ידוע שרמות איתות מווסתות את גורל התא, מה שמצביע על כך שוויסות איתות Wnt מהווה מטרה טיפולית מעניינת. כאן, אנו מתארים שיטות ניתוח ציטומטריית זרימה ומיקרוסקופיה קונפוקלית עבור מודל מדווח איתות Wnt קנוני עכברי חזק המודד רמות איתות Wnt מובהקות.
מאמר שיטה
ידוע שרמות איתות מווסתות את גורל התא, מה שמצביע על כך שוויסות איתות Wnt מהווה מטרה טיפולית מעניינת. כאן, אנו מתארים שיטות ניתוח ציטומטריית זרימה ומיקרוסקופיה קונפוקלית עבור מודל מדווח איתות Wnt קנוני עכברי חזק המודד רמות איתות Wnt מובהקות.
מדידת רמות ביטוי Wnt חיונית כאשר מנסים לזהות או לבדוק מטרות טיפוליות חדשות של Wnt. מחקרים קודמים הראו כי איתות Wnt קנוני פועל באמצעות מנגנון מונע מינון, מה שמניע את הצורך לחקור ולמדוד איתות Wnt בסוגי תאים שונים. למרות שהוצעו מספר מודלים מדווחים לייצוג ביטוי Wnt פיזיולוגי, ההקשר הגנטי או חלבון המדווח השפיעו מאוד על התוקף, הדיוק והגמישות של כלים אלה. מאמר זה מתאר שיטות לרכישה וניתוח נתונים המתקבלים עם מודל הדיווח של עכבר Axin2-mTurquoise2 Wnt, המכיל אלל Axin2em1Fstl שעבר מוטציה. מודל זה מקל על חקר איתות Wnt קנוני אנדוגני בתאים בודדים על פני טווח רחב של פעילות Wnt.
פרוטוקול זה מתאר כיצד להעריך באופן מלא את פעילות המדווח של Axin2-mTurquoise2 באמצעות ניתוח אוכלוסיית תאים של המערכת ההמטופויאטית, בשילוב עם סמני פני התא או צביעה תוך-תאית של β-catenin . הליכים אלה משמשים בסיס ליישום ורבייה ברקמות או תאים מעניינים אחרים. על ידי שילוב של מיון תאים המופעל על ידי פלואורסצנטיות והדמיה קונפוקלית, ניתן לדמיין רמות ביטוי Wnt קנוניות מובהקות. אסטרטגיות המדידה והניתוח המומלצות מספקות נתונים כמותיים על רמות הביטוי הפלואורסצנטי להערכה מדויקת של איתות Wnt קנוני. שיטות אלו יהיו שימושיות עבור חוקרים שרוצים להשתמש במודל Axin2-mTurquise2 עבור דפוסי ביטוי Wnt קנוניים.
איתות Wnt קנוני הוא מסלול איתות משומר המעורב בהומאוסטזיס של רקמות בריאות כמו גם במחלות. ויסות מדויק של רמות איתות Wnt הוכח כחשוב בהתפתחות העוברית, אך יש לו חשיבות רבה גם ברקמות בוגרות. נמצא כי איתות Wnt קנוני ממלא תפקיד חשוב בהתחדשות רקמות של מספר איברים כגון המעיים, העור והמערכת ההמטופויאטית. לפיכך, כאשר איתות Wnt אינו מוסדר, מתעוררות פתולוגיות קשות. סרטן המעי הגס, הכבד והעור, מחלות נוירולוגיות, כמו גם ממאירויות המטולוגיות מסוימות הן פתולוגיות מופתיות שבהן איתות Wnt לא מוסדר הוא הגורם הסיבתי או התורם1. לכן, מספר מעכבים למטרות Wnt שונות נבדקים כעת בניסויים קליניים כטיפולי סרטן הקשורים ל-Wnt2.
