Ces protocoles décrivent comment caractériser l’organisation et la fonction d’occllusion des jonctions septates plissées dans l’épithélium embryonnaire de Drosophila et mutant.
Article de méthode
Ces protocoles décrivent comment caractériser l’organisation et la fonction d’occllusion des jonctions septates plissées dans l’épithélium embryonnaire de Drosophila et mutant.
Le but de ces protocoles est d’évaluer l’organisation et la fonction barrière des jonctions septates plissées (pSJ) dans les tissus épithéliaux d’origine ectodermique des embryons de Drosophila. La pSJ forme une barrière occlludante sur la membrane latérale des tissus ectodermiques, y compris l’épiderme, les glandes salivaires, la trachée et l’intestin postérieur, fonctionnellement similaire à la jonction étroite des tissus vertébrés. Chez Drosophila, 30 protéines ont été identifiées nécessaires à la formation des pSJ. Les protéines pSJ centrales sont initialement localisées le long de la membrane latérale mais deviennent fortement enrichies à la région latérale apicale de la jonction, juste à la base de la jonction adhérente, au stade 16 de l’embryogenèse. À la fin du 15e stade de l’embryogenèse, ces tissus possèdent une jonction d’occllusion pleinement fonctionnelle. Cet article décritra les protocoles d’immunocoloration et de perméabilité aux colorants pouvant être utilisés pour examiner l’organisation et la fonction des pSJ chez les embryons témoins et mutants. L’utilisation réussie de ces protocoles peut être utilisée pour démontrer la fonction d’occllusion des pSJ, et pour tester si un gène inconnu code un composant central de la jonction.
Une fonction essentielle des tissus épithéliaux est de compartimenter des régions distinctes au sein d’un organisme. La création de ces environnements distincts est essentielle au fonctionnement des organes et à la protection de l’organisme contre les menaces extérieures. La jonction d’occllusion formée entre les cellules d’un épithélium est responsable de l’établissement et du maintien de ces environnements en empêchant le flux paracellulaire de solutés entre les côtés apical et basal de cetépithélium 1,2. Chez les organismes vertébrés, la jonction occludante est appelée jonction serrée, tandis qu’elle est appelée jonction septate (SJ) chez les invertébrés tels que Drosophila melanogaster 1,3. Il existe deux types de SJ chez les arthropodes, distingués par leur distribution tissulaire et leur ultrastructure4. Les jonctions septates plissées (pSJ) se trouvent dans les tissus d’origine ectodermique tels que l’épiderme, les glandes salivaires, la trachée et l’intestin postérieur. Ils sont caractérisés de façon ultrastructurelle par un réseau en forme d’échelle de matière dense en électrons dans l’espace extracellulaire entre les cellules, situé juste à la base de la jonctionadhésive 3,5. En revanche, les jonctions septates lisses (sSJ) se trouvent dans les tissus dérivés de l’endoderme tels que les tubules de l’intestin moyen et de Malpighi, et ne présentent pas de septaes denses en électrons entre les cellules6.
Des études génétiques chez Drosophila ont identifié 30 protéines nécessaires à la structure et à la fonction de la pSJ, et ont identifié d’autres protéines qui résident dans la jonction mais ne semblent pas avoir de fonction dans leur établissement ou leur maintien (revue dansla section 7). À partir de ces analyses, les scientifiques ont classé les protéines SJ en trois classes. Les protéines SJ du noyau résident dans la jonction et sont nécessaires à l’établissement et au maintien de celle-ci. Dix-sept protéines ont été identifiées comme des protéines Core pSJ, dont Coracle (Cora), Neurexin IV, Macroglobuline complémentaire (Mcr), Kune-kune et ATPase alpha 8,9,10,11,12. Neuf protéines ont été identifiées comme des protéines pSJ accessoires, nécessaires à l’établissement et/ou au maintien de la jonction, mais qui ne résident pas nécessairement dans la jonction. Cette classe inclut des protéines telles que Rab5, Rab11 etCoiled 13,14. Enfin, les protéines résidentes du pSJ se localisent dans le pSJ mais sont dispensables pour l’établissement et le maintien de la jonction. Parmi les quatre membres de ce groupe, on trouve Discs Large et FasciclinIII 15,16.
