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Ein detailliertes Protokoll zur Verwendung von D. melanogaster als Modell zur Untersuchung der wundinduzierten Polyploidisierung (WIP) ist vorgesehen. Dieses Wundheilungsmodell bietet viele Vorteile gegenüber Säugetier- und anderen Fliegenmodellen von WIP. Polyploidie wurde leicht durch eine mechanische Punktion mit einem Insektenstift induziert und polyploide Zellen wurden innerhalb kurzer Zeit erzeugt (2-3 dpi) (Abbildung 1A, 1B)4. Die größte Herausforderung ist die Zerlegung des intakten Bauchgewebes ohne Störungen des Epithels. Das D. melanogaster Epithel wird leicht versehentlich mit den scharfen Sezierwerkzeugen gestoßen oder zerkratzt. Daher sollten die Schritte dieses Protokolls vor der Verwendung und Analyse geübt werden.
Erstens beschränkte sich die Verletzung auf den ventralen weiblichen Bauch, der einen großen, flachen undurchsichtigen Gewebebereich bietet, der ideal für die Bildgebung ist. Die Stichwunden wurden im Pleuritepithel zugefügt, das auf beiden Seiten der ventralen Mittelliniensterniten liegt und zwischen tergiten (T) Segmenten T4-T5 (Abbildung 1A-C) ausgerichtet ist. Diese Wundplatzierung bietet einen großen sichtbaren Bereich, der nicht durch die Sezierung gestört wird. Anspruchsvolle Schritte sind der Bauchfederschereschnitt und die Pinning-Schritte (Abbildung 1D, 1E). Der Federschnittschritt funktionierte am besten, wenn die Bauchmuskeln in einem reduzierten Volumen von Graces Lösung geschnitten wurden (30 ,L), um die Gewebebewegung zu verringern. Ein gut zentrierter Schnitt entlang der dorsalen Mittellinie war notwendig, um genügend Fläche auf den Bauchdorsalklappen zur Verfügung zu stellen, um sich auf der Sezierplatte zu öffnen (Abbildung 1C). Der Bauch muss ohne übermäßige Kraft vorsichtig an den vier Ecken fixiert werden (Abbildung 1E). Ein zu harter Stiftschub verzerrt das Bauchgewebe und könnte das Gewebe sogar in die Sezierplatte schieben. In diesem Fall muss das Gewebe entsorgt werden. Sobald das Bauchgewebe fixiert war, blieb es auf der Sezierplatte, bis die Immunfluoreszenzfärbung abgeschlossen war und die Bauchmuskeln auf einem Glasdeckel für die Bildgebung montiert waren (Abbildung 1F).
Die Wundheilung erfordert eine kontinuierliche Epithelplatte, die von Endoreplikation und Zellfusion abhängig ist4,16. Das Septat-Knotenprotein FasIII, das Zell-Zell-Verbindungen kennzeichnet, lieferte einen Indikator dafür, ob während der Vorbereitung Verarbeitungsstörungen aufgetreten sind (Abbildung 1G, 1H). Abdomen mit großen Kratzern (unbefleckter Bereich), die den Wundbereich stören, müssen entsorgt werden und wurden nicht für weitere Analysen verwendet (Abbildung 1H).
Der nächste Schritt bestand darin, intakte Proben auf Fehler in WIP zu analysieren. Dieses Protokoll enthält verschiedene Assays, um verschiedene Aspekte der WIP-Antwort zu erkennen (Abbildung 2). Die Wundreparatur war abgeschlossen, als eine zentrale, große, mehrkernige Zelle den Wundschorf bedeckte (Abbildung 3A). Hier wurde die Zellfusion durch Färbung für FasIII/Grh und Quantifizierung der Anzahl der Grh+ Epithelkerne, die im FasIII umrissenen Bereich4umfassten, nachgewiesen. Defekte im Wundverschluss oder bei der Reepithelisierung wurden festgestellt, wenn Lücken von >10 m im Epithelblatt beobachtet wurden(Abbildung 3B,roter Pfeil). Dies war z.B. der Fall, als WIP durch die Aktivierung des mitotischen Zyklus durch Expression von stg, fzrRNAigehemmt wurde, wie kürzlich berichtet16. In diesem genetischen Zustand waren 52% der Wunden nicht in der Lage, ein kontinuierliches Epithelblatt über dem Wundschorf zu bilden (Abbildung 3B, 3C).