בנוסף, התקדמות מעניינת מתרחשת בפוטנציאל הטיפולי של Wnt להתאוששות נוירולוגית, הפרעות נוירולוגיות הקשורות לגיל והפרעות מולדות על הספקטרום האוטיסטי 3,4,5. אותות Wnt נחקרו להרחבה ex vivo של תאי גזע להשתלה לאחר מכן6. עם זאת, מיקוד טיפולי של איתות Wnt קנוני הוא מאמץ קשה בשל חשיבותו בתפקודי תאים בסיסיים רבים ודיבור צולב עם מסלולים אחרים 7,8,9, וכתוצאה מכך הצורך למדוד במדויק את ההשפעות של חומרים טיפוליים אלה של Wnt במודל קל לפרשנות. איתות Wnt קנוני מונע על ידי ליגנדים Wnt מסיסים קצרי טווח, המופרשים על ידי תאים שכנים או כהפרשה אוטוקרינית כפי שדווח בסוגים שונים של תאי גזע המגיבים ל-Wnt.
קולטני Wnt Frizzled וחלבון הקשור לקולטן ליפופרוטאין (LRP) מגיבים לליגנדים אלה, מה שמפעיל מפל איתות תוך תאי. כאשר איתות Wnt כבוי, קומפלקס הרס המורכב ממעכב ציר (Axin), תוצר גן מדכא גידול, אדנומטוס פוליפוזיס קולי (APC), קזאין קינאז 1 (CK1α) וגליקוגן סינתאז קינאז (GSK-3β), מונע הצטברות של β-catenin (CTNNB1) על ידי פירוק פרוטאזומלי. עם קשירת קולטן ליגנד Wnt, קומפלקס ההרס מושבת, מה שמוביל להצטברות וייצוב של β-catenin בציטופלזמה. ה-β-catenin הפעיל יכול לנדוד לגרעין, שם הוא נקשר לגורמי השעתוק של גורם השעתוק/גורם הקישור למשפר הלימפה (TCF/LEF) כדי ליזום את השעתוק של גני המטרה של Wnt. Axin2 נחשב לגן מטרה מכיוון שהוא מטרה ישירה של מסלול Wnt10. בנוסף, Axin2 משמש כמווסת שלילי כמו גם כגן מדווח לאיתות Wnt קנוני פעיל11,12.
מספר מדווחי איתות Wnt קנוניים תוארו בספרות והיו שימושיים מאוד בהבנת תפקידו של איתות Wnt בהתפתחות העוברית. רוב המדווחים הללו עושים שימוש באתרי קשירה TCF/LEF שהוכנסו באופן סינתטי, שאינם משתמשים בגן מטרה אנדוגני 13,14,15,16,17,18,19. בנוסף, נעשה שימוש באסטרטגיות דפיקה של Axin2 המכבדות את המיקום הטבעי של הגן 11,20,21,22,23, מתוכם Axin2-LacZ מקובל בדרך כלל כמדווח Wnt הקנוני החזק ביותר 11. עם זאת, החלבון המדווח LacZ, אם כי קל לשימוש ברוב הרקמות, דורש מצע β-גלקטוזידאז, המוכר כקשה לתאים חיים24. במיוחד עבור תאי גזע ותימוציטים, תנאי הזיהוי הקשים של LacZ מגבירים את המוות התאי (נתונים לא מדווחים משלו) בעת טיפול בתרחיפי תאים.
למרות שהגברת האות הנגרמת על ידי צביעת LacZ נוחה לזיהוי אותות נמוכים, היא הופכת את הכימות לפחות ישיר ולכן ניתן לטעון פחות אמין. לכן, מודל מדווח עכברים תוכנן לחקות את האסטרטגיה הגנטית של Axin2-LacZ , אך עם חלבון מדווח mTurquoise221, כדי לספק קריאה ישירה יותר וקרובה יותר לרמות הביטוי הפיזיולוגיות. החלבון הפלואורסצנטי mTurquoise2 הוא תחליף מצוין ל-LacZ בשל הבהירות הגבוהה שלו (תפוקה קוונטית (QY) = 0.93), גמישותו בשילוב עם חלבונים פלואורסצנטיים אחרים לאפיון נרחב של פני התא, והיעדר צורך במצע אקסוגני. יתר על כן, הקשר הגנטי ההדוק שלו לחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) מציע את האפשרות להשתמש ברוב הנוגדנים הפלואורסצנטיים המזהים GFP לזיהוי אותות חזק יותר, במידת הצורך, בתאים רגישים מאוד ל-Wnt25.
