RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
Spanish
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
El análisis del ciclo celular con etiquetado de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU) y fosfo-histona H3 (pH3) es un procedimiento de varios pasos que puede requerir una optimización extensa. Aquí, presentamos un protocolo detallado que describe todos los pasos para este procedimiento, incluido el análisis de imágenes y la cuantificación para distinguir las células en diferentes fases del ciclo celular.
El análisis de progresión del ciclo celular in vivo se realiza rutinariamente en estudios sobre genes que regulan la mitosis y la replicación del ADN. La 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU) se ha utilizado para investigar la progresión replicativa/fase S, mientras que los anticuerpos contra la fosfo-histona H3 se han utilizado para marcar núcleos y células mitóticas. Una combinación de ambas etiquetas permitiría la clasificación de las fases G0/G1 (fase Gap), S (replicativa) y M (mitótica) y serviría como una herramienta importante para evaluar los efectos de los derribos de genes mitóticos o mutantes nulos en la progresión del ciclo celular. Sin embargo, los reactivos utilizados para marcar las células marcadas con EdU son incompatibles con varias etiquetas fluorescentes de anticuerpos secundarios. Esto complica la inmunotinción, donde se utilizan anticuerpos primarios y secundarios marcados para marcar las células mitóticas con pH3 positivo. Este artículo describe un protocolo paso a paso para el etiquetado dual de EdU y pH3 en células madre neurales larvales de Drosophila, un sistema utilizado ampliamente para estudiar los factores mitóticos. Además, se proporciona un protocolo para el análisis y cuantificación de imágenes para asignar células etiquetadas en 3 categorías distintas, G0 / G1, S, S>G2 / M (progresión de S a G2 / M) y M fases.
El ciclo de división celular comprende una fase G1 (primera fase de brecha), una fase replicativa/S, una G2 (segunda fase de brecha) y una fase M (mitótica). Al pasar por estas fases, la célula sufre cambios dramáticos en la transcripción celular, la traducción y la reorganización de la maquinaria citoesquelética1,2. En respuesta a las señales ambientales y de desarrollo, las células pueden dejar de dividirse temporalmente y volverse inactivas (G0) o diferenciarse y dejar de dividirse permanentemente3. Otros escenarios, como el daño al ADN, pueden causar diferenciación prematura o apoptosis3,4. La respuesta a tales señales está mediada por puntos de control del ciclo celular, que actúan como un sistema de vigilancia para garantizar la integridad de los procesos celulares esenciales antes de que la célula se comprometa con la siguiente fase del ciclo de división5. Por lo tanto, los estudios sobre genes que regulan la replicación del ADN, los puntos de control y la maquinaria mitótica deben analizar los posibles defectos de progresión del ciclo celular que pueden ocurrir en las células mutantes o en el derribo de siRNA de estos genes. Además, tales análisis pueden emplearse para probar la salud celular general, así como las respuestas celulares al tratamiento farmacológico.
La 5-bromo-2'-desoxiuridina (BrdU) es un análogo de la timidina que se incorpora al ADN durante la replicación6. Este método se utilizó ampliamente para identificar células en fase S. Sin embargo, las células se someten a duros procedimientos de desnaturalización del ADN para permitir la detección de BrdU mediante el uso de anticuerpos anti-BrdU6. Este tratamiento severo puede dañar los epítopos celulares e impedir una mayor caracterización de la muestra a través de la inmunotinción. La incorporación de EdU y la posterior detección mediante una "reacción de clic" catalizada por cobre con colorantes de azida pequeños, permeables a las células y marcados fluorescentemente elimina la necesidad de procedimientos de desnaturalización severos7. Este método, por lo tanto, surgió como una alternativa más práctica a la incorporación de BrdU.