L’établissement d’une pSJ fonctionnellement intacte est un processus en plusieurs étapes qui commence à mi-chemin de l’embryogenèse, lorsque toutes les protéines pSJ de base sont pleinement exprimées. Certains gènes pSJ de base sont exprimés par la mère, mais tous présentent une forte expression zygotique aux stades12-17. Au stade 12, les protéines pSJ centrales se localisent tout le long de la membrane latérale. Durant les étapes 13 à 16, les protéines pSJ principales sont endocytosées puis recyclées vers la membrane latérale dans la région du pSJ. Ce processus nécessite des protéines accessoires pSJ, notamment Rab5 etRab11-14. Au stade 16, les protéines pSJ principales sont étroitement localisées dans la région de la pSJ le long de la membrane latérale. Conformément à ces observations, la fonction d’occllusion complète de la jonction se situe à la fin du stade 15 de l’embryogenèse12. Cela se démontre au mieux à l’aide d’un test de perméabilité aux colorants. Avant la formation de la jonction, une bille de dextrane de 10 kDa marquée par un marqueur fluorescent tel que la rhodamine peut traverser l’espace paracellulaire entre les cellules. Si le dextrane marqué est injecté dans l’hémocoel, il s’accumule rapidement dans la lumière des épithélios tubulaires tels que la trachée, la glande salivaire et l’intestin postérieur. Après que le pSJ est physiologiquement tendu à la fin du stade 15, le dextrane injecté est restreint au côté basal de l’épithélium et ne peut pas s’accumuler dans la lumière (domaine apical) de ces organes.
Les protéines pSJ de noyau partagent une caractéristique selon laquelle chaque protéine pSJ de noyau nécessite la présence de toutes les autres protéines pSJ de noyau pour une localisation subcellulairecorrecte 18,19. Cette interdépendance dans la formation des pSJ est une caractéristique déterminante des protéines pSJ de base et sous-tend les protocoles présentés dans cet article. Les mutations des gènes pSJ centraux ou accessoires entraînent une létalité embryonnaire et se caractérisent par la mauvaise localisation d’autres protéines pSJ centrales le long de la membrane latérale dans les embryons de stade 16, plutôt que d’être fortement localisées dans leur région apicale latérale normale. En revanche, les mutations des gènes résidents dans le pSJ ne conduisent pas à une mauvaise localisation des protéines pSJprincipales 15. La perturbation fonctionnelle du pSJ dans les mutations du gène pSJ au cœur et accessoires est révélée par l’accumulation de dextran marqué à 10 kDa dans la lumière de la trachée, des glandes salivaires ou des intestins postérieurs chez les embryons mutants de stade 16 ou 17. Enfin, la caractéristique distinctive entre une protéine pSJ centrale et accessoire est leur localisation subcellulaire. Les protéines pSJ de base sont étroitement associées au pSJ une fois formées, tandis que les protéines pSJ accessoires sont essentielles à l’assemblage de la jonction mais ne résident pas nécessairement dans cette jonction. Les meilleurs exemples de protéines pSJ accessoires sont Rab5 et Rab11. Les deux sont des protéines cytoplasmiques qui aident à transporter la cargaison de la membrane plasmique vers les premiers résultats, puis à recycler les endosomes puis à revenir à la membraneplasmique 14. Pour distinguer si une nouvelle protéine potentielle de la pSJ est un composant central ou une protéine accessoire, il est généralement utile de créer un anticorps spécifique ou d’exprimer une protéine recombinante marquée fluorescentement afin de déterminer où ces protéines se localisent à différents moments du processus de maturation du pSJ.
Le but de ces protocoles est de distinguer sans ambiguïté les protéines pSJ potentielles de cœur et accessoires des protéines résidentes en pSJ. Plusieurs études ont révélé des rôles supplémentaires, non occultants, des protéines pSJ lors du développement, notamment des rôles dans la morphogenèse et la polaritéapical-basale 17,20,21,22. À mesure que l’intérêt pour la biologie du pSJ augmente et que davantage de protéines potentielles du pSJ sont identifiées, les protocoles simples et facilement interprétables présentés ici aideront les chercheurs à caractériser correctement l’organisation du pSJ et les fonctions d’occultation de ces protéines. Dans la littérature, de nombreuses approches expérimentales supplémentaires pour caractériser les protéines pSJ ont été décrites, notamment le Récupération de Fluorescence Après Photoblanchiment (FRAP) et la microscopie électroniqueen transmission 6,23. Bien que ces approches soient souvent très utiles, le test d’immunocoloration présenté ici permet une visualisation rapide de la localisation de la protéine pSJ sans méthodes ultrastructurales coûteuses et chronophages, tandis que le test de perméabilité au colorant offre une lecture fonctionnelle de l’intégrité du pSJ qui n’est pas possible par imagerie seule. De plus, ces tests peuvent être réalisés avec du matériel de laboratoire standard tel qu’un microscope à fluorescence de bonne qualité et un système de microinjection rudimentaire. Il convient de noter que ces tests sont optimisés pour l’analyse des embryons de stade 16 de Drosophila et ne sont pas appropriés pour évaluer l’organisation ou la fonction des SJ.