מודל Axin2-mTurquoise2 הוא לא רק מדווח Wnt קנוני, אלא גם מציע אפשרות לחקור פנוטיפים הטרוזיגוטיים והומוזיגוטים של Axin2 (נוק-אאוט Axin2 ). ההחדרה הממוקדת של mTurquoise2 באתר ההתחלה של Axin2 גורמת לשיבוש חלבון Axin221. מכיוון ש-Axin2, הידוע גם בשם Conductin, הוא חלק ממכלול ההרס Wnt, ומתחם ההרס מווסת היטב את השעתוק בתיווך β-catenin, היעדרו החלקי או המוחלט יכול להיות מעניין לחקור פתולוגיות מגוונות. לדוגמה, בסרטן המעי הגס, רמות Axin2 גבוהות יחסית עקב היפראקטיביות Wnt11; עם זאת, תפקידו בפתולוגיות אחרות עדיין לא ידוע במידה רבה. למרות ש-Axin2 נחשב כממלא תפקיד מוגבל בפירוק של β-catenin, ניתן לשפר את תפקידו בוויסות Wnt על ידי הוספת פפטיד קטן, החוסם את צמיחת סרטן המעי הגס בתיווך Wnt26.
בסך הכל, ויסות Wnt זהיר באמצעות יעדים טיפוליים של Wnt יכול לפתוח הזדמנויות לשנות את הופעתן או התפתחותן של פתולוגיות חמורות ויש לחקור אותן עוד יותר במודלים עם יכולת דיווח. בדוח זה, אנו מסבירים את שיטת הניתוח המומלצת שלנו של מודל העכברים Axin2-mTurquoise2 לזרימה ציטומטרית והדמיה קונפוקלית. בהקשר של רמות מינון Wnt, קשה לזהות רמות איתות Wnt קנוניות נמוכות מאוד, שעבורן יכולות זיהוי וניתוח מתקדמות מספקות יתרון כדי להפיק את מלוא היתרונות של מודל זה. תימוציטים משמשים כמערכת מודל בשל כדאיות התאים השבריריים שלהם, ביטוי איתות Wnt קנוני נמוך ואזור הציטופלזמה המעובה כדי לייצג את רגישות הזיהוי של מודל Axin2-mTurquoise2. בנוסף, מוסבר הליך צביעה היסטולוגי כולל של β-catenin עבור תרחיפי תאי תימוציטים כדי למדוד רמות β-catenin ציטופלזמיות ולאמת איתות Wnt קנוני פעיל גרעיני בשילוב עם המדווח.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: כל הליכי העכברים בוצעו באישור הוועדה האתית של המרכז הרפואי של אוניברסיטת ליידן (LUMC) לניסויים בבעלי חיים. זכר ונקבה, בני 6-12 שבועות, מסוג בר (wt), שאין להם החדרה של מבנה המדווח Axin2-mTurquoise2, הטרוזיגוט (Tg/0) עם החדרה אחת של מבנה המדווח Axin2-murquoise2 וכך, גן Axin2 משובש אחד, והומוזיגוטי (Tg/Tg) עם החדרת מבנה המדווח Axin2-mTurquoise2 בשני האללים וכך, שני גנים משובשים של Axin2 ; Axin2-mטורקיז2 עכברים (B6; CBA-Axin2em1Fstl/J עכברים) שימשו בניסויים. בעלי החיים הוקרבו על ידי המתת חסדCO2 לפני בידוד האיברים. לאורך כל ההליך, צמצם את חשיפת הדגימות לאור, ושמור על קרח או 4 מעלות צלזיוס בכל עת, אלא אם כן צוין אחרת. מכסים את הדגימות בנייר אלומיניום. יש לבצע את כל השלבים במעבדה סטנדרטית עם ארון בטיחות ביולוגית.