Además, pH3 se ha descrito como un marcador fiable para las células de fase mitóticas/M8. La histona H3 es una proteína histona central asociada al ADN que se fosforila alrededor de la fase G2 tardía a la fase M temprana y se desfosforila hacia el final de la anafase8. Se pueden utilizar varios anticuerpos comerciales para detectar pH3 utilizando protocolos estándar de inmunotinción. Por lo tanto, la tinción dual de EdU y pH3 permitiría la detección de células en fase S y fase M. Además, las células en la fase G1 y G2 temprana no se tiñen positivamente para ninguno de los marcadores.
Las células madre neurales o neuroblastos (NB) de Drosophila ofrecen un modelo de células madre bien caracterizado en el que las células se dividen asimétricamente para producir una NB autorrenovadora idéntica y una célula madre ganglionar (GMC), que está destinada a la diferenciación9. Además, varias herramientas genéticas y anticuerpos específicos de NB hacen que este sistema sea adecuado para la manipulación genética y las imágenes de células vivas. En consecuencia, varios estudios han utilizado NB para estudiar genes que regulan las divisiones asimétricas y la determinación del destino celular9. Existen distintas poblaciones de NB en el cerebro central (CB) y el lóbulo óptico (OL) del cerebro larvario9; Se utilizaron NB CB para el estudio actual. Estas terceras larvas de CB NB son células grandes que también son adecuadas para estudiar los factores que regulan el ensamblaje del huso mitótico. Un protocolo para analizar los defectos de progresión del ciclo celular sería una herramienta vital en tales estudios.
Los protocolos publicados anteriormente empleaban kits comerciales, como Click-iT EdU Alexa Fluor Cell Proliferation Kit, que proporcionan varios componentes de reacción y colorantes de azida etiquetados con una variedad de tintes Alexa Fluor para la incorporación y detección de EdU10. Sin embargo, los reactivos suministrados con tales kits no son compatibles con algunas etiquetas fluorescentes que a menudo se usan con anticuerpos secundarios. Este kit de detección EdU (Click-iT EdU Alexa Fluor Cell Proliferation Kit suministrado con el colorante de azida conjugada Alexa Fluor 647) se probó en NB larvales de Drosophila tercer instar, y se intentó la tinción conjunta con anticuerpos contra pH3 y Miranda, un marcador para NB. Además, se utilizaron anticuerpos secundarios marcados con Alexa Fluor 568 o Cy3 para la detección del etiquetado de Miranda en la membrana plasmática denbs 11. Sin embargo, la intensidad esperada de la señal y el patrón de tinción (resultados no publicados) no se observaron con estos anticuerpos secundarios cuando se realizó la inmunotinción después de la detección de EdU.
Para la incorporación de EdU, el protocolo descrito por Daul y sus colegas requirió la alimentación de las larvas con medio Kankel-White mezclado con EdU y azul de bromofenol (BPB)10. Las larvas se alimentaron de los alimentos con picos de EdU y BPB, que se podían ver por su color azul al ingerirlos en el intestino larvario. Aunque este método se utilizó para la incorporación de EdU en mms19 pérdida de función(Mms19P)tercera larva instar, las larvas mms19P aparentemente no se alimentaron ya que apenas se detectó color azul en el intestino larvario (resultados no publicados). Las larvas de Mms19P muestran deformidades drásticas del desarrollo y eventualmente se detienen en la tercera etapa de instar. Esto puede afectar de alguna manera el comportamiento de alimentación de las larvas de la tercera instar y hacer que el protocolo de alimentación EdU no sea adecuado para tales casos.
Después de estudiar la literatura disponible y trabajar extensamente en la estandarización de pasos esenciales, se propuso un enfoque alternativo para el doble etiquetado EdU / pH3 en Drosophila NBs, que no requiere alimentar EdU a las larvas. Un estudio previo empleó tinción dual EdU/pH3 para analizar el ciclo celular en NB, pero no presentó un protocolo detallado4. Esto presenta un obstáculo innecesario para los laboratorios que intentan implementar este método. Además, evaluar la compatibilidad de varios reactivos con el kit EdU y realizar una mayor optimización puede ser un proceso que consume mucho tiempo. Este artículo presenta un protocolo paso a paso que cubre la incorporación de EdU en cerebros larvales disecados e inmunotinción con anticuerpos anti-pH3, seguido de microscopía confocal y análisis de imágenes para asignar NB a cuatro categorías distintas: fase G0 / G1, fase S, S>G2 / M (progresión de S a G2 / M) y fase M. Se describen los pasos que necesitan optimización y se proporcionan consejos para el análisis de imágenes de grandes conjuntos de datos. Además, se analiza la lectura de EdU/pH3 en NB de tipo salvaje y se compara con los NB mms19P, que recientemente se informó que mostraban un retraso en el ciclo celular11.
1. Preparación de reactivos y existencias para el ensayo Click-it EdU
NOTA: Consulte la Tabla de materiales y la Tabla 1 para obtener detalles sobre el kit y los reactivos suministrados con el kit.
2. Disección de cerebros larvales de tercer instar e incorporación de EdU
NOTA: El protocolo para las disecciones cerebrales ha sido descrito previamente12. Antes de comenzar las disecciones, asegúrese de que se preparan y descongelan cantidades suficientes de las soluciones de EdU y PFA como se describe en los puntos 2.6 y 3.1.
3. Fijación e inmunotinción
4. Detección de EdU, tinción de ADN y montaje
5. Imágenes
NOTA: Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles sobre el microscopio de barrido láser y el objetivo de inmersión en aceite utilizado en este protocolo.
6. Análisis de imágenes
NOTA: Los siguientes pasos describen el análisis de las imágenes adquiridas y cómo clasificar las células en fase G0/G1, fase S, S>G2/M (progresión de S a G2/M) y fase M utilizando el software ImageJ.
El cerebro larvario bilobulado de Drosophila tercer instar se ha utilizado como sistema modelo para estudiar los procesos celulares y de desarrollo fundamentales9. El objetivo del presente estudio fue presentar un protocolo para el análisis de la progresión del ciclo celular en NB marcados con EdU y pH3 de la región CB(Figura 1). Los CB NB se subdividen en tipo I y tipo II, y muestran el patrón de división asimétrica característico9. Cada división NB tipo I genera un NB, que es capaz de autorrenovarse, y otro GMC que está destinado a la diferenciación9. Por el contrario, los NB de tipo II generan células progenitoras neurales (INP) inmaduras que amplifican el tránsito y se autorrenovan y generan 2 GMC9. Aunque existe una población distinta de NB en la región OL, este estudio se centró en los CB NB, que son grandes y fácilmente identificables con marcadores específicos de NB.
Para este estudio, Miranda fue utilizado para identificar y analizar cbNBs (Figura 2). Aunque Miranda también tiñe otras poblaciones celulares en el OL, los CB NB se pueden identificar con Miranda debido a su gran tamaño y ubicación CB13. Otros marcadores más específicos también se pueden usar para etiquetar CB NB, como Deadpan, que es un factor de transcripción que regula la autorrenovación de NB. Sin embargo, como tanto el pH3 como la EdU marcan la cromatina, se utilizó el marcador de membrana Miranda para facilitar la visualización y el análisis de nbis marcados con pH3 y EdU. La incorporación de EdU, la detección posterior y la caracterización posterior mediante inmunotinción y análisis de imágenes es un procedimiento complejo. Es importante estandarizar cada paso para determinar las condiciones óptimas de tinción e imágenes. Aunque algunos informes publicados presentan estrategias de etiquetado EdU/pH3, estos informes no detallan los pasos de optimización y análisis de imágenes. El flujo de trabajo descrito en la Figura 1 resume los pasos desde la incorporación de EdU hasta el análisis de imágenes.
