מאמר זה מתאר פרוטוקול לשעבר vivo להתאמה המאפשר הדמיה Ca 2+ במהלך ההפעלה ביצה תסיסנית.
מאמר זה מתאר פרוטוקול לשעבר vivo להתאמה המאפשר הדמיה Ca 2+ במהלך ההפעלה ביצה תסיסנית.
הפעלת ביצית היא תהליך אוניברסלי הכולל סדרה של אירועים המאפשרים לביצית המופרית להשלים מיוזה וליזום התפתחות עוברית. היבט אחד של הפעלת ביציות, שנשמר בכל האורגניזמים שנבדקו, הוא שינוי בריכוז התוך תאי של סידן (Ca2+) המכונה לעתים קרובות 'גל Ca2+'. בעוד שהמהירות ומספר התנודות של גל Ca2+ משתנים בין המינים, השינוי ב-Ca2+ התוך-תאי הוא המפתח בהבאת אירועים חיוניים להתפתחות העוברית. שינויים אלה כוללים חידוש מחזור התא, ויסות mRNA, אקסוציטוזיס גרגיר קליפת המוח וסידור מחדש של השלד הציטולוגי.
בביצית הדרוזופילה הבוגרת, ההפעלה מתרחשת בביצית הנקבית לפני ההפריה, ויוזמת סדרה של אירועים תלויי Ca2+. כאן אנו מציגים פרוטוקול להדמיית גל Ca2+ בדרוזופילה. גישה זו מספקת מערכת מודל הניתנת למניפולציה כדי לחקור את המנגנון של גל Ca2+ ואת השינויים במורד הזרם הקשורים אליו.
שינוי Ca 2 + ריכוז התאי על הפעלת ביצה (ביצית) הוא מרכיב משומר של כל היצורים שנחקרו 1,2. אירוע זה יוזם מגוון רחב של התהליכים התלויים 2+ Ca, כולל חידוש של מחזור התא ותרגום של mRNAs מאוחסן. בשל דרישה זו עבור Ca 2 +, לדמיין את השינויים החולפים בריכוזים תאיים Ca 2 + כבר עניין מפתח.
מבחינה היסטורית, אורגניזמים מודל נבחרו מחקרים על הפעלת ביצה בהתבסס על גודל וזמינות של ביציהן. גישות להדמיה שונות כבר נוצלו לעקוב ולכמת שינויים התאי Ca 2 + ריכוזים במערכות אלה, ובכלל זה: aequorin photoprotein בדגי medaka 3; Ca צבעי ניאון 2 + רגישים כגון פורעה-2 ב קיפוד ים ו אוגר 4,5; וסידן ירוק-1-dextran ב Xenopus 6.
הדור ושיפור אינדיקטורים סידן מקודדים הגנטי (GECIs) שינה את היכולת לדמיין Ca 2+ דינמיקת in vivo 7. הבונה הגנטית אלה באים לידי ביטוי ברקמות ספציפיות ולהגביל את צורך הכנות רקמות פולשנית 8.
GCaMPs הוא חלבון פלואורסצנטי ירוקה (GFP) בכיתה מבוססת של GECIs שהיה מאוד יעיל, בשל הזיקה הגבוהה Ca 2+ שלהם, יחס אות לרעש ואת היכולת להיות מותאם אישית 9-11. בנוכחות של Ca 2 +, במתחם GCaMP עובר סדרה של שינויים מרחביים, החל עקידת Ca 2+ כדי calmodulin, שתוצאתה היא עוצמת פלורסנט מוגברת של רכיב ה- GFP 9.
GCaMPs נעשה שימוש נרחב במחקר על נוירונים תסיסנית לדמיין שינויי סידן התאי 12. Applicati האחרונהעל הטכנולוגיה GCaMP לדמיין Ca 2 + ביצים תסיסנית בוגרת גילה גל יחיד Ca 2 + חולף על הפעלת ביצה 13,14. גל Ca 2+ ניתן דמיין בהגדלה נמוכה בזמן ביוץ in vivo 13 או בהגדלה גבוהה יותר באמצעות assay הפעלת vivo לשעבר 13,14. ב assay vivo לשעבר, ביציות בוגרות בודדות מבודדות מן השחלות והופעלו באמצעות פתרון hypotonic, המכונה חיץ הפעלה, אשר הוכח לשחזר את אירועי in vivo הפעלת 15-17.
Assay vivo לשעבר זו מאפשר ויזואליזציה ברזולוציה גבוהה הקלה של גל Ca 2+ תחת תנאי ניסויים שונים כולל שיבוש תרופתי, מניפולציות פיסיות מוטציות גנטיות. מאמר זה מדגים הכנת ביצים תסיסנית בוגרת vivo לשעבר הפעלה הדואר עוקבת מיקרוסקופיה רגילה לחזות גל Ca 2+ באמצעות GCaMP. גישה זו יכולה לשמש כדי לבחון את החניכה ובקר על גל Ca 2 + ו לחקור תוצאות במורד זרם.
הערה: ביצוע כל הצעדים בטמפרטורת החדר אלא אם צוין אחרת.
