Dieser Artikel beschreibt ein anpassungs ex vivo - Protokoll zur Visualisierung von Ca 2+ während Eiaktivierung in Drosophila.
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Dieser Artikel beschreibt ein anpassungs ex vivo - Protokoll zur Visualisierung von Ca 2+ während Eiaktivierung in Drosophila.
Die Aktivierung der Eizelle ist ein universeller Prozess, der eine Reihe von Ereignissen umfasst, die es der befruchteten Eizelle ermöglichen, die Meiose abzuschließen und die Embryonalentwicklung zu initiieren. Ein Aspekt der Eiaktivierung, der bei allen untersuchten Organismen konserviert ist, ist eine Veränderung der intrazellulären Konzentration von Kalzium (Ca2+), die oft als "Ca2+-Welle" bezeichnet wird. Während die Geschwindigkeit und Anzahl der Schwingungen derCa2+-Welle von Spezies zu Spezies variiert, ist die Veränderung des intrazellulären Ca2+-Signals der Schlüssel zum Auslösen wesentlicher Ereignisse für die Embryonalentwicklung. Zu diesen Veränderungen gehören die Wiederaufnahme des Zellzyklus, die mRNA-Regulation, die Exozytose der kortikalen Granula und die Neuanordnung des Zytoskeletts.
Im reifen Drosophila-Ei findet die Aktivierung im weiblichen Eileiter vor der Befruchtung statt und löst eine Reihe von Ca2+-abhängigen Ereignissen aus. Hier stellen wir ein Protokoll zur Abbildung der Ca2+-Welle in Drosophila vor. Dieser Ansatz bietet ein manipulierbares Modellsystem, um den Mechanismus der Ca2+-Welle und die damit verbundenen nachgelagerten Veränderungen zu untersuchen.
Eine Änderung der intrazellulären Ca 2+ -Konzentration in Ei (Eizelle) Aktivierung ist ein konserviertes Bestandteil aller untersuchten Organismen 1,2. Dieses Ereignis löst eine breite Palette von Ca 2+ -abhängigen Prozessen des Zellzyklus und Übersetzung von gespeicherten mRNAs einschließlich Wiederaufnahme. Aufgrund dieser Anforderung für Ca 2+, hat die vorübergehende Veränderungen der intrazellulären Ca 2+ -Konzentrationen Visualisierung gewesen Zentrum des Interesses.
Historisch wurden Modellorganismen für Studien über Eiaktivierung ausgewählt basierend auf der Größe und Verfügbarkeit ihrer Eier. Verschiedene Visualisierungs Ansätze wurden verwendet , um folgen und zu quantifizieren Veränderungen der intrazellulären Ca 2+ -Konzentrationen in diesen Systemen, einschließlich: das Photoprotein Aequorin in Medaka - Fisch 3; Ca 2+ empfindliche fluoreszierende Farbstoffe wie Fura-2 in Seeigel und Hamster 4,5; und Calcium - Grün-1-Dextran in Xenopus 6.
Die Erzeugung und Verbesserung von genetisch kodierte Kalzium - Indikatoren (GeCIS) hat die Fähigkeit , Ca zu visualisieren umgewandelt 2+ Dynamik in vivo 7. Diese genetischen Konstrukte werden in spezifischen Geweben und begrenzen die Notwendigkeit für invasive Gewebezubereitungen 8 ausgedrückt.
GCaMPs sind ein grün fluoreszierendes Protein (GFP) -basierten Klasse von GeCIS , die aufgrund ihrer hohen Affinität Ca 2+ sehr effektiv gewesen sind, Signal-zu-Rausch - Verhältnis und die Kapazität zu 9-11 angepasst werden. In Gegenwart von Ca 2+ erfährt der GCaMP Komplex eine Reihe von Konformationsänderungen, wobei der Ca 2+ Bindung an Calmodulin ausgehend , dass die Ergebnisse in einer erhöhten Fluoreszenzintensität der GFP - Komponente 9.