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1. Stadressage des embryons
2. Fixation et immunocoloration des embryons
3. Imagerie et analyse des données d’embryons immunocolorés
4. Préparation à l’injection de colorant
5. Montage des embryons et injection de colorant
6. Imagerie et analyse des données
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Les protocoles présentés ici sont utilisés pour étudier l’organisation et la fonction des PSJ dans les tissus ectodermiques chez les embryons de Drosophila de stade 16. Ces protocoles ne s’appliquent qu’aux pSJ et ne peuvent pas être utilisés pour interroger les sSJ. Une mutation d’un gène qui empêche de localiser d’autres protéines pSJ dans la région pSJ dans les embryons de stade 16 et de créer une jonction d’occllusion au stade 16 se trouve soit dans un gène pSJ central, soit dans un ...
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Nous présentons ici un protocole pour identifier les protéines pSJ de cœur et accessoires à l’aide de deux tests relativement simples, réalisables dans des laboratoires modestement dotés de capacités de microscopie à fluorescence. Le premier test examine l’organisation moléculaire du pSJ dans les épithélios polarisés matures à l’aide d’imagerie confocale d’embryons mutants fixés. Le second test teste l’intégrité de la fonction d’occultation du pSJ en injectant des molécules de dextran de...
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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Nous remercions le Bloomington Drosophila Stock Center pour les stocks de mouches utilisés dans cette étude. Nous remercions la Developmental Studies Hybridoma Bank pour les anticorps utilisés dans l’étude. Nous remercions également le département de biologie de la Case Western Reserve University pour l’utilisation de leur stéréoscope à fluorescence Leica MZ10F pour le génotypage et la stadification des embryons pour la dissection, ainsi que leur microscope à fluorescence inversée DMi8 pour les expériences d’injection de colorants. Nous remercions Helen Salz, professeure de génétique et de sciences du génome à la CWRU School of Medicine, d’avoir fourni le micromanipulateur et d’avoir retiré plusieurs des aiguilles utilisées dans l’expérience d’injection de colorants présentée dans cette étude. Ce projet a été soutenu par une subvention de la National Science Foundation (IOS 2111069) à REW.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Tube capillaire pour aiguilles (Boro 1 X 0,5/fibre) | FHC | 30-30-1 | |
| Microscope confocal | Leica | Stellaris 5 ; | |
| Couvrir le verre d’épaisseur 22 x 22 2 pour les injections | Fisher Scientific | 12-540-B | |
| Verre de couverture 22 x 30 épaisseur 1,5 pour l’imagerie | Corning | 2980-233 | |
| Tube de culture pour immunocoloration (6 x 50 mm) & nbsp ; | Fisher Scientific | 14-958-A | |
| Cage de collecte d’embryons | Genesee Scientific | 59-100 | |
| Stéréomicroscope à fluorescence | Leica | MZ10 F | |
| Huile d’halocarbone (700) | Genesee Scientific | 59-131 | |
| Heptane | Fisher Scientific | H350-4 | |
| Microscope à fluorescence inversée | Leica | DMi8 | |
| Paniers en maille pour les embryons en déchorionation | Genesee Scientific | 46-101 | |
| Méthanol | Fisher Scientific | A412-4 | |
| Micromanipulateur | Narishige | MN151 | |
| Lames de microscope | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
| Extracteur d’aiguille | Instruments David Kopf | Modèle 720 | |
| Sérum d’âne normal | Jackson ImmunoRecherch | 017-000-121 | |
| Nylon en maille (120 um) | Genesee Scientific | 57-102 | |
| Objectif HC PL FLUOTR 10X/0.32 PH 1 | Leica | 11506537 | |
| Objectif HC PL APO 10x/0.40 CS2 | Leica | 15506407 | |
