RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
אנו מתארים פרוטוקול למדידת מגעים בין תאים בשכבות אפיתל סמוכות בדיסקים דמיוניים חיים של כנפי דרוזופילה באמצעות גישה מבוססת בנייה מחדש של GFP.
צמיחה ודפוס של רקמות עובריות נשלטים במידה רבה על ידי אותות המוחלפים באופן מקומי בין אוכלוסיות תאים בתוך הרקמות עצמן. ציטונמים הם סוג של פילופודיה איתות שזוהה לראשונה בדרוזופילה המחברים ומתווכים חילופי תאים מייצרי אותות ומקבלים אותות. בדיסק הדמיוני המתפתח של כנף דרוזופילה, ציטונמים מעורבים בחילופי אותות בין אוכלוסיות נפרדות של תאים בתוך אפיתל הדיסק הנכון (DP), אשר יהווה את הכנף הבוגרת, כמו גם בין תאי DP לתאים ברקמות הקשורות לדיסק סמוך. ציטונמים מסנפסים עם תאי מטרה ליצירת מגעים אינטימיים של הממברנה.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לכימות מגע בתיווך ציטונם בין תאי DP לתאים של אפיתל הממברנה הפריפודיאלית (PerM) הסמוך, המופרד מתאי ה-DP על ידי לומן הדיסק, באמצעות גישת בנייה מחדש של GFP בדיסקי כנף חיים. באמצעות מערכות GAL4-UAS ו-LexA-LexAop, מקטעים משלימים של GFP מפוצל (spGFP1-10, spGFP11), שכל אחד מהם התמזג לתחום הטרנסממברני של CD4, מתבטאים משני צידי לומן הדיסק. הדמיה של פלואורסצנטי GFP משוחזר בתכשירי דיסק כנף חי על ידי מיקרוסקופיה קונפוקלית משמשת לאחר מכן ליצירת ערימות תמונות שמהן ניתן למקם ולכמת פלואורסצנטיות GFP משוחזרת. באמצעות מערכת זו ניתן לבטא במשותף טרנסגנים של קידוד חלבון או הפרעות RNA בתאים המייצרים ציטונם או בתאי מטרה כדי לאמוד את השפעתם על מגעי תאי DP-PerM. מערכת זו, הניתנת להתאמה בקלות לרקמות אחרות, מאפשרת זיהוי של גורמים חשובים להיווצרות או תפקוד ציטונמים.
התפתחות הרקמות העובריות נשלטת על ידי תאים הממוקמים ב'מרכזי ארגון' המאותתים לתאים מרוחקים בתוך רקמה, ושולטים בהחלטותיהם להתרבות (כלומר, לגדול ולהתחלק) או לאמץגורלות מסוימים. איתות תאים לא אוטונומי זה מתווך על ידי ליגנדים המיוצרים על ידי ארגון תאי מרכז היוצרים שיפועי ריכוז דרך הרקמות ומעוררים תגובות תלויות ריכוז. במקרים רבים, ליגנדים אלה מועברים או נאספים באמצעות פילופודיה איתות מבוססת אקטין ארוכה הנקראת ציטונמים המחברים בין תאים שולחי ומקבלים אותות ברקמות 2,3. ציטונמים שהתגלו לראשונה בדיסק הדמיוני של כנף דרוזופילה4, זוהו גם ביונקים ובבעלי חוליות אחרים 5,6,7,8,9. הבנה טובה יותר של תפקידם של ציטונמים באיתות לא אוטונומי של תאים, בשלב מוקדם, היא חיונית לפענוח האופן שבו תאים מתקשרים כדי להתארגן לרקמות וכיצד קווי תקשורת אלה משתנים במצבים פתולוגיים שונים, כולל מומים התפתחותיים וסרטן.
ציטונמים יכולים להתרחב מתאי מקור כדי להעביר ליגנדים לתאי מטרה או מתאי מטרה כדי לקבל ליגנדים קרובים למקורותיהם 2,3. ציטונמים יוצרים מגעים אינטימיים עם המטרות שלהם, שם הם נחשבים ליוצרים מבנים דמויי סינפסה, שבהם העברת ליגנד יכולה להתרחש 3,10,11. מגע זה יכול להתרחש בין קצות ציטונמי המקור והמטרה או בין ציטונמים לגופי תאים3. למרות שאינה מאופיינת בהרחבה, הידבקות תאים באמצעות מולקולות הידבקות או באמצעות אינטראקציות קולטן-ליגנד נחוצה, במקרים מסוימים, להפעלה נכונה של אירועי איתות במורד הזרם 12,13,14, מה שהופך את זה להיבט חשוב של ביולוגיה של ציטונמה.