GCaMPs wurden in der Forschung über Drosophila Neuronen zu visualisieren Änderungen in intrazellulärem Calcium 12 extensiv verwendet. Die jüngsten applicatiauf der GCaMP Technologie Ca 2+ in reifen Drosophila Eier zu visualisieren hat einen einzigen transienten Ca 2+ Welle bei Eiaktivierung 13,14 enthüllt. Die Ca 2+ Welle kann während des Eisprungs in vivo 13 oder bei höherer Vergrößerung unter Verwendung eines ex vivo - Aktivierungs - Assay 13,14 bei geringer Vergrößerung sichtbar gemacht werden. In dem ex vivo Assay werden Einzel reifen Eizellen aus den Ovarien isoliert und aktiviert , um eine hypotonische Lösung, bezeichnet als Aktivierungspuffer, der die Ereignisse in vivo Aktivierung 15-17 zu rekapitulieren gezeigt wurde.
Diese Ex - vivo - Test ermöglicht eine einfache hochauflösende Visualisierung der Ca 2+ Welle unter verschiedenen experimentellen Bedingungen einschließlich pharmakologische Unterbrechung, physikalische Manipulationen und genetische Mutanten. Dieser Artikel zeigt die Herstellung von reifen Drosophila Eier für ex vivo Aktivierung und the nachfolgende Mikroskopie die Ca 2+ Welle mit GCaMP zur Visualisierung verwendet. Dieser Ansatz kann verwendet werden , um die Initiierung und Kontrolle der Ca 2+ Welle zu testen und nachgelagerten Ergebnisse zu untersuchen.
Hinweis: Führen Sie alle Schritte bei Raumtemperatur, sofern nicht anders angegeben.
1. Vorbereitung für Dissection
Hinweis: Die beschriebenen Schritte sind hier in Übereinstimmung mit E. Gavis, Princeton University & Weil et. al. 18. Führen Sie die folgenden Schritte zwei Tage vor Bildgebung.
2. Präparieren Drosophila Ovarien
Anmerkung: Die beschriebenen Schritte sind hier gemäß Weil et. al. 18.
3. Isolierkanne Einzelne Ältere Eier
4. Vorbereitung für Imaging
5. Imaging Ex Vivo Eiaktivierung
6. Nach der Akquisition Bildverarbeitung
Hier haben wir gezeigt , wie reif Drosophila Eier für ex vivo Aktivierung vorzubereiten. Eier Exprimieren eines GECI ermöglichen Abbildung von Ca 2+ Dynamik bei Ei - Aktivierung und den Beginn der Embryonalentwicklung (Abbildung 1). Es sollte , daß auf der GCaMP je bemerkt werden , verwendet, und zwar das Vorhandensein einer Myristoylgruppe, Ergebnisse haben kann leichte qualitative Unterschiede 13 14. Wir haben auch eine Rolle für die funktionelle Aktin während Ei Aktivierung durch die Zugabe eines Inhibitors der Aktin - Polymerisation nachgewiesen, Cytochalasin D, auf den Aktivierungspuffer (Abbildung 2) 14.
Eine Voraussetzung für das Zytoskelett bei Eiaktivierung konserviert. In C. elegans, nach der Befruchtung werden Zytoskelett - Komponenten neu organisiert 21,22 die Ein-Zellen Embryo zum ersten asymmetrischen Teilung vorzubereiten. In Seeigel, Störung der cytoskeletal Umorganisation nach Aktivierung wurde durch Verhindern kontraktilen Ringbildung 23 in den Zellzyklus zu beeinflussen , gezeigt. Die Rolle von Aktin in vermittelnde bleibt ein Ca 2+ Welle und ihrem stromabwärtigen Funktion bei Eiaktivierung in Drosophila vollständig aufgeklärt werden.
In Drosophila, Co-Visualisierung der Ca 2+ Wellen- und Aktin - Zytoskelett können mit dieser ex vivo - Aktivierungs - Assay erreicht werden. Zeitreihen von mehreren Kanälen kann der intrazellulären Ca erworben und Dynamik werden 2+ kann mit Änderungen in Actin - Organisation in der Eizelle (Abbildung 3) angepasst werden.

Abb . 1: A Single Ca 2+ Welle von Drosophila Eiaktivierung Zeitreihe von ex vivo reifen Drosophila Ei exprimierenden UASt- myrGCaMP5 nach dem einddition der Aktivierungspuffer (AH). Der Anstieg der cytoplasmatischen Ca 2+ entsteht am hinteren Pol (B) und pflanzt (BF) mit einer mittleren Geschwindigkeit von ungefähr 1,5 & mgr; m / sec. Initiierung der Welle wird in der Regel innerhalb von 3 min von der Zugabe von Aktivierungspuffer beobachtet. Nach der Aktivierung liefert die intrazellulären Calciumspiegel des reifen Eizelle Voraktivierung Ebenen (G, H). Siehe ergänzende Film 1 (Gesamtzeit 33 min). Maßstabsbalken = 50 um. Max Projektion = 40 & mgr; m. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2: Die Zugabe von Cytochalasin D zu Activation Buffer stört Ca2+ Wellenausbreitung. Zeitreihe von ex vivo reifen Drosophila Ei UASt- myrGCaMP5 exprimierenden Puffer nach Zugabe von Aktivierungs 10 ug / ml Cytochalasin D Endkonzentration (AH) enthält. Während der Ca 2+ Welle am hinteren Pol (A) eingeleitet wird, beeinträchtigt wird , und erreicht nicht die anteriore des Eies (F) (weiße Pfeilspitzen bezeichnen die Vorderseite der Welle). Keine weiteren Änderungen Ca 2+ wurden über 30 min beobachtet). Siehe ergänzende Film 2 (Gesamtzeit 30 min). Maßstabsbalken = 50 um. Max Projektion = 40 & mgr; m. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3: Die gleichzeitige Visualisierung von Actin und Ca 2+ bei Egg Aktivierung in Drosophila. Zeitreihe von ex vivo reifen Drosophila Ei exprimierenden UASt- myrGCaMP5 (Cyan) und UASP -F-Tractin.tdTomato (Magenta) nach Zugabe von Aktivierungspuffer (AH). Die Ca 2+ Welle von dem hinteren Pol initiiert und stellt , wie in Fig . 1 erscheint Actin im Laufe der Zeit zu ändern, weiße Pfeilspitzen (A vs H). Der Mangel an Ca 2+ Signaldetektion in der Mitte des reifen Eizelle ist auf die Bewegung der Probe während der Bildaufnahme durch. Maßstabsbalken = 50 um. Max Projektion = 40 & mgr; m. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Der erste kritische Schritt in diesem Protokoll ist die Isolierung der reifen Eizellen ohne Beschädigung. Dies kann durch sanftes Manövrieren der Eier mit der Präpariersonde erreicht werden. Die Übung wird es ermöglichen, diese Manipulation ohne Beschädigung der Eier durchzuführen. Ein zweiter entscheidender Schritt besteht darin, den Verlust der Probe zu vermeiden, wenn Aktivierungspuffer auf das reife Ei in Öl aufgetragen wird. Das Auftragen des Aktivierungspuffers sollte langsam und ohne Kontakt mit dem Deckglas erfolgen. Dieser Schritt kann eine Herausforderung darstellen, wenn die Mikroskopeinrichtung keinen einfachen Zugang zur Probe ermöglicht. Es ist ratsam, bewegliche axilläre Teile des Mikroskops, wie z. B. einen Temperaturinkubator, zu verschieben.
Modifikationen an diesem Protokoll können vorgenommen werden, um andere fluoreszenzmarkierte Faktoren anstelle von Ca2+ bei der Eiaktivierung sichtbar zu machen. Allgemeiner gesagt, könnten verschiedene Stadien der Drosophila-Entwicklung oder die Ergebnisse der Zugabe eines anderen Puffers mit diesem Protokoll analysiert werden.
