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Artículo de método

Modulación reversible mediada por luz de la vía de la proteína quinasa activada por mitógeno durante la diferenciación celular y

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DOI:

10.3791/55823

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15 de junio de 2017

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* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe una estrategia optogenética para modular la actividad de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) durante la diferenciación celular y el desarrollo embrionario de Xenopus . Este método permite la activación reversible de la vía de señalización MAPK en el cultivo de células de mamíferos y en organismos vivos multicelulares, como los embriones Xenopus , con alta resolución espacial y temporal.

Resumen

La actividad quinasa es crucial para una plétora de funciones celulares, incluyendo proliferación celular, diferenciación, migración y apoptosis. Durante el desarrollo embrionario temprano, la actividad de la quinasa es altamente dinámica y generalizada a través del embrión. Los enfoques farmacológicos y genéticos se utilizan comúnmente para investigar las actividades de la quinasa. Desafortunadamente, es difícil lograr una resolución espacial y temporal superior usando estas estrategias. Además, no es factible controlar la actividad quinasa de una manera reversible en células vivas y organismos multicelulares. Tal limitación sigue siendo un cuello de botella para lograr una comprensión cuantitativa de la actividad de quinasa durante el desarrollo y la diferenciación. Este trabajo presenta una estrategia optogenética que aprovecha un sistema bicistrónico que contiene proteínas fotoactivables Arabidopsis thaliana criptocromo 2 (CRY2) y el dominio N-terminal de la hélice bucle-hélice-base que interactúa con criptocromo. ReversiBle de la ruta de señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) se logra a través de la translocación de proteínas mediada por luz en células vivas. Este enfoque puede aplicarse a cultivos de células de mamíferos y embriones de vertebrados vivos. Este sistema bicistrónico puede generalizarse para controlar la actividad de otras quinasas con mecanismos de activación similares y puede aplicarse a otros sistemas modelo.

Introducción

Los factores de crecimiento están involucrados en un amplio espectro de funciones celulares, incluyendo proliferación, diferenciación, migración y apoptosis, y juegan papeles cruciales en muchos eventos biológicos, incluyendo el desarrollo embrionario, el envejecimiento y la regulación del estado mental 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . Muchos factores de crecimiento señalan a través de complejas cascadas de señalización intracelular. Estos eventos de señalización son a menudo operados por la fosforilación de proteínas ....

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Protocolo

La investigación en animales se realizó de acuerdo con las pautas establecidas por el Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucionales de Illinois (IACUC) y el Departamento de Recursos Animales de la Universidad de Illinois (DAR).

1. Inducción optogenética de la localización de proteínas en BHK21 Cultura de células de mamíferos

NOTA: Los pasos 1.1-1.3 proporcionan un método para ensamblar una cámara de cultivo de células para la obtención de imágenes con objetivos de alta ampliación ( por ejemplo, 63X o 100X), que típicamente tienen distancias de trabajo cortas. Estos objetivos requieren un cubreobje....

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Resultados

Expresión Ratiométrica de pares de proteínas fotoactivables: La Figura 1A muestra el diseño de una construcción optogenética bicistrónica, CRY2-mCherry-Raf1-P2A-CIBN-CIBN-GFP-CaaX (denominada CRY2-2A-2CIBN), basada en la proteína teschovirum- 1 2A (P2A), que muestra la más alta eficiencia de omisión de ribosomas entre las líneas celulares de mamíferos [ 42] . En trabajos previos, se ha determinado que la relación óptima para CIBN-GFP-.......

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Discusión

Cuando se construye la caja de luz, se debe medir la potencia de los LED individuales. Según la experiencia anterior, la potencia de salida puede variar entre LED individuales debido a la variación de fabricación. Seleccione un conjunto de LED que tengan una potencia de salida de 10% entre sí. El número de LEDs, la resistencia de limitación de corriente y la entrada de potencia se pueden modificar para diferentes tipos de recipientes de cultivo celular ( por ejemplo, una placa de 6 pocillos o de 24 pocillos). U.......