1. הכנה לנתיחה
הערה: השלבים המתוארים כאן הם בהתאם E. Gavis, אוניברסיטת פרינסטון & וייל et. al. 18. בצע את השלבים הבאים יומיים לפני הדמיה.
2. השחלות תסיסנית ביתור
הערה: השלבים המתוארים כאן הם בהתאם וייל et. אל. 18.
3. בידוד פרט ביציות בשלות
4. הכנות לקראת הדמיה
5. הפעלת ביצת גופיים הדמיה
6. לאחר רכישת עיבוד תמונה
כאן אנו מדגימים כיצד להכין ביצים תסיסנית בוגרת הפעלת vivo לשעבר. ביצים להביע הדמיה לאפשר Geci של Ca 2 + הדינמיקה בבית ההפעלה ביצה ותחילת ההתפתחות העוברית (איור 1). יצוין כי בהתאם GCaMP בשימוש, במיוחד בנוכחות קבוצת myristoyl, תוצאות עשויות להיות הבדלים איכותיים קלים 13 14. יש לנו גם הפגין תפקיד עבור אקטין תפקודי במהלך הפעלת ביצה על ידי התוספת של מעכב פילמור יקטין, cytochalasin D, למאגר ההפעלה (איור 2) 14.
דרישת שלד התא ב הפעלת ביצה נשמרת. ב C. elegans, לאחר הפריה, רכיבי cytoskeletal הם מחדש להכין את העובר-תא אחד לחלוקת הסימטרית הראשונה 21,22. בשנת קיפוד ים, שיבוש cytoskeletal-ארגון מחדש לאחר ההפעלה הוכח להשפיע על מחזור התא על ידי מניעת טבעת התכווצות היווצרות 23. תפקידיו של תקטין בתיווך גל Ca 2+ ותפקוד ההמשך שלה ב הפעלת ביצת תסיסנית נשארו הובהרו באופן מלא.
ב תסיסנית, שיתוף להדמיה של שלד התא Ca 2 + גל אקטין יכולה להיות מושגת באמצעות assay ההפעלה vivo לשעבר זה. סדרת זמן של ערוצים מרובים ניתן לרכוש ודינמיקה של Ca התאי 2+ ניתן להתאים עם שינויים בארגון יקטין הביצית (איור 3).

איור 1:. גל אחד Ca 2 + ב תסיסנית ביצה הפעלת סדרת זמן של vivo לשעבר בוגרת ביצה תסיסנית להביע UASt- myrGCaMP5 הבאים אddition של חיץ ההפעלה (AH). העלייה Ca ציטופלסמית 2+ מקורו בקוטב האחורי (ב ') מתפשטת (BF) עם מהירות ממוצעת של כ -1.5 מיקרומטר / sec. ייזום של גל בדרך כלל הוא ציין בתוך 3 דקות של תוספת של חיץ ההפעלה. בעקבות ההפעלה, רמות סידן תאיים של ביצית בשלה חוזר טרום הפעלת רמות (G, H). ראה השלים סרט 1 (דקות בסה"כ זמן 33). ברי סולם = 50 מיקרומטר. מקס הקרנה = 40 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: תוספת של Cytochalasin D כדי הפעלת מאגר מדאיג Ca2 + גל רביה. סדרת זמן של vivo לשעבר בוגרת ביצה תסיסנית להביע UASt- myrGCaMP5 הבאים תוספת של חיץ ההפעלה המכיל 10 מיקרוגרם / מ"ל cytochalasin D הריכוז הסופי (AH). בעוד גל Ca 2+ הוא יזם בקוטב האחורי (א), זה נפגע ואינו להגיע הקדמי של הביצה (F) (ראשי החץ לבנים מציינים חלק הקדמי של הגל). אין עוד שינויי Ca 2 + נצפו למעלה מ -30 דקות). ראה השלים סרט 2 (דקות בסה"כ זמן 30). ברי סולם = 50 מיקרומטר. מקס הקרנה = 40 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: Co-להדמיה של אקטין Ca 2 + ב Eהפעלת gg תסיסנית. סדרת זמן של vivo לשעבר בוגרת ביצה תסיסנית להביע UASt- myrGCaMP5 (ציאן) ו UASp -f-Tractin.tdTomato (מגנטה) התוספת הבאה של חיץ ההפעלה (AH). גל Ca 2+ יוזם מהקוטב האחורי ומשחזר כמו באיור 1. תקטין נראה שינוי לאורך זמן, ראשי חץ לבנים (A נגד H). העדר זיהוי אותות Ca 2 + במרכז ביצית בשלה הוא עקב תנועה של המדגם במהלך לכידת תמונה. ברי סולם = 50 מיקרומטר. מקס הקרנה = 40 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
השלב הקריטי הראשון בפרוטוקול זה הוא בידוד הביציות הבוגרות ללא נזק. ניתן להשיג זאת על ידי תמרון גויים של הביצים עם בדיקת הניתוח. תרגול יאפשר לבצע מניפולציה זו ללא נזק לביציות. שלב מכריע שני הוא הימנעות מאובדן הדגימה כאשר מפעילים מאגר הפעלה על הביצה הבוגרת בשמן. יישום מאגר ההפעלה צריך להיעשות לאט וללא מגע עם הכיסוי. שלב זה יכול להיות מאתגר אם הגדרת המיקרוסקופ אינה מאפשרת גישה נוחה לדגימה. רצוי להזיז חלקים מבית השחי של המיקרוסקופ, כגון חממת טמפרטורה.