Eine Fehlerbehebung kann erforderlich sein, wenn die Einstellungen am Mikroskop nicht optimal sind, um das Signal der Probe sichtbar zu machen. Dies kann durch Erhöhen oder Verringern der Laserleistung, Ändern des Erfassungsbereichs und Anpassen der Z-Stack-Parameter erreicht werden. Ein weiteres Problem könnten sein, dass sich Eier nach der Zugabe von Aktivierungspuffer ständig aus dem Sichtfeld bewegen. Wenn dies regelmäßig passiert, lassen Sie die reifen Eier für einen längeren Zeitraum, 15 bis 20 Minuten, auf den Deckgläsern liegen. Beachten Sie, dass die Verwendung eines Öls mit höherer Viskosität die Verdrängung des Öls durch Aktivierungspuffer verändert.
Diese hier vorgestellte Technik ist begrenzt durch den Arbeitsabstand des Objektivs, die Dehydrierung der reifen Eizellen und die Möglichkeit, die reifen Eizellen ohne Beschädigung zu sezieren. Im Vergleich zu in vivo bildgebenden Verfahren, bei denen die reife Eizelle die erwachsene Frau durchläuft und abgelegt wird 13, ermöglicht unsere Methode jedoch eine höhere räumliche Auflösung, die Möglichkeit, die reife Eizelle vor der Aktivierung physisch zu manipulieren und die Rolle der Eizellaktivierung ohne Befruchtung zu testen.
Es gibt viele potenzielle zukünftige Anwendungen dieser Technik, einschließlich des Testens von Reporterkonstrukten auf zelluläre Komponenten bei der Eiaktivierung und der Visualisierung der Ca2+ -Welle in mutierten Hintergründen 14,24. Zusammen mit experimentellen und genetischen Werkzeugen ermöglicht der hier vorgestellte ex vivo Ei-Aktivierungs-Assay die Untersuchung des Auslösers, der Ausbreitung und der nachgeschalteten Effekte der universell konservierten Ca2+ -Welle.
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Wir sind dankbar, dass Laura Bampton, Alex Davidson, Richard Parton, Arita Acharya für die Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts; Mariana Wolfner für Diskussionen über die Ei-Aktivierung; Matt Wayland für die Bildgebung zu unterstützen; und Nan Hu für die allgemeine Unterstützung im Labor.
Diese Arbeit wurde von der University of Cambridge, ISSF TTW [Gewährungsnummer 097814] unterstützt.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Trockenhefe | Fleischman' s | #2192 | |
| Präpariermikroskop | Leica | MZ6 | Verschiedenes funktioniert |
| Lampe | Mircotec Faseroptik | MF0-90 | Verschiedenes funktioniert |
| Medizinische Tücher | Kimberly-Clark Corporation | KLEW3020 | |
| Marker | Stabilo | 841/46 | OHPen universal, schwarz - in den meisten stationären Geschäften erhältlich. Superfeine Breite 0,4 mm |
| CO2 Polster | Genesee Scientific | 59-114 (789060 Dutscher) | |
| Deckglas Nr. 1.5, 22 x 50 mm | International- Nr. 1-VWR Cat=631-0137-22-50mm | Menzel-Glaser-22-50mm-MNJ 400-070T | |
| Halogenkohlenwasserstofföl, Serie 95 | Halocarbon Products Corp. | Vertrieb in Europa: | |
| Solvadis (GMBH) | |||
| Öl 10 S | VWR Chemicals | 24627.188 | Kann anstelle von Halogenkohlenwasserstofföl verwendet werden, Serie 95 |
| Pinzette | Fine Science Tools | 11252-00 | Obwohl diese Werkzeuge sauber sein sollten, ist die Verwendung eines Autoklaven nicht erforderlich, Ethanol wäre ausreichend. |
| Probe | Fine Science Tools | 10140-01 | |
| Glaspipette | Fisherbrand, | FB50251 | Pasteurpipetten, Glas, unplugged, 150 mm Länge |
| Fläschchen | Regina Industries | P1014 | GPPS 80 mm x 25 mm |