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Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) y los Institutos Nacionales de Salud (NIGMS R01GM111816).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Cubreobjetos de vidrio VWR48393 230Sustrato para la adquisición de imágenes de células vivas
Soporte de cubreobjetos Newcomer Supply6817BSoporte para cubreobjetos
Detergente ThermoFisher16 000 104Para la limpieza de cubreobjetos
Ácido bórico Sigma-AldrichB6768-500GPara hacer tampón PLL
Tetraborato disódicoSigma-Aldrich71996-250GPara hacer   Tampón PLL
Vaso de precipitados de plásticoNalgene1201-1000Para la limpieza de cubreobjetos
Hidróxido de sodio Sigma-Aldrich221465-2.5KGPara ajustar el pH
Hidrobromuro de poli-L-lisinaSigma-AldrichP1274-500MGPara recubrimiento de cubreobjetos
Agua tratada con dietilpirocarbonato (DEPC)ThermoFisher Scientific 750024Para la preparación de ADN
Pinza de cubreobjetosTed Pella5645Manipulación de cubreobjetos
Plato de corte de pañuelosThermofisher12565321Placa de cultivo celular
Tubos de centrífuga estérilesThermoFisher12-565-271Almacenamiento tampón
Reactivo de transfecciónThermoFisherR0534Transfección
< CO>2independiente ThermoFisher 18045088Para la adquisición de imágenes de células vivas
Polidimetilsiloxano (PDMS)Ellsworth Adhesives184 SIL ELAST KIT 0.5KGForma de hacer cámara celular
Plásmido Maxiprep kitQiagen12965Preparación de plásmidos
Medio DMEMThermoFisher11965-084Componente del medio de cultivo celular
F12KMedio ThermoFisher21127022Componente del medio de cultivo celular
Suero de caballoThermoFisher16050122Componente del medio de cultivo celular
Suero fetal bovinoSigna-Aldrich12303C-500 mLComponente del medio de cultivo celular
Penicilina-Estreptomicina-GlutaminaThermoFisher10378016Componente del medio de cultivo
celular Tripsina (0,25%), rojo de fenolThermoFisher Scientific 15050065 Para la disociación de células de mamíferos
AgarosaFisher ScientificBP1356-100Para la preparación de ADN
Ficoll PM400GE Heathcare Life Sciences17-5442-02Para tampón embrionario
Clorhidrato de L-Cisteína monohidratoSigma-Aldrich1.02839.0025Preparación de ovocitos
ApaIThermoFisherFD1414Para la linealización de plásmidos
Dnase IThermoFisherAM2222Para la eliminación de la plantilla de ADN en el ensayo de transcripción in vitro
Materiales de coincidencia de índice (aceite de inmersión)ThorlabsMOIL-20LNPara hacer coincidir el índice entre el sustrato de la muestra y el objetivo
LED azulAdafruit301Fuente de luz para estimulación optogenética
Kit de resistenciasResistencia limitadora de corrienteAmazonEPC-103
Cajas de aluminioBUD IndustriesAC-401 caja deluz 
BreadBoardJekewin837654333686Para hacer matriz de LED
Cable de conexiónElectronix Express27WK22SLD25Para hacer matriz de LED
Módulo de reléJbtekSRD-05VDC-SL-CPara control de luz intermitente
Fuente de alimentación de CC TMSDCPowerSupply-LW-(PS-305D)Fuente de alimentación para silicio LED
  Potencia  CabezalThorlabsS121CPara la medición de la intensidad de la luz
Medidorde potencia ThorlabsPM100D Para la medición de la intensidad de la luz
MicroscopioLeica BiosystemsDMI8Para la adquisición de imágenes de células vivas
Cabina de bioseguridadThermoFisher1300 Series A2Para la manipulación de células
de mamíferos Incubadora de CO2ThermoFisherIsotempPara el cultivo de células de mamíferos
Microscopio estereoscópicoLeicaM60Para la micromanipulación de embriones
MicroinyectorNarishigeIM300Para microinyección de embriones
Extractor de micropipetasSutter InstrumentsP87Extractor de agujas
in vitro kit de transcripciónThermoFisherAM1340Para transcripción in vitro. El kit incluye agua libre de nucleasas, SP6 RNA  Polimerasa, mezcla de ribonucleótidos, análogo de tapa, solución de precipitación de chorro de litio y columna de centrifugación   
de purificación de ARNQiagen74104Columna de espín de membrana de sílice para la purificación de ARN sintetizado 
Horno de convecciónMTI corporation  EQ-DHG-9015curado PDMS
y contenedor de teflónTHINKYAR310Para mezclar PDMS
Oblea de siliconaUniversityWafer452Base para hacer dispositivos PDMS 
BladeTechni Edge01-801Para cortar PDMS
Vidrio capilarSutter InstrumentsBF100-58-10Para la fabricación de agujas de inyección.& nbsp;
kit Mezclador centrífugo de

Referencias

  1. Schlessinger, J., Ullrich, A. Growth factor signaling by receptor tyrosine kinases. Neuron. 9 (3), 383-391 (1992).
  2. Thisse, B., Thisse, C. Functions and regulations of fibroblast growth factor signaling during embryonic development. Dev Biol. 287 (2), 39....

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Reimpresiones y permisos

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