ניתן לבצע שינויים בפרוטוקול זה על מנת לדמיין גורמים אחרים המתויגים פלואורסצנטית, במקום Ca2+ בעת הפעלת הביצית. באופן כללי יותר, ניתן לנתח שלבים שונים של התפתחות דרוזופילה או את התוצאות של הוספת מאגר אחר באמצעות פרוטוקול זה.
ייתכן שיידרש פתרון בעיות אם ההגדרות במיקרוסקופ אינן אופטימליות להמחשת האות מהדגימה. ניתן להשיג זאת על ידי הגדלה או הקטנה של עוצמת הלייזר, שינוי טווח הלכידה והתאמת פרמטרי Z-stack. בעיה נוספת עשויה להיות ביצים שיוצאות באופן עקבי משדה הראייה עם הוספת מאגר ההפעלה. אם זה קורה באופן קבוע, אפשר לביצים הבוגרות להתיישב על החלקות הכיסוי לפרק זמן ארוך יותר, 15 עד 20 דקות. היזהר ששימוש בשמן בעל צמיגות גבוהה יותר ישנה את תזוזה של השמן על ידי מאגר הפעלה.
טכניקה זו המוצגת כאן מוגבלת על ידי מרחק העבודה של המטרה, התייבשות הביצים הבוגרות והיכולת לנתח את הביצים הבוגרות ללא נזק. עם זאת, בהשוואה לשיטות הדמיה in vivo שבהן הביצית הבוגרת עוברת דרך הנקבה הבוגרת ומופקדת 13, השיטה שלנו מאפשרת רזולוציה מרחבית רבה יותר, אפשרות לתפעל פיזית את הביצית הבוגרת לפני ההפעלה ויכולת לבדוק את תפקיד הפעלת הביצית ללא הפריה.
ישנם יישומים עתידיים פוטנציאליים רבים של טכניקה זו, כולל בדיקת מבני מדווח לרכיבים תאיים בהפעלת ביצית והדמיה של גל Ca2+ על רקע מוטנטי 14,24. יחד עם כלים ניסיוניים וגנטיים, מבחן הפעלת הביציות ex vivo המוצג כאן מאפשר לחקור את ההשפעות של הטריגר, ההתפשטות וההשפעות במורד הזרם של גל Ca2+ השמור באופן אוניברסלי.
החוקרים אין לי מה לחשוף.
אנו מודים לורה Bampton, אלכס דוידסון, ריצ'רד פרטון, אריטה Acharya לסיוע במהלך תקופת ההכנה של כתב היד הזה; מריאנה וולפנר לדיונים על הפעלת ביצה; מאט Wayland לתמיכת הדמיה; ונאן הו עבור תמיכה כללית במעבדה.
עבודה זו נתמכה על ידי אוניברסיטת קיימברידג ', ISSF כדי TTW [מספר מענק 097,814].
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| שמרים פעילים יבשים | פליישמן' s | #2192 | |
| ניתוח מיקרוסקופ | Leica | MZ6 | שונים יעבדו |
| מנורת | Mircotec סיבים אופטיים | MF0-90 | שונים יעבדו |
| מגבונים רפואיים | תאגיד קימברלי-קלארק | KLEW3020 | |
| עט סמן | Stabilo | 841/46 | OHPen אוניברסלי, שחור - זמין ברוב החנויות הנייחות. רוחב דק במיוחד 0.4 מ"מ |
| CO2 pad | Genesee Scientific | 59-114 (789060 Dutscher) | |
| תלוש כיסוי מס' 1.5, 22 x 50 מ"מ | בינלאומי- No1-VWR Cat=631-0137-22-50 מ"מ | מנזל-גלזר-22-50 מ"מ-MNJ 400-070T | |
| שמן הלוקרבון, סדרה 95 | Halocarbon Products Corp. | מפיץ באירופה: | |
| Solvadis (GMBH) | |||
| שמן 10 S | VWR כימיקלים | 24627.188 | ניתן להשתמש במקום שמן הלוקרבון, סדרה 95 |
| מלקחיים | Fine Science Tools | 11252-00 | בעוד שכלים אלה צריכים להיות נקיים, אין צורך בשימוש בחיטוי, אתנול יספיק. |
| Probe | Fine Science Tools | 10140-01 | |
| פיפטה מזכוכית | פישרברנד, | FB50251 | פיפטות פסטר, זכוכית, לא מחובר, אורך 150 מ"מ |
| בקבוקון | רג'ינה תעשיות | P1014 | GPPS 80 מ"מ x 25 מ"מ |