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Research Article
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Les mécanismes de mise à l’échelle cellulaire et intracellulaire restent insaisissables. L’utilisation d’extraits d’embryons de xénope est devenue de plus en plus courante pour élucider les mécanismes de régulation de la taille des organites. Cette méthode décrit la préparation d’extraits d’embryons et un nouveau test de détartrage nucléaire permettant d’identifier les mécanismes de régulation de la taille nucléaire.
Une question fondamentale en biologie cellulaire est de savoir comment la taille des cellules et des organites sont réglementés. Il est depuis longtemps reconnu que la taille du noyau des échelles généralement à la taille de la cellule, notamment lors de l'embryogenèse alors que des réductions spectaculaires dans les deux cellules et les tailles nucléaires se produisent. Mécanismes de régulation nucléaire de taille sont largement inconnus et peuvent être pertinents pour le cancer où la taille nucléaire modifié est un paramètre diagnostique et pronostique clé. In vivo approches pour identifier les régulateurs nucléaires de taille sont compliquées par la nature essentielle et complexe de la fonction nucléaire. L'approche in vitro décrit ici pour étudier le contrôle nucléaire de taille profite des réductions de taille normale nucléaire qui se produisent au cours du développement de Xenopus laevis. Tout d' abord, les noyaux sont assemblés en X. laevis extrait d'oeufs. Ensuite, ces noyaux sont isolés et resuspendus dans le cytoplasme des embryons à un stade avancé. Au bout d'un 30-90 min période d'incubation, la surface nucléairediminue de 20-60%, en fournissant un essai utile pour identifier les composants cytoplasmiques présents dans les embryons à un stade avancé de développement qui contribuent à la taille nucléaire mise à l'échelle. Un avantage majeur de cette approche est la facilité relative avec laquelle les extraits d'ovules et d'embryons peuvent être manipulés biochimiquement, permettant l'identification de nouvelles protéines et des activités qui régulent la taille nucléaire. Comme pour toute approche in vitro, la validation des résultats dans un système in vivo est importante, et la micro - injection de X. embryons laevis est particulièrement approprié pour ces études.
Les tailles des organites cellulaires échelle , en général avec la taille de la cellule, ce qui a été peut - être mieux documenté pour la mise à l' échelle de la taille nucléaire avec la taille des cellules 10/01. Cela est particulièrement vrai lors de l' embryogenèse et la différenciation cellulaire, lorsque des réductions spectaculaires dans les deux cellules et la taille nucléaire sont souvent observées 11,12. En outre, la taille nucléaire modifié est un paramètre clé dans le diagnostic du cancer et le pronostic 13-17. Les mécanismes qui contribuent à la réglementation nucléaire de taille sont largement inconnus, en partie en raison de la complexité et de la nature essentielle de la structure et la fonction nucléaire. La méthode décrite ici a été développé comme un test in vitro pour la taille nucléaire mise à l' échelle qui se prête à la manipulation biochimique et l' élucidation des mécanismes de régulation nucléaire de taille.
Xenopus laevis extrait d'œuf est un système bien établi pour récapituler et étudier les processus cellulaires complexes in vitro 18-22. Un des principaux avantages du système d'extraction est que X. extraits d'œufs de laevis représentent un cytoplasme presque pur , dont la composition peut être facilement modifié, par exemple par addition de protéines ou immunodéplétion recombinantes. Par ailleurs, on est en mesure de manipuler les processus essentiels en utilisant des traitements qui seraient autrement létale dans un contexte in vivo. Les modifications de la procédure d'extrait d'oeufs permettent d'isoler des extraits de X. embryons laevis plutôt que des œufs, et ces extraits d'embryons sont également prêtent à la manipulation biochimique 23. Pendant X. laevis développement, l'embryon fécondé unicellulaire (~ 1 mm de diamètre) est soumis à une série de douze divisions cellulaires rapides (étapes 1-8) pour générer plusieurs milliers de 50 μm de diamètre et de plus petites cellules, atteignant un stade de développement appelé la transition midblastula (MBT) ou le stade 24 au 26 août. Le MBT est caractérisée par l'apparition de la transcription zygotique, la migration cellulaire, des divisions cellulaires asynchrones, acquisition de phases d'écart, et l'établissement de tailles en régime permanent nucléaire plutôt que l'expansion nucléaire continue comme dans l'embryon pré-MBT. De l' étape 4 à la gastrulation (étapes de 10,5 à 12), le volume des noyaux individuels diminue de plus de 10 fois 11.
Ici, le but est d'identifier les mécanismes responsables de ces réductions de la taille nucléaire au cours de la progression du développement. L'approche consiste à assembler d' abord les noyaux dans X. laevis extrait d'oeufs et d'isoler les noyaux du cytoplasme d'oeuf / extrait. Ces noyaux sont ensuite remises en suspension dans le cytoplasme à partir d'embryons à un stade avancé de gastrula. Après une période d'incubation, les noyaux à partir de l'extrait d'œuf deviennent plus petits dans un extrait d'embryon de fin de scène. Nous avons pensé que ce would être un test utile pour identifier les composants cytoplasmiques présents dans les embryons à un stade avancé de développement qui contribuent à la taille nucléaire mise à l'échelle. L' utilisation de ce test, couplé à la validation in vivo, nous avons démontré que la protéine kinase C (PKC) contribue à la réduction du développement de la taille nucléaire de X. laevis 23.
Toutes les procédures et les études Xenopus ont été menées en conformité avec le Guide pour les soins et l' utilisation des animaux de laboratoire 8e édition du CNRC. Les protocoles ont été approuvés par l'Université du Wyoming Institutional Animal Care et l'utilisation Comité (Assurance # A-3216-01).
1. Préparation de X. Extrait laevis Egg (adapté de 27,28)
Remarque: Les volumes de procédure présentés ici sont pour un maximum de 8 testicules.
3. Nuclear Assembly
4. Préparation de X. laevis Extrait Embryo
Assemblée des Nuclei dans Extrait de Egg
Les premières étapes de ce protocole sont de préparer X. extrait de laevis d'oeuf (Protocole 1) et les noyaux de sperme demembranated (protocole n ° 2). Ces réactifs sont ensuite utilisés pour assembler des noyaux de novo (protocole n ° 3). La figure 1 montre des données représentatives. L'addition de calcium entraîne l'extrait d'oeufs méiose arrêté en interphase et le cycloheximide maintient l'extrait arrêté en interphase. Par 30 - 45 min après le début de la réaction, les initialement minces spermatozoïdes noyaux en forme de S devraient commencer à épaissir en masses de chromatine en forme de lingot. la formation réussie d'une enveloppe nucléaire intacte peut être évaluée par l'importation et à la rétention d'une cargaison d'importation marquée par fluorescence, tels que GST-GFP-NLS (données non représentées) ou par la jante de coloration du complexe du pore nucléaire à l'aide mAb414 qui reconnaît FG-repeat contai(Figure 1A de) ning. Après assemblage nucléaire se produit, la forme nucléaire devrait devenir plus arrondie et le volume nucléaire devrait augmenter à mesure que l'enveloppe nucléaire se développe et les protéines nucléaires sont importés (figure 1B-C). Le non-respect formation d'une enveloppe nucléaire intacte ou la croissance nucléaire indique un mauvais extrait d'oeufs de qualité. Dans ce cas, il est préférable de commencer avec un nouveau lot d'oeufs.
Enlèvement de Endogène Noyaux d'extrait de Embryo
L'étape suivante consiste à préparer un extrait d'embryon de stade tardif (protocole n ° 4). Après la préparation initiale de l'extrait et avant l'enlèvement des noyaux, il est préférable de préparer une courge Hoechst teinté d'une petite aliquote de l'extrait. Visualisation de nombreux petits noyaux embryonnaires est une bonne indication de la réussite dans la préparation de l'extrait (figure 2A). Comme les noyaux embryonnaires endogènes peuvent interférer avec le analysi avals, il est également important de vérifier une aliquote de l'extrait après le retrait des noyaux par dilution et centrifugation. Par rapport au premier squash, très peu de noyaux doivent être laissés dans l'extrait (figure 2B). S'il y a encore de nombreux noyaux présents, un second tour de centrifugation est nécessaire.
Assay Shrinking nucléaire
La figure 3 montre des résultats représentatifs pour l'essai nucléaire rétrécissement (Protocole 5). Noyaux d'extraction d'oeufs remises en suspension dans l' extrait en fin d'embryon au stade deviennent plus petits au fil du temps (figure 3B). Un bon contrôle négatif pour le dosage est d'incuber des noyaux avec extrait d'embryon qui a été inactivé par la chaleur (figure 3A). Comme les noyaux ne parviennent pas à se rétrécir dans l'extrait inactivé par la chaleur, cela donne une certaine confiance que l'on observe nucléaire diminue avec l'extrait d'embryon non traité est pas une conséquence des effets osmotiques. La mesure de la taille nucléaireréductions observées varient en fonction du lot particulier de noyaux d'oeuf extrait ainsi que la qualité de l'extrait d'embryon. Dans notre expérience, la diminution nucléaire est toujours observée (par exemple dans plus de 40 extraits d'embryons différents), mais il est important de répéter ces expériences plusieurs fois avec des noyaux et des extraits pour traiter la variabilité inhérente de l'essai. La figure 4 montre une vue schématique de l'ensemble du protocole.

Figure 1. Temps Course Assemblée nucléaire en X. laevis Egg Extract. Les noyaux ont été assemblés de novo dans X. laevis extrait d'œuf comme décrit dans le protocole n ° 3. Des aliquotes de la même réaction ont été fixées et visualisés par immunofluorescence en utilisant un anticorps dirigé contre le complexe du pore nucléaire (NPC) (mAb414) chez: > A) 30 min, B) 60 min, et C) 90 min après le début de l' assemblage nucléaire. Le protocole d'immunofluorescence est décrite dans le protocole n ° 5. La barre d'échelle est de 25 um. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2. Retrait de Noyaux de X. laevis Extrait de Embryo. X. laevis extrait d'embryon a été préparé à partir de l' étape 11.5 - 12 embryons comme décrit dans le protocole n ° 4. Une petite aliquote de l' extrait a été fixées et colorées avec Hoechst: A) avant l'enlèvement des noyaux, et B) après élimination des noyaux par centrifugation. La barre d'échelle est de 25 um.om / files / ftp_upload / 54173 / 54173fig2large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3. Données représentant de l'Assay Shrinking nucléaire. Les noyaux ont été assemblés de novo dans X. extrait laevis d'oeuf additionné de GFP-LB3 recombinant (pour visualiser la lamina nucléaire). Comme décrit dans le protocole n ° 5, œufs noyaux d'extraits ont été isolés et remises en suspension dans l'étape de 11,5 à 12 extrait d'embryon à partir de laquelle les noyaux embryonnaires endogènes avaient été enlevés. Direct imagerie time-lapse a été effectuée à intervalles de 30 s pendant 90 min. Panneaux Figure montrent des images acquises à des intervalles de 6 min pour les noyaux incubés dans: A) extrait d'embryon de stade tardif (LEE), et B) inactivé par la chaleur (HI) extrait d'embryon. Images des cours à temps procéderde gauche à droite. La barre d'échelle est de 25 um. C) nucléaires rétrécissement des données provenant de 46 extraits d'œufs et d' embryons différents. Les barres indiquent les moyens de> 240 noyaux. Les barres d'erreur sont l' écart type. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4. Schéma du nucléaire Shrinking Assay. Chaque boîte de couleur représente un protocole. Le rouge indique la préparation de X. extrait laevis oeuf (Protocole 1). Bleu indique la préparation de X. demembranated laevis sperme (protocole n ° 2). Rose indique de novo assemblage nucléaire dans l' extrait d'oeuf (protocole n ° 3). Le vert indique la préparation de X. laevis extrait d'embryon (protocole n ° 4). Violet indique les s nucléaireshrinking protocole d'essai et immunofluorescence (protocole n ° 5). Des portions de ce chiffre ont été réutilisés de 23. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
| nom Buffer | composition tampon |
| Modifié Ringers de Marc (MMR), 1 / 3x | 33 mM de NaCl, 0,7 mM de KCl, 0,3 mM MgSO4, 0,7 mM CaCl2, 1,7 mM de HEPES, pH 7,4 |
| tampon d'extraction (XB), 10x | 1 M de KCl, 1 mM de CaCl2, 10 mM de MgCl2, 500 mM de saccharose, 100 mM de HEPES, pH 7,8 (pH ajusté avec du KOH 10 N, stocké à 4 ° C) |
| Buffer B | 4% cystéine dissous dans 0,8x XB (préparé avec ddH froid 2 O, pH undjusted à 7,8 avec NaOH 10 N), |
| tampon C | Mélanger 100 m de 10x XB avec 900 ml de ddH froid 2 O |
| tampon D | Tampon C plus 5 mM d' EGTA et 800 uM de MgCl2 |
| LPC stock 1,000x | 10 mg / ml chacun de leupeptine, pepstatine, et chymostatine dissous dans du DMSO (stocké en aliquotes à -20 ° C) |
| du tampon E | 100 ml de tampon D plus 100 pi LPC stocks |
| Mix énergétique, 50x | 190 mM de créatine phosphate disodique, de l'ATP 25 mM de sel disodique, chlorure de magnésium 25 mM |
| Buffer T | 15 mM de PIPES, 15 mM de NaCl, 5 mM d' EDTA, 7 mM de MgCl2, 80 mM de KCl, 0,2 M de saccharose, pH 7,4 (Stériliser par filtration et stocké à 4 ° C) |
| Buffer S | 20 mM de maltose et 0,05% lysolécithine préparée dans le tampon T |
| Buffer R | Buffer T plus 3% bovinel'albumine sérique |
| Calcium solution mère, 20x | 10 mM de CaCl2, 0,1 M de KCl, 1 mM de MgCl2 (stocké à -20 ° C) |
| fix Nucleus | 125 ul de 2 M de saccharose, 12,5 pi de 1 M de HEPES pH 7,9, 250 ul de formaldehyde à 37%, 112 ul ddH 2 O, 0,5 ul de 10 mg / ml de Hoechst (stocké à la température ambiante pendant jusqu'à deux semaines) |
| Modifié Saline de Barth (de MBS), 10x | 880 mM de NaCl, 10 mM de KCl, 50 mM de HEPES, 25 mM NaHCO3, pH 7,8 |
| Haute MBS Sel | 1x MBS ainsi que 0,7 mM de CaCl2 et 20 mM de NaCl |
| tampon de lyse Egg, ELB | 250 mM de saccharose, 50 mM de KCl, 2,5 mM de MgCl2, 10 mM de HEPES, à pH 7,8 |
| un tampon coussin nucléaire | 1x XB, 0,2 M de saccharose, 25% de glycerol (stérilisé par filtration et stocké à 4 ° C) |
Tableau 1. Tampons. Les compositions de tous les tampons mentionnés dans ce protocole sont décrits dans ce tableau.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les mécanismes de mise à l’échelle cellulaire et intracellulaire restent insaisissables. L’utilisation d’extraits d’embryons de xénope est devenue de plus en plus courante pour élucider les mécanismes de régulation de la taille des organites. Cette méthode décrit la préparation d’extraits d’embryons et un nouveau test de détartrage nucléaire permettant d’identifier les mécanismes de régulation de la taille nucléaire.
Les membres des laboratoires Levy et Gatlin ainsi que leurs collègues du Département de biologie moléculaire ont offert des conseils et des discussions utiles. Rebecca Heald a apporté son soutien aux premières étapes de l’élaboration de ce protocole. Ce travail a été soutenu par le NIH/NIGMS (R15GM106318) et l’American Cancer Society (RSG-15-035-01-DDC).
| Alexa Fluor 568 Sondes moléculaires IgG anti-souris | Donkey A10037 | ||
| ATP Sel disodique | Sigma Aldrich | A2383 | |
| Benzocaïne | Sigma Aldrich | E1501 | |
| Albumine sérique bovine | Sigma Aldrich | A3059 | |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | C3306 | |
| Centrifugeuse | Beckman | J2-21M | |
| Rotor | centrifugeBeckman | JS 13.1 | |
| chymostatine | Sigma Aldrich | C7268 | |
| créatine phosphate disodique | Calbiochem | 2380 | |
| cycloheximide | Sigma Aldrich | C6255 | |
| cytochalasine D | Sigma Aldrich | C8273 | |
| jetable lingettes (kimwipes) | Sigma Aldrich | Z188956 | |
| L-cystéine | Sigma Aldrich | W326306 | |
| EGTA | Sigma Aldrich | E4378 | |
| Formaldéhyde | Sigma Aldrich | F8775 | |
| Verre cristallisant plat (150 x 75 mm) | VWR | 89090-662 | |
| Glycérol | Macron | 5094-16 | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | |
| Hoechst - bisBenzimide H 33342 trichlorhydrate | Sigma Aldrich | B2261 | |
| HCG - gonadotrophine chorionique humaine  ; | Prospec | hor-250-c | |
| L15 Media | Sigma Aldrich | L4386 | |
| leupeptin | Sigma Aldrich | L2884 | |
| Lysolécithine | Sigma Aldrich | L1381 | |
| mAb414 | Abcam | ab24609 | |
| MgCl2 | EMD | MX0045-2 | |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | M9397 | |
| Maltose | Sigma Aldrich | M5885 | |
| NP40 | BDH | 56009 | |
| Paraformaldéhyde | Microscopie électronique Sciences | 15710 | |
| Pénicilline + Streptomycine | Sigma Aldrich | Pp0781 | |
| pepstatine | Sigma Aldrich | P5318 | |
| TUYAUX | Sigma Aldrich | P6757 | |
| Film de paraffine plastique (parafilm) | Sigma Aldrich | P7793 | |
| KCl | Sigma Aldrich | P9541 | |
| KH2PO4 | Mallinckrodt | 70100 | |
| KOH | Baker | 5 3140 | |
| PMSG - Sérum de jument gestante Gonadotrophin | Prospec | hor-272-A | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | |
| NaHCO3 | Fisher | BP328 | |
| Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | |
| NaOH | EMD | SX0590 | |
| Pestle | Thomas Scientific | 3411D56 | |
| Tubes en verre à fond rond, 15 ml | Corex | 8441 | |
| Anticorps secondaire (Alexa Fluor 568 âne anti-souris IgG) | ThermoFisher | A10037 | |
| saccharose | Calbiochem | 8550 | |
| Thermocycleur | Bio-Rad | T100 | |
| Ultracentrifugeuse | Beckman | L8-80M | |
| Rotor d’ultracentrifugeuse | Beckman | SW 50.1 | |
| Vectashield (support de montage anti-décoloration) | Vector | H-1000 |