1. הכנת תרחיף תאי תימוציט
2. הכנת ציטומטריית זרימת תימוציטים
3. מדידת ציטומטר זרימה
הערה: משתמשים חסרי ניסיון צריכים תחילה לעבור אימון ציטומטר זרימה שכן מדידת האות mTurquoise2 בשילוב עם מספר פלואורוכרומים אחרים דורשת ניסיון ותכנון בקיא של הניסוי. עיין בטבלת החומרים למידע על ציטומטר הזרימה.
4. אנליזה ציטומטרית זרימה
הערה: ניתוח ציטומטרי זרימה בוצע באמצעות תוכנה ספציפית המוזכרת בטבלת החומרים; עם זאת, קיימות גם תוכניות אחרות לניתוח זרימה ציטומטרית.
5. הכנת ציטוספינים של תימוציטים להדמיה קונפוקלית
הערה: ציטוספינים של תימוציטים מומלצים בעבודה עם תרחיפי תאים של תאים שאינם נדבקים. מכיוון שהביטוי של Axin2-mTurquoise2 בתימוציטים נמוך יותר מאשר בתאי האפיתל של התימוס, נעשה שימוש בתרחיפי תאי תימוציט מסוננים להדמיה.
6. צביעה חיסונית של ציטוספינים עם סה"כ β-קטנין
7. מדידה מיקרוסקופית קונפוקלית
הערה: עיין בטבלת החומרים למידע על המיקרוסקופ הקונפוקלי.
8. ניתוח מיקרוסקופיה קונפוקלית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי לחקור את תפקידו של איתות Wnt קנוני, נבדק מודל מדווח Wnt קנוני Axin2-mTurquoise2 בשילוב עם ביטוי חלבון β-catenin. ידוע כי תימוציטים שבירים, מראים איתות Wnt קנוני נמוך במספר שלבים בתהליך התבגרות התימוציטים, ויש להם יחס ציטופלזמי לגרעין נמוך; כל הגורמים הללו מעכבים את הזיהוי של mTurquoise2 או β-catenin ציטופלזמי. על ידי ביצוע הפרוטוקול, תימוציטים של עכברים Axin2-mTurquoise2 נאספו מהתימוס ועובדו לתרחיפים חד-תאיים לניתוח ציטומטרי זרימה וקונפוקלי ציטוספין (איור 1) הן של Axin2-mTurquoise2 והן ש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מספר מדווחים קנוניים של Wnt זמינים עם רגישות מדווח שונה וחלבוני מדווח בפועל. מודלים מדווחים המשתמשים באתרי קשירה מרובי TCF/LEF שהוכנסו באופן סינתטי זמינים עם חלבוני מדווח פלואורסצנטיים; עם זאת, חזרות כאלה של טרנסגנים עלולות ללכת לאיבוד במהלך רבייה או ניסויים ארוכים in vivo ויכולות להיות רגישות לאותות שאינם Wnt מרצפים גנומיים מסביב המשפיעים על ביטוי המדווח. לכן, המדווח הנפוץ ביותר נותר הגרסה הישנה יותר Axin2-LacZ, למרות הקושי להשתמש בו בתאים חיים.