| Objectif HC PL APO 40x/1.30 CS2 | Leica | 15506358 | |
| Plaques de Petri 60 x 15 mm | Corning | 351007 | |
| Oscillateur à plateforme | Globe Scientific | GTR-FS | |
| Anticorps primaire (Coracle) | DSHB | C566.9 | |
| Anticorps primaire (Coracle) | DSHB | C615.16 | |
| Anticorps primaire (E. cadherine) | DSHB | DCAD2 | |
| Anticorps primaire (Mcr) | Laboratoire de service, CWRU | Polyclonal cochon d’Inde | |
| Rhodamine marqué 10 kDa dextran | Sondes moléculaires | D1824 | |
| Anticorps secondaire (anti-cochon d’Inde Cy3) | Jackson ImmunoRecherch | 706-165-148 | |
| Anticorps secondaire (anti-souris Cy2 de l’âne) | Jackson ImmunoRecherch | 715-225-151 | |
| Anticorps secondaire (anti-rat Cy5 pour l’âne) | Jackson ImmunoRecherch | 712-175-150 | |
| Vibrateur de table | École scientifique du Nouveau-Brunswick | Vibrateur de plateforme C2 | |
| Tegosept (méthyle 4-hydroxybenzoate) | TCI | H0216 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151500 | |
| Fioles pour fixation (fioles de scintillation liquide WHEATON de 20 ml) | Fisher Scientific | 03-341-73C | |
| Whatman 3MM ; Article de chromatographie | Fisher Scientific | 05-716-6H | |
| Mouche avec des actions | génotype complet | nombre d’actions | Source |
| Cor4 | w*; P{neoFRT}43D cora4/CyO | 52232 | BDSC |
| W1118 | w[1118] | 5905 | BDSC |
| Solution | Recette | ||
| 10x PBS | Mélangez 90 g de NaCl, 20 g de Na2HPO4 et 8,3 g de NaH2PO4.H2O et dH20 à 1L. Filtrez la stérilisation. Diluez à 1X avec du dH2O pour les étapes de lavage de l’immunocoloration. | ||
| Solution Triton X-100 à 10 % | Mélangez 1 ml de Triton X-100 à 9 ml de dH2O sur un bascule à plateforme jusqu’à ce que la dissolution soit dissipée. Conserver à température ambiante. | ||
| 50 % d’eau de Javel | Mélangez 10 ml d’eau de Javel commerciale (hypochlorite de sodium à 7,5 %) à 10 ml d’eau avant de déchorioner les embryons. | ||
| Assiettes de jus de pomme | Faites bouillir 15 g d’agar Drosophila dans 725 ml dH2O. Ajoutez 25 g de sucre et 250 ml de jus de pomme, puis mélangez jusqu’au mixage. Laissez refroidir la solution à 55°C, puis ajoutez 1,3 g de tegosept et mélangez doucement. Versez dans des plaques de Petri de 60 x 15 et laissez refroidir. À conserver à 4°C. | ||
| Solution de blocage | Mélangez 9,8 ml de 1X PBS avec 100 uls de Triton X-100 à 10 % et 100 ul de sérum Normal Donkey dans un tube conique de 15 ans. | ||
| Solution de lavage d’embryons | Préparez 10 fois la solution de lavage d’embryons en mélangeant 70 g de NaCl et 2 ml de Triton X-100 à 1 L de dH2O. Diluez à 1X avec du dH2O pour la solution fonctionnelle. | ||
| Correction | Préchauffez 10 ml de 1X PBS au micro-ondes. Ajouter 0,4 g ; de paraformoldéhyde et de pipette à mélanger. Ajoutez 10 uls de NaOH 14N pour la dissolution rapide. Placez sur un bloc chauffant à 90°C jusqu’à ce que ce soit dissous. Une fois qu’il ne reste plus de paraformaldéhyde solide, ajoutez 10 ul de 14N HCL pour ajuster le pH au neutre. Portez toujours une blouse de laboratoire, des gants et des lunettes lorsque vous utilisez du paraformaldéhyde. | ||
| Supports de montage | Mélangez 9 ml de glycérol et 1 ml de base Tris 1M pH 8,0. Ajoutez 0,05 g de n-propyl-gallate, ; Mélangez et chauffez pour dissoudre. Aliquot 0,5 ml dans des tubes d’Eppendorf. ; | ||
| Solution de dextran de rholamine | Préparez une nouvelle solution de colorant en dissolvant du Dextran de 10 kDa marqué à la Rhodamine à 1 mg/ml dans 0,5M phosphate de sodium, pH 7,5 et 5 mM de chlorure de potassium. | ||
| Pâte de levure | Mélangez 50 g de levure commerciale (Red Star) avec une pincée de saccharose et assez d’eau pour obtenir une pâte épaisse. À conserver à 4°C. |
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