Recientemente caracterizamos el gen Mms19, que es requerido por los NB para la progresión mitótica normal11. A través de análisis de imágenes de células vivas, se demostró que los NB que carecen de Mms19 funcional tardan el doble de tiempo que los NB de tipo salvaje en terminar la mitosis. Esto se reflejó claramente en el análisis EdU/pH3 en el que se encontró que una proporción significativamente mayor de NB Mms19P estaba en la fase M en comparación con los NB de tipo salvaje (Figura 3A). Se ha demostrado que la expresión de la proteína de fusión Mms19::eGFP en el fondo de Mms19P rescata defectos fenotípicos11,15. Esto se correlacionó bien con los resultados del análisis de progresión del ciclo celular en el que la proporción de células en fase M fue rescatada a niveles de tipo salvaje en la expresión de Mms19::eGFP en el fondo de Mms19P (Figura 3A,B).

Figura 1: Un flujo de trabajo simplificado para el etiquetado dual EdU/pH3. Los cerebros larvales del tercer instar fueron diseccionados e incubados con 100 μM EdU durante 2 h. Posteriormente, el tejido cerebral se fijó con PFA e inmunoteñó con anticuerpos contra Miranda y pH3. Las imágenes de los cerebros teñidos se obtuvieron en un microscopio confocal y se procesaron con ImageJ / Fiji para asignar células a diferentes fases del ciclo celular. Abreviaturas: EdU = con 5-etinil-2'-desoxiuridina; pH3 = fosfo-histona H3; PFA = paraformaldehído; SM = medio de disección de Schneiders; PBS = solución salina tamponada con fosfato; PBST = PBS + 0,3% detergente no iónico; BSA = albúmina sérica bovina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Asignación de células a G1/G0; S; Fases S>G2/M y M. Las células progresan a través de las fases G1, S, G2 y M para completar un ciclo celular completo. Los NB CB de los cerebros larvales del tercer instar errante se marcaron con Miranda (rojo), EdU (gris), pH3 (verde) y el ADN se etiquetó con Hoechst 33342 (azul). Los NB etiquetados se analizaron en ImageJ y se asignaron a 4 fases distintas en función de si se tiñeron positivamente para (A) ni EdU ni pH3 (G1 / G0), (B) solo EdU (fase S), (C) tanto EdU como pH3 (S>G2 / M), y (D) solo pH3 (fase M). Aquí se muestran ejemplos de NB individuales solo de cerebros de tipo salvaje. Barras de escala = 5 μm. Abreviaturas: CB = cerebro central; NB = neuroblastos; EdU = con 5-etinil-2'-desoxiuridina; pH3 = fosfo-histona H3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Efecto de Mms19P en la distribución de fases del ciclo celular NB. (A) Tras el análisis de los NB de tipo salvaje (w;+;+), se encontró que ~ 25% de NB estaban en fase M. En mms19P NB, sin embargo, esta proporción aumentó a casi el 40%. Se sabe que la expresión mms19::eGFP en el fondo Mms19P rescata fenotipos Mms19P, y la proporción de NB de fase M en este fondo fue comparable a la de tipo salvaje. (B) Se compararon los porcentajes de NB en 4 categorías diferentes correspondientes a las fases del ciclo celular G1/G0, S, S>G2/M y M en todos los tipos silvestres; Mms19P, y Mms19::eGFP, Mms19P genotipos. La proporción de fases M y G1/G0 difiere considerablemente en los NB mms19P en comparación con los NB de tipo salvaje. En contraste, la distribución del ciclo celular de los NB en los cerebros Mms19::eGFP, Mms19P son comparables a la que se encuentra en el tipo salvaje. La significación estadística se calculó mediante la prueba de Kruskal-Wallis y se compararon múltiples columnas utilizando la prueba posterior de Dunn; (P<0.001). Esta cifra ha sido modificada a partir de 11. Abreviaturas: NB = neuroblastos; eGFP = proteína fluorescente verde mejorada; WT = tipo salvaje. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Reactivo | Cantidad/volumen |
| EdU (componente A) | 5 mg |
| Alexa Fluor 647 – azida (componente B) | 1 vial |
| Dimetilsulfóxido (DMSO, componente C) | 4 ml |
| Búfer de reacción Click-iT EdU (componente D) | 4 ml (solución 10x) |
| Sulfato de cobre (CuSO4, componente E) | 100 mM; 1 vial |
| Aditivo tampón Click-iT EdU (componente F) | 400 mg |
| Hoechst 33342 (componente G) | 10 mg/ml en agua, 35 μL |
Tabla 1: Componentes del kit EdU. Componentes provistos con el Click-iT EdU Alexa Fluor Cell Proliferation Kit y las respectivas cantidades/volúmenes. Abreviatura: EdU = con 5-etinil-2'-desoxiuridina.
| Componentes de reacción | Volumen (ml) |
| 1x búfer de reacción Click-iT (preparado en el paso 1.4) | 430 |
| CuSO4 (componente E) | 20 |
| Alexa Fluor 647 – azida (componente B, preparado en el paso 1.3) | 1.2 |
| Aditivo tampón de reacción (componente F, preparado en la etapa 1.5) | 50 |
| Volumen total | ~500 |
Tabla 2: Preparación del cóctel de detección EdU. El cóctel de detección EdU se preparó mezclando los volúmenes indicados de los componentes del kit (preparados en la sección 2). Abreviatura: EdU = con 5-etinil-2'-desoxiuridina.
Los autores han declarado que no existen intereses contrapuestos.
El análisis del ciclo celular con etiquetado de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU) y fosfo-histona H3 (pH3) es un procedimiento de varios pasos que puede requerir una optimización extensa. Aquí, presentamos un protocolo detallado que describe todos los pasos para este procedimiento, incluido el análisis de imágenes y la cuantificación para distinguir las células en diferentes fases del ciclo celular.
Este trabajo fue apoyado por fondos de la Fundación Nacional Suiza de Ciencias (subvención del proyecto 31003A_173188; www.snf.ch) y la Universidad de Berna (www.unibe.ch) a BS. Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.
| P{EPgy2}Mms19EY00797/TM3, Sb1 Ser1 (Mms19p) | Bloomington stock center | #15477 | Inserción del elemento P en el tercer exón de Mms19 |
| +; Mms19::eGFP, Mms19p | Proteína | Mms19 marcada internamente con eGFP expresada en Mms19p fondo | w1118Bloomington stock center#3605 stock de tipo salvaje (w;+;+)Anticuerpos primarios Dilución Rata anti-Miranda Abcam Ab197788 1/250 Conejo anti-pH3 Señalización celular 9701|
| 1/200 | |||
| Cabra anti-Rata Cy3 | Jackson Immuno | 112-165-167 | 1/150 |
| Cabra anti-Rata Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A11077 | 1/500 |
| Cabra anti-Conejo Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A27034 | 1/500 |
| Aqua Poly Poly/Mount medio | de montaje Polysciences Inc | 18606-20 | |
| Kit de incorporación Click-it EdU, Alexa Flour 647 | Thermo Fischer Scientific | C10340 | |
| Schneider' s Drosophila medium | Thermo Fischer Scientific | 21720-024 | |
| Albúmina sérica bovina (BSA) fracción V | Merck | 10735078001 | |
| Triton X-100 | Fischer Scientific | 9002-93-1 | detergente no iónico |
| Software | |||
| Fiji (Imagej) | https://imagej.net/Fiji | ||
| Leica Application Suite (LAS X) | Software de almohadilla gráfica PRISM deLeica microsystems | ||
| Versión 5 | |||
| Microsoft Excel | Microsoft Office | 2016 | |
| EquipmentMicroscopio | |||
| confocal de barrido láser Leica TCS SP8 con inmersión en aceite 63x, objetivo | plan-apocromático de 1,4 NA | ||
| Aqua Poly/Medio de montaje | de montaje soluble en agua, no fluorescente Placa | ||
| puntual de | vidrio de depresión Pyrex 3 o 9 | ||
| de | filtro Whatman |