Eine weitere Methode zur Messung der Wundreparatur in diesem Modell bestand darin, die Epithelmembran mit Epi-Gal4-Expression von UAS-mCD8-ChRFP4 zu visualisieren (Abbildung 2, Abbildung 3D). In der Kontrolle schlossen sich 91% der Epithelwunden vollständig durch 3 dpi, hemmten aber WIP durch Blockierung der Endoreplikation (E2f1RNAi) und zellfusion (RacDN) gleichzeitig, wie bereits berichtet, verursachten 92% der Epithelwunden völlig offen (Abbildung 3D, 3E)8,16. Die Aktivierung des mitotischen Zellzyklus durch Expression von stg, fzrRNAi führte auch zu einem epithelialer Wundverschlussdefekt. Durch die Visualisierung der Epithelzellmembran konnte jedoch das Ausmaß des Reepithelisierungsfehlers bestimmt werden. Die WIP-Mutation (E2f1RNAi, RacDN) Fliegenwunden waren offener als die stg, fzrRNAi Wunden (Abbildung 3D, gestrichelter roter Umriss)16. Dieser Membran-Wundheilungstest lieferte weitere Informationen über das Ausmaß des Wundreparaturfehlers. Infolgedessen konnten Reepithelisierungsfehler entweder als vollständig offen, teilweise geschlossen (d. h. >10 m Lücken) oder vollständig geschlossen gruppiert werden (Abbildung 3D, 3E).
Neben der Zellfusion wachsen Epithelzellen durch Endoreplikation in der Größe, einem unvollständigen Zellzyklus, der den Kern-DNA-Gehalt verdoppelt. Die Endoreplikation wurde sowohl durch die Zellzyklusaktivität als auch durch direkte Kern-DNA-Ploidie-Messungen(Abbildung 2 und Abbildung 4)durchgeführt. Hierbei wurde die Zellzyklusaktivität durch Einbeziehung des Thymidin-Analogas EdU (Abbildung 4A, 4B) nachgewiesen. D. melanogaster Epithelzellen traten in den Endzyklus ein, ein unvollständiger Zellzyklus, der zwischen den S- und G-Phasen ohne eine dazwischenliegende M-Phase4,12oszilliert. Die erwachsene D. melanogaster Diät wurde vor der Verletzung mit EdU+ Nahrung ergänzt und die Fliegen wurden auf einer EdU+ Diät bis zur Zerlegung bei 2 dpi aufrechterhalten (Abbildung 4A). Die EdU wurde dann mit dem Click-iT-Protokoll des Herstellers erkannt. Dieser EdU-Assay wurde verwendet, um zu bestimmen, wo, wann und wie viele Kerne ausgelöst wurden, um in die S-Phase als Reaktion auf eine Wunde einzutreten. Mit Dem Gal4/ UAS-System wurde kürzlich festgestellt, dass epitheliale spezifische Expression von myc entweder die Kompetenz von Epithelzellen blockieren ( myc RNAi ) oder die Kompetenz von Epithelzellen, in die S-Phase einzutreten, verstärken kann (mycRNAi). Als Ergebnis hat sich gezeigt, dass Myc ausreichend ist, um Endoreplikation in postmitotischen Zellen zu induzieren, auch ohne Verletzung16,22.
Als nächstes wurde die epitheliale Ploidie durch direkte Messung des Kern-DNA-Gehalts bestimmt. Epithelkerne wurden durch Immunfluoreszenzfärbung für den epitheliaalspezifischen Marker Grh (Abbildung 4D) identifiziert. In der Fidschi-Bildgebungssoftware wurden Epithelkerne systemisch identifiziert und dann mit Grh-Atomflecken angeschneit. Die Kerne wurden dann getrennt und die ROIs auf die SUMME der Stapel DAPI-Bild überlagert(Abbildung 4D,grüner Pfeil). Alle überlappenden Kerne wurden manuell gelöscht, bevor die integrierte Dichte der ausgewählten Kerne gemessen wurde(Abbildung 4D, rote Pfeile). Diese halbautomatische Methode ermöglicht es, die Verteilung und Ploidie der meisten Kerne im gesamten unverletzten und reparierten Fliegenabdominalepithel8zu quantifizieren. Wie kürzlich berichtet, setzten sich die epitheliale Kerne, die die Wunde umgaben, aus 44% polyploiden Kernen mit einem DNA-Gehalt von mehr als 3C bei 3 dpi zusammen (Abbildung 4E, 4F)16. Wie von den EdU-Ergebnissen erwartet, führte der Knockdown von myc zu einem signifikanten Block in der Endoreplikation, da nur 9% der Epithelkerne polyploid waren, während eine Überexpression von Myc zu 100% polyploiden epitheliale Kerne um die Wundstelle führte (Abbildung 4F)16. Epithelkerngröße wurde auch sichtbar durch myk-Expression mit entweder reduzierten oder vergrößerten Kernen beeinflusst. Der Kernbereich ist jedoch kein genaues Maß für die Ploidie und physiologische Wirkungen, da Faktoren wie die Zelldehnung auch die nukleare Größe beeinflussen können, ohne den Kern-DNA-Gehalt zu beeinflussen20.

Abbildung 1: Erwachsene Früchte fliegen Bauchwunden, Sezieren und Gewebemontage. (A) Diagramm des erwachsenen Bauchwundenassays. Fliegen sollten auf beiden Seiten des Bauches bei Tergite 4 (T4) verletzt werden. (B) Erwachsene weibliche Fruchtfliege 3 dpi mit Melanin-Schorf aus Wundheilung gebildet (weiße Box). Skala bar = 50 m. (C) Sezierter Abdomen für Erwachsene, dorsale Ansicht, mit Tergiten beschriftet. Abdomen wurden auf der Mittellinie der dorsalen Seite (weiße gestrichelte Linie) abgefüllt. Skala bar = 50 m . (D) Sezierte und filetierte erwachsene Bauchvorstufen vor dem Anheften. Skala bar = 50 m. (E) Gepinnter erwachsener Bauch auf einer Sezierender Platte. In jeder der vier Ecken des Bauches wurde auf der Rückenseite eine Stecknadel platziert. Das Gewebe wurde sanft geöffnet, aber nicht gedehnt, um Einreißen zu vermeiden. (F) Erwachsene Bauchmuskeln wurden montiert und auf einem Glasdeckel mit der Innenseite des Bauches nach unten zu dem Deckelschlupf und Nagelhaut in Richtung der Glasrutsche ausgerichtet platziert. (G) FasIII Färbung der intakten Wundfläche ohne Verarbeitungsstörung und einer zentralen Syncytium (gestrichelte gelbe Linie). Skala bar = 50 m . (H) Bild einer zerkratzten Wundfläche (*) mit einem ungefärbten FasIII-Bereich, der das Syncytium stört. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: WIP-Analyseworkflow. Das Flussdiagramm zeigt die drei in dieser Studie beschriebenen Assays sowie überlappende und unterschiedliche Schritte zum Erkennen und Messen der WIP-Antwort. Der EdU-Test misst die Zellzyklusaktivität (blaue Kästen), Ploidie und Reepithelisierung werden durch Grh/FasIII-Immunostainierung (grüne Boxen) nachgewiesen, und die Expression von Membran-RFP ermöglicht die Messung des Ausmaßes des epitheliaalen Wundverschlusses (rosa Boxen). Häufige Schritte sind in grauen Boxen und D. melanogaster Stamm Genotypen sind oben aufgeführt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Methoden zum Nachweis der Reepithelisierung während des WIP. Die Reepithelisierung war gestört, als WIP genetisch gehemmt wurde. Immunfluoreszierende Bilder der Kontrolle (A) und stg, fzrRNAi (B) bei 3 dpi. Epithelkerne und Septat-Kreuzungen wurden mit Grh (grün) bzw. FasIII (Magenta) befleckt. (A' und B') FasIII Färbung allein zeigte, dass die Reepithelisierung beeinträchtigt war (roter Pfeil) in stg, fzrRNAi epithelium. Skala bar = 50 m . (C) Quantifizierung von Reepithelisierungsdefekten (%) bei 3 dpi (grau): Steuerung (n = 8), stg, fzrRNAi (n = 6). Fehlerbalken zeigen Standardfehler an; die statistische Signifikanz wurde mit dem T-Test des Schülers gemessen, **P < 0,01. Eine Reepithelisierung während der Wundreparatur konnte auch durch Expression eines membrangebundenen RFP mit Epi-Gal4, UAS-mCD8-RFP nachgewiesen werden. (D) Immunfluoreszenzbilder der Kontrolle, E2F1RNAi, RacDNund stg, fzrRNAi bei 3 dpi. Skalenbalken = 20 m. Wundschorf (gelber Umriss) und offener epithelialen Wundbereich (roter Umriss). (E) Quantifizierung des Wundverschlusses in Strg (n = 11), E2F1RNAi, RacDN (n = 13) und stg, fzrRNAi (n = 13). Nach Grendler et al.16. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Methoden zum Erkennen der Endoreplikation während des WIP. (A) Zeitleiste des EdU-Assays: Erwachsene Drosophila wurden 2 Tage vor der Verletzung täglich 2 Tage vor der Verletzung mit 75 l von 5 mM Hefe-EdU gefüttert und bis 2 dpi fortgesetzt. (B) Immunfluoreszenzbilder des EdU-Etiketts in Fliegenstämmen, ausgedrückt mit Epi-Gal4/ UAS-System bei 2 dpi. Wundschorf (W). Skala bar = 50 m. (C) Durchschnittliche Anzahl der EdU+ Epithelkerne pro Fliege bei 2 dpi: Strg (n = 37), mycRNAi 1 (n = 10) und Myc (n = 8). Fehlerbalken zeigen Standardfehler an; Die statistische Signifikanz wurde mit dem T-Test des Schülers gemessen, *P < 0,05, **P < 0,01. (D) Schematic der Detektion und Messung der epitheliaalen Kernploidie. Epithelkerne wurden durch den Anti-Grh-Fleck in Fidschi identifiziert und angeschneit. Überlappende Epithelkerne wurden getrennt (grüne Pfeilspitzen) oder entfernt (rote Pfeilspitzen), wenn sie von nichtepitheliaalen Kernen überlagert wurden. Die integrierte Dichte und der Kernbereich des entsprechenden DAPI-Buntkernbildes wurden gemessen. (E) Epithelatomgröße (Grh) wurde durch myc-Expression bei 3 dpi verändert. (F) Epitheliale Kernploidie (%) bei 3 dpi: Strg (n = 4), mycRNAi 1 (n = 6) und Myc (n = 3). Nach Grendler et al.16. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.