachteil, dass viele Inhibitoren unwirksam Drosophila S2 Zellen. Somit stellt die Fähigkeit, eine humanisierte Drosophila S2 Zelllinie zu generieren, die menschliche Kinesin-5 ein wertvolles Werkzeug, um eine Fehlerkorrektur zu studieren.
Obwohl Drosophila S2 Zellen sein kannbessere Zelllinie, um eine Fehlerkorrektur zu studieren, die mehrere Schritte bei der Erlangung der Zelllinie und umzuwerfen essentielle Gene beteiligt wirft einige Herausforderungen dieser Technik. Zum Beispiel, kann die Transfektionseffizienz ziemlich niedrig sein. Bei weniger als 20% der Zellen exprimieren die Eg5-mCherry sollte die Transfektion wiederholt werden, wie der Auswahlvorgang dauert länger. Auch kann der Anteil der Zellen, die sowohl fluoreszierende Proteine mit der Zeit ab. Dies kann durch die Spaltung von Zellen in Gegenwart von Blasticidin S HCl und Hygromycin B, um Zellen, die Eg5-mCherry und GFP-α-Tubulin jeweils auszuwählen, überwunden werden. Es ist auch wichtig zu beachten, dass Drosophila S2 Zellen Orthologe viele humane Proteine und; daher ist es wichtig, die Zuschlagsbedingungen für die endogenen Proteine zu optimieren. Zuschlags optimalen Bedingungen können in der Menge von dsRNA und die Behandlungsdauer variieren. Angesichts der Entstehung und rasche Verbesserung CRISPR-Cas9 Technologies 15-17, Erzeugung eines Drosophila-Zelllinie mit der Klp61F Gens durch menschliche Eg5 ersetzt präsentiert eine leistungsfähige Alternative, die die Grenzen der Transfektion und Zuschlags Ansatz zu überwinden wäre. Unsere Arbeit zeigt, dass Fly-zu-Mensch-Gen-Ersatz sollte ein gangbarer Weg ist in diesem Fall, obwohl die notwendigen Reagenzien, um so in Drosophila S2-Zellen tun, werden derzeit entwickelt.
Dieses Verfahren ist nicht auf Eg5 beschränkt, sondern kann angewendet, um die Funktion anderer Proteine von Interesse zu untersuchen. Bei der Verwendung von Inhibitoren, die zuvor festgelegt wurden unwirksam in Drosophila S2-Zellen zu sein, kann dieses Protokoll geändert werden, um die unmittelbare Wirkung von Inhibitoren in lebenden Zellen, ohne Bedenken bezüglich vorbei Effekte zu studieren. Die Verwendung dieses Protokolls produziert Zelllinie könnte auch im Hochdurchsatz-Screening verwendet werden analysiert, um potenzielle Medikamente gegen Proteine, die in Fehlerkorrektur beteiligt sind.
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Wir möchten Patricia Wadsworth für das Geschenk des Kinesin-5-Konstrukt danken. Diese Arbeit wurde von einer NIH Zuschusses (5 R01 GM107026) nach TJM und Research Grant No. 5-FY13-205 vom March of Dimes Foundation nach TJM, sowie die Unterstützung von der Charles H. Hood Foundation, Inc. unterstützt, Boston, MA. nach TJM
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Effectine Transfection Reagenz | Qiagen | 301425 | |
| Klp61F cDNA | Drosophila Genomic Resource Center | 13690 | Genname LD15641 |
| Schneider' s Medien | Invitrogen | 21720-024 | |
| Fötales Rinderserum, zertifiziert | Invitrogen | 10082-147 | Hitzeinaktiviert, US-Herkunft |
| Kupfer(II)-sulfat (CuSO4) | Sigma | C8027-500G | 500 mM Bestand |
| S-Trityl-L-Cystein | Sigma | 164739-5G | 1 mM Lagerbestand in DMSO |
| Blasticidin HCl | Invitrogen | R21001 | 5 mg/ml Vorrat in 1x PBS |
| Hygromycin B | Invitrogen | 10687010 | |
| T7 Large scale RNA Production System | Promega | P1320 | Die ungefähre dsRNA-Konzentration aus jeder Reaktion beträgt etwa 5-15 &Mikro; g/µ l |
| Klp61F RNAi F Primer | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGTA-TTTGCGCATTATTTTAAAA | |
| Klp61F RNAi R Primer | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGAT-ATTGATCAATTGAAAC | |
| PCR Clean-up | Kit Mo Bio Laboratories, Inc | 1250 | |
| Concanavalin A | Sigma | C5275 | 0,5 mg/ml Lösung, die durch Auflösen in 1x PBS hergestellt wird. |
| Gekochtes Eselserum | Jackson ImmunoResearch Labs | 017-000-121 | 5%ige Stammlösung in 1x PHEM-Puffer, Lösung zum Kochen bringen. Gelagert in 4 °C. |
| Einhängemittel | 20 mM Tris pH 8,0, 0,5 % N-propylgallat, 90 % Glycerin. Gelagert in 4 °C. | ||
| 1x BRB-80 | 80 mM ROHRE pH 6,9; 1 mM EGTA; 1 mM MgCl2 | ||
| Weißlichtquelle | Lumencor Inc | ||
| ET EGFP Filter Cube | Chroma | 49002 | |
| DSRed Filter Cube | Chroma 49005 | ||
| Anti-NDC80 Antikörper | Sonderanfertigung durch das Maresca Lab | ||
| DM1α (Anti-Α-Tubulin) | Sigma | T6199 | |
| Anti-CID-Antikörper | AbCam | ab10887 |
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