מודל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מענק מאוניברסיטת ליידן לתחום הפרופיל רפואה רגנרטיבית לפיתוח מודלים חדשים של עכברים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ציטומטר זרימה BD FACScantoII | BD Biosciences | לא ניתן ליישום | מספר סידורי V96300710. מערך ציטומטר הזרימה בפרוטוקול זה מכיל קו לייזר של 405 ננומטר עם מסנן מעביר אורך 505 ומסנן פס פס של 530/30 ננומטר, ומסנן פס פס של 470/20 ננומטר; לייזר 488 ננומטר עם מסנן מעביר ארוך 735 ננומטר ומסנן פס פס 780/60 ננומטר, מסנן מעביר ארוך 670 ננומטר ומסנן מעביר ארוך 655 ננומטר, מסנן מעביר ארוך 610 ננומטר, מסנן מעביר ארוך 550 ננומטר ומסנן פס פס 575/26 ננומטר, מסנן מעביר ארוך 505 ננומטר ומסנן פס פס 530/30 ננומטר, ומסנן פס פס 488/10 ננומטר; וקו לייזר של 633 ננומטר עם מסנן מעביר ארוך של 735 ננומטר ומסנן פס פס של 780/60 ננומטר, מסנן מעבר ארוך של 685 ננומטר ומסנן פס פס של 660/20 ננומטר. |
| BSA | סיגמא | A9647 | |
| קורנינג 70 μ מסננת תאים M | פלקון/קורנינג | 352350 | |
| ציטוספין 4 סוג A78300101 | תרמו סיינטיפיק | לא ישים | |
| DMSO | סיגמא אולדריץ' | D5879-1L | |
| DNAse I | סיגמא | A9647 | |
| פלקון 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה חרוטית | גריינר ביו-וואן | 227261 | |
| פלקון מבחנות פוליסטירן תחתון עגול עם מכסה הצמד מסננת תאים | פישר סיינטיפיק | ||
| סרום עגל עוברי (FCS) | Greiner Bio-One B.V. | לא ישים | תלוי במקור |
| תוכנת פיג'י | ImageJ | לא ניתן ליישום | גירסה 1.53 |
| כרטיס סינון לבן (עבור ציטוספין) | תוכנת VWR | SHAN5991022 | |
| FlowJo 10 | Treestar | לא ניתנת ליישום | גירסה 10.5.3 |
| מגלשות כפור | קליניפת | ||
| גיבקו IMDM בינוני | פישר סיינטיפיק | ||
| HCX PL APLO 40x 1.4 עדשת שמן | Leica מיקרוסיסטמס | לא ישים | |
| עט הידרופובי: עט Omm Edge | וקטור | לא ישים | |
| Leica TCS SP5 DMI6000 | Leica microsystems | לא ישים | הגדרת המיקרוסקופ בפרוטוקול זה כללה מטרת טבילת שמן HCX PL APO 40x/1.2 ברזולוציית 8 סיביות, 1024 פיקסלים x 1024 פיקסלים, מהירות 400 הרץ, חור סיכה 68 ומיקרו; m, ומקדם זום של 1.5 בטמפרטורת החדר. מערכת זו מכילה לייזר דיודה 405, לייזר ארגון, לייזר DPSS 561, לייזר HeNe 594 ולייזר HeNe 633 עם 4 גלאים היברידיים (HyDs) ו-5 שפופרות פוטו-מכפיל (PMTs). |
| מתנול | VWR | 1060091000 | |
| NaN3/נתרן אזיד | בית חולים farmacy | לא ישים | |
| סרום עכבר רגיל | עכברים משלו | לא ניתן ליישום | |
| PBS | Lonza | BE17-517Q | |
| ProLong יהלום אנטי-דהייה הר | פישר מדעי | P36965 | |
| עכבר מטוהר אנטי-&בטא;-catenin (CTNNB1)BD | Biosciences | ||
| יודיד | Thermofisher | T3605 | |
| לק שקוף | בכל בית מרקחת | לא ניתן ליישום | |
| טווין-20 | סיגמא אולדריץ' | עמ' 1379-500 מ"ל | |
| ערכת תיוג Zenon Alexa Fluor 568 Mouse IgG1 | Thermofisher | Z25006 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה