Estos protocolos describen cómo caracterizar la organización y la función de oclusión de las uniones septadas plisadas en epitelios embrionarios de Drosophila de control y mutantes.
Artículo de método
Estos protocolos describen cómo caracterizar la organización y la función de oclusión de las uniones septadas plisadas en epitelios embrionarios de Drosophila de control y mutantes.
El propósito de estos protocolos es evaluar la organización y función barrera de las uniones septadas plisadas (pSJs) en los tejidos epiteliales derivados de ectodérmica de los embriones de Drosophila. La pSJ forma una barrera ocluiente en la membrana lateral de los tejidos ectodérmicos, incluyendo la epidermis, las glándulas salivales, la tráquea y el intestino posterior, que es funcionalmente similar a la unión estrecha en los tejidos vertebrados. En Drosophila se han identificado 30 proteínas necesarias para la formación de pSJ. Las proteínas pSJ centrales se localizan inicialmente a lo largo de la membrana lateral, pero se enriquecen fuertemente en la región apical lateral de la unión, justo basal a la unión adherente, en la etapa 16 de la embriogénesis. En la etapa final 15 de la embriogénesis, estos tejidos poseen una unión ocluidora completamente funcional. Este artículo describirá protocolos de inmunotinción y permeabilidad a los colorantes que pueden utilizarse para analizar la organización y función de los pSJ en embriones de control y mutantes. El uso exitoso de estos protocolos puede usarse para demostrar la función ocluidora de los pSJ y para comprobar si un gen desconocido codifica un componente central de la unión.
Una función crítica de los tejidos epiteliales es compartimentar regiones distintas dentro de un organismo. La creación de estos entornos distintos es esencial para la función de los órganos y para proteger al organismo de amenazas externas. La unión ocluidora formada entre las células de un epitelio es responsable de establecer y mantener estos ambientes al impedir el flujo paracelular de solutos entre los lados apical y basal de eseepitelio 1,2. En los organismos vertebrados, la unión ocluida se denomina unión estrecha, mientras que en invertebrados como Drosophila melanogaster 1,3 se denomina unión septática (SJ). Existen dos tipos de SJ en los artrópodos que se distinguen por su distribución tisular yultraestructura 4. Las uniones septadas plisadas (pSJ) se encuentran en tejidos derivados de ectodérmica como la epidermis, las glándulas salivales, la tráquea y el intestino posterior. Se caracterizan de forma ultraestructural por una matriz en forma de escalera de material denso en electrones en el espacio extracelular entre las células, que se encuentra justo en la base de la uniónadhesiva 3,5. En cambio, las uniones septaticas lisas (sSJ) se encuentran en tejidos derivados endodérmicamente como los túbulos del intestino medio y de Malpighi, y no presentan septos densos en electrones entre lascélulas 6.
Los estudios genéticos en Drosophila han identificado 30 proteínas necesarias para la estructura y función del pSJ y han identificado proteínas adicionales que residen en la unión pero que no parecen tener ninguna función en su establecimiento o mantenimiento (revisado enel artículo 7). A partir de estos análisis, los científicos han categorizado las proteínas SJ en tres clases. Las proteínas SJ centrales residen en la unión y son necesarias para el establecimiento y mantenimiento de la unión. Se han identificado diecisiete proteínas como proteínas principales de la pSJ, incluyendo Coracle (Cora), Neurexin IV, complemento relacionado con macroglobulinas (Mcr), Kune-kune y ATPasa alfa 8,9,10,11,12. Se han identificado nueve proteínas como proteínas pSJ accesorias que son necesarias para el establecimiento y/o mantenimiento de la unión, pero que no necesariamente residen en la unión. Esta clase incluye proteínas como Rab5, Rab11 y Coiled13,14. Finalmente, las proteínas residentes de pSJ se localizan en la pSJ pero son prescindibles para el establecimiento y mantenimiento de la unión. Ejemplos de los cuatro miembros de este grupo incluyen Discs Large y FasciclinIII 15,16.
El establecimiento de una pSJ funcionalmente intacta es un proceso de varios pasos que comienza a mitad de la embriogénesis, cuando todas las proteínas principales de la pSJ están completamente expresadas. Algunos genes centrales de la pSJ se expresan por vía materna, pero todos muestran una fuerte expresión cigota en las etapas12-17. En la etapa 12, las proteínas centrales de la pSJ se localizan a lo largo de toda la membrana lateral. Durante las etapas 13-16, las proteínas centrales pSJ se endocitan y luego se reciclan de nuevo a la membrana lateral en la región de la pSJ. Este proceso requiere proteínas accesorias pSJ, incluyendo Rab5 yRab11-14. En la etapa 16, las proteínas centrales de la pSJ están estrechamente localizadas en la región de la pSJ a lo largo de la membrana lateral. En consonancia con estas observaciones, la función de oclusión completa de la unión ocurre en la fase final 15 de laembriogénesis 12. Esto se demuestra mejor mediante un ensayo de permeabilidad al colorante. Antes de la formación de la unión, una perla de dextrán de 10 kDa marcada con un marcador fluorescente como la rodamina puede pasar por el espacio paracelular entre las células. Si el dextrano marcado se inyecta en el hemocelo, se acumulará rápidamente en el lumen de los epitelios tubulares como la tráquea, la glándula salival y el intestino posterior. Después de que la pSJ esté fisiológicamente tensa al final de la etapa 15, el dextrano inyectado queda restringido al lado basal del epitelio y no puede acumularse en el lumen (dominio apical) de estos órganos.
Las proteínas pSJ centrales comparten una característica en la que cada proteína pSJ central requiere la presencia de todas las demás proteínas pSJ centrales para una localización subcelularcorrecta 18,19. Esta interdependencia en la formación de pSJ es una característica definitoria de las proteínas pSJ centrales y subyace a los protocolos presentados en este artículo. Las mutaciones en genes pSJ núcleo o accesorios conducen a letalidad embrionaria y se caracterizan por la deslocalización de otras proteínas pSJ centrales a lo largo de la membrana lateral en embriones de estadio 16, en lugar de estar estrechamente localizadas en su región apical lateral normal. En cambio, las mutaciones en genes residentes en pSJ no conducen a la deslocalización de las proteínas centrales depSJ 15. La alteración funcional del pSJ en mutaciones del gen central y accesorio del gen pSJ se revela por la acumulación de dextrán marcado de 10 kDa en el lumen de la tráquea, glándulas salivales o intestinos posteriores en embriones mutantes de estadio 16 o 17. Finalmente, la característica distintiva entre una proteína pSJ central y una accesoria es su localización subcelular. Las proteínas pSJ principales están estrechamente asociadas con la pSJ una vez que se forman, mientras que las proteínas pSJ accesorias son críticas para el ensamblaje de la unión pero no necesariamente residen en ella. Los mejores ejemplos de proteínas pSJ accesorias son Rab5 y Rab11. Ambas son proteínas citoplasmáticas que ayudan a trasladar la carga desde la membrana plasmática a la primera y a reciclar endosomas y luego de vuelta a la membranaplasmática 14. Para distinguir si una nueva proteína potencial de pSJ es un componente central o una proteína accesoria, generalmente es útil crear un anticuerpo específico o expresar una proteína recombinante marcada con fluorescencia para determinar dónde se localizan estas proteínas en distintos puntos del proceso de maduración de pSJ.
El propósito de estos protocolos es distinguir de forma inequívoca las proteínas pSJ potenciales de núcleo y accesorios de las proteínas residentes en pSJ. Varios estudios han revelado roles adicionales y no oclusores de las proteínas pSJ durante el desarrollo, incluyendo roles en la morfogénesis y la polaridadapical-basal 17,20,21,22. A medida que aumenta el interés por la biología de la pSJ y se identifican más proteínas potenciales de la pSJ, los protocolos simples y fácilmente interpretables presentados aquí ayudarán a los investigadores a caracterizar correctamente la organización y las funciones de oclusión de la pSJ de estas proteínas. En la literatura, se han descrito muchos enfoques experimentales adicionales para caracterizar proteínas pSJ, incluyendo la Recuperación de Fluorescencia Después del Fotoblanqueamiento (FRAP) y la microscopía electrónicade transmisión 6,23. Aunque estos enfoques suelen ser muy útiles, el ensayo de inmunotinción presentado aquí proporciona una visualización rápida de la localización de la proteína pSJ sin métodos ultraestructurales costosos y que consumen mucho tiempo, mientras que el ensayo de permeabilidad al colorante ofrece una lectura funcional de la integridad de pSJ que no se puede lograr solo con imágenes. Además, estos ensayos pueden realizarse utilizando equipos estándar de laboratorio, como un microscopio de fluorescencia de buena calidad y un sistema rudimentario de microinyección. Cabe señalar que estos ensayos están optimizados para el análisis de embriones de Drosophila en estadio 16 y no son apropiados para evaluar la organización o función de los SJ.
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1. Estadificación de embriones
2. Fijación e inmunotinción de embriones
3. Imagen y análisis de datos de embriones inmunotintidos
4. Preparación para la inyección de tinte
5. Montar embriones e inyección de tintes
6. Imagen y análisis de datos
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Los protocolos presentados aquí se utilizan para investigar la organización y función de los pSJ en tejidos ectodérmicos en embriones de Drosophila en estadio 16. Estos protocolos solo son aplicables a los pSJ y no pueden usarse para interrogar a los sSJ. Una mutación en un gen que resulta en el fallo de localizar otras proteínas pSJ en la región pSJ en embriones de la etapa 16 y de crear una unión ocluidora en la etapa 16 está en un gen pSJ central o en un gen pSJ accesorio. La principa...
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Aquí presentamos un protocolo para identificar proteínas pSJ principales y accesorias utilizando dos ensayos relativamente sencillos que pueden realizarse en laboratorios modestamente equipados con capacidades de microscopía de fluorescencia. El primer ensayo examina la organización molecular de la pSJ en epitelios polarizados maduros utilizando imágenes confocales de embriones mutantes fijos. El segundo ensayo prueba la integridad de la función ocluidora del pSJ inyectando moléculas de ...
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Los autores no tienen conflictos de interés que revelar.
Agradecemos al Centro de Stock de Drosophila de Bloomington por las plantas de moscas utilizadas en este estudio. Agradecemos al Banco de Estudios del Desarrollo para Hibrinomas los anticuerpos utilizados en el estudio. También agradecemos al Departamento de Biología de la Case Western Reserve University el uso de su estereoscopio de fluorescencia Leica MZ10F para la genotipificación y la desfasificación de embriones para disección, así como su microscopio de fluorescencia invertida DMi8 para los experimentos de inyección de tintes. Agradecemos a Helen Salz, profesora de Genética y Ciencia del Genoma de la Facultad de Medicina de CWRU, por proporcionar el micromanipulador y por extraer varias de las agujas utilizadas en el experimento de inyección de tintes presentado en este estudio. Este proyecto fue apoyado por una subvención de la National Science Foundation (IOS 2111069) a REW.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tubo capilar para agujas (Boro 1 x 0,5/fibra) | FHC | 30-30-1 | |
| Microscopio confocal | Leica | Stellaris 5 | |
| Cubre el vidrio de 22 x 22 2 de grosor para inyecciones | Fisher Scientific | 12-540-B | |
| Tapa de vidrio 22 x 30 de grosor 1,5 para imagen | Corning | 2980-233 | |
| Tubo de cultivo para inmunotinción (6 x 50 mm) y nbsp; | Fisher Scientific | 14-958-A | |
| Jaula de recogida de embriones | Genesee Scientific | 59-100 | |
| Estereomicroscopio de fluorescencia | Leica | MZ10 F | |
| Aceite de halocarbono (700) | Genesee Scientific | 59-131 | |
| Heptano | Fisher Scientific | H350-4 | |
| Microscopio de fluorescencia invertida | Leica | DMi8 | |
| Cestas de malla para embriones en descoriación | Genesee Scientific | 46-101 | |
| Metanol | Fisher Scientific | A412-4 | |
| Micromanipulador | Narishige | MN151 | |
| Portaobjetos de microscopio | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
| Extractor de agujas | Instrumentos David Kopf | Modelo 720 | |
| Suero normal de burro | Jackson ImmunoRecherch | 017-000-121 | |
| Malla de nylon (120 um) | Genesee Scientific | 57-102 | |
| Objetivo HC PL FLUOTR 10X/0.32 PH 1 | Leica | 11506537 | |
| Objetivo HC PL APO 10x/0.40 CS2 | Leica | 15506407 | |
| Objetivo HC PL APO 40x/1.30 CS2 | Leica | 15506358 | |
| Placas de Petri 60 x 15 mm | Corning | 351007 | |
| Balancín de plataforma | Globe Scientific | GTR-FS | |
| Anticuerpo primario (Coracle) | DSHB | C566.9 | |
| Anticuerpo primario (Coracle) | DSHB | C615.16 | |
| Anticuerpo primario (E. cadherina) | DSHB | DCAD2 | |
| Anticuerpos primarios (Mcr) | Laboratorio de sala, CWRU | Policlonal de conejillos de indias | |
| Rodamina marcada como dextrano de 10 kDa | Sondas moleculares | D1824 | |
| Anticuerpo secundario (anti-conejillo de indias Cy3) | Jackson ImmunoRecherch | 706-165-148 | |
| Anticuerpo secundario (Cy2 anti-ratón de burro) | Jackson ImmunoRecherch | 715-225-151 | |
| Anticuerpo secundario (anti-rata Cy5 de burro) | Jackson ImmunoRecherch | 712-175-150 | |
| Agitador de mesa | Científica de Nuevo Brunswick | Agitador de plataforma C2 | |
| Tegosept (metil 4-hidroxibenzoato) | TCI | H0216 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151500 | |
| Viales para fijación (20 ml de frascos de centelleo líquido WHEATON) | Fisher Scientific | 03-341-73C | |
| Whatman 3MM Artículo sobre cromatografía | Fisher Scientific | 05-716-6H | |
| Acciones de mosca | Genotipo completo | fuerte | Fuente |
| cor4 | w*; P{neoFRT}43D cora4/CyO | 52232 | BDSC |
| W1118 | w[1118] | 5905 | BDSC |
| Solución | Receta | ||
| 10 veces PBS | Mezcla 90 g de NaCl, 20 g de Na2HPO4 y 8,3 g de NaH2PO4.H2O y dH20 a 1L. Esteriliza con el filtro. Diluye a 1X con dH2O para los pasos de lavado en la inmunotinción. | ||
| Solución 10% Triton X-100 | Mezcla 1 ml de Triton X-100 a 9 ml de dH2O en un balancín plataforma hasta que se disuelva. Guárdalo a temperatura ambiente. | ||
| 50% lejía | Mezclar 10 ml de lejía comercial (7,5% hipoclorito sódico) con 10 ml de agua antes de descorionizar los embriones. | ||
| Platos de zumo de manzana | Hervir 15 g de agar Drosophila en 725 ml de dH2O. Añade 25 g de azúcar y 250 ml de zumo de manzana y mezcla hasta que esté batido. Deja que la solución se enfríe a 55 °C y luego añade 1,3 g de tegosepto y mezcla suavemente. Vierte en placas de Petri de 60 x 15 y deja que se enfríen. Guárdalo a 4 °C. | ||
| Solución de bloqueo | Mezcla 9,8 ml de 1X PBS con 100 ul de Triton X-100 al 10% y 100 ul de Suero Normal Donkey en un tubo cónico de 15. | ||
| Solución de lavado de embriones | Haz 10 x de solución de lavado de embriones mezclando 70 g de NaCl y 2 ml de Triton X-100 a 1L de dH2O. Diluye a 1X con dH2O para la solución funcional. | ||
| Arreglar | Precalienta 10 ml de 1X PBS en el microondas. Añadir 0,4 g de paraformaldehído y pipeta para mezclar. Añade 10 uls de NaOH 14N para disolver la velocidad. Coloca sobre un bloque térmico de 90 °C hasta que se disuelva. Cuando no quede paraformaldehído sólido, añade 10 ul de 14N HCL para ajustar el pH a neutro. Siempre lleva bata de laboratorio, guantes y gafas cuando uses paraformaldehído. | ||
| Medios de montaje | Mezcla 9 ml de glicerol y 1 ml de 1M Tris base pH 8,0. Añade 0,05 g de n-propil-galato, Mezcla y calienta para disolver. Alícuota 0,5 ml en tubos de Eppendorf. | ||
| Solución de dextráns de rodamina | Prepara una solución de colorante fresca disolviendo Dextrán marcado con Rodamina de 10 kDa a 1 mg/ml en fosfato de sodio 0,5M, pH 7,5 y 5 mM de cloruro de potasio. | ||
| Pasta de levadura | Mezcla 50 g de levadura comercial (Red Star) con una pizca de sacarosa y suficiente agua para obtener una pasta espesa. Guárdalo a 4 °C. |
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