מספר מחקרים יישמו את טכניקת "בנייה מחדש של GFP על פני שותפים סינפטיים" (GRASP) לניתוח מגעי ציטונם. שיטה זו פותחה לזיהוי ומיפוי שותפים סינפטיים במערכות עצבים מורכבות15. הוא מבוסס על ביטוי של שני השברים המשלימים של GFP מפוצל (spGFP1-10 ו-spGFP11), שכל אחד מהם התמזג לאזור החוץ-תאי של תחום טרנסממברני (למשל של CD4), באוכלוסיות שונות של תאים. אם ממברנות הפלזמה של תאים בשתי האוכלוסיות הללו באות במגע ישיר, זה מביא את התחומים המשלימים של spGFP לקרבה, מה שמוביל לבנייה מחדש של הקרינה של GFP. גישה זו שימשה בדרוזופילה כדי לזהות את קיומם של מגעי ציטונמה בין תאים בתוך דיסק הכנף ובין דיסק הכנף לרקמות אחרות הצמודות זו לזו 12,16,17,18,19,20,21.
מאמר זה מתאר את היישום של GRASP לאפיון מגעים בין שתי שכבות אפיתל נבדלות מורפולוגית של הדיסק הדמיוני של כנף הדרוזופילה, הדיסק הנכון (DP) והממברנה הפריפודיאלית (PerM). שכבות אפיתל אלה יוצרות שק המקיף לומן מרכזי, כאשר תאי ה-DP העמודיים הפסאודוסטאריים ממוקמים בצד אחד ותאי ה-PerM הקשקשיים בצד השני, שניהם עם הממברנות האפיקליות שלהם פונות פנימה לכיוון הלומן (איור 1A). ישנן עדויות מסוימות לאיתות טרנס-לומנלי בין שתי השכבות 22,23,24,25, ולאחרונה תיעדנו איתות מה-DP כדי לשלוט בהתפשטות של תאי PerM המתווכים על ידי ציטונמים אפיקליים ב-DP 21. פרוטוקול זה כולל שימוש במערכות ביטוי הטרנסגנים GAL4/UAS ו-LexA/LexAop כדי לבטא מקטעים משלימים של spGFP שהתמזגו ל-CD4 על הממברנות של תאי DP ו-PerM. הוא משתמש בפלואורסצנטיות GFP משוחזרת כדי לקרוא מגע ממברנה בין שתי אוכלוסיות התאים.
דוחף nubbin-GAL4 משמש לביטוי CD4-spGFP1-10 במיוחד באזור נרתיק הכנף של ה-DP (איור 1A). דוחף PerM-LexA21 משמש לביטוי CD4-spGFP11 במיוחד ב-PerM (איור 1A). שתי מערכות הביטוי הללו אינן תלויות זו בזו, ומאפשרות ביטוי בו-זמני וספציפי של טרנסגנים שונים ב-DP ו-PerM (איור 1B,C).
התוכנית הגנטית הבסיסית כוללת הכלאה של זבובים ליצירת זחלים של הגנוטיפ nub-GAL4/UAS-CD4-spGFP1-10; PerM-LexA/LexAop-CD4-spGFP11. כבקרה שלילית, אנו משאירים את הטרנסגן LexAop-CD4-spGFP11 . טרנסגנים אחרים (למשל, קידוד חלבון, RNA דו-גדילי) יכולים להתבטא כרצונם בשכבת ה-DP (בשליטת רצפי הכטב"מים ) או ב-PerM (בשליטת אופרטור LexA).
זהו פרוטוקול הדמיה חיה שלא ניתן להפריע לו. הכנת החומר מוערכת ב~10 דקות. אין לבצע נתיחות יותר מ-20 דקות בכל פעם לפני ההדמיה. ההדמיה אורכת ~30 דקות ולא אמורה להימשך יותר מ~1 שעה. עבור מספר תנאים או מספר גבוה של דגימות, יש לבצע את ההליך במספר סבבים כדי להבטיח את התוצאות הטובות ביותר.
1. הכנת חומר
2. חיתוך דיסק כנף והכנת שקופיות
3. הדמיה
4. ניתוח תמונות
× 100כדי לבחון את התועלת של נוהל GRASP למדידת מגעים בין תאי DP ו-PerM, בחנו דיסקי כנף של ארבעה גנוטיפים שונים: דיסקי בקרה שלילית מסוג פרא (גנוטיפ: w1118) שיציגו רק רמות רקע של אוטופלואורסצנטיות בערוץ GFP; דיסקים המבטאים את CD4-spGFP1-10 בשכבת ה-DP, אך חסרים את הטרנסגן CD4-spGFP11, שיראה את רמת הקרינה המיוצרת על ידי GFP1-10 בלבד (שציפינו שתהיה זניחה, מכיוון ש-GFP1-10 לא אמור להאיר26); דיסקים שבהם CD4-spGFP1-10 ו-CD4-spGFP11 באים לידי ביטוי ב-DP ו-PerM, בהתאמה (איור 3A), אשר יחשפו את הרמה ה"נורמלית" של מגע DP-PerM; ודיסקים אשר, בנוסף ל-CD4-spGFP1-10 ו-CD4-spGFP11, מבטאים גם את חלבון קינאז Ser/Thr Slik בתאי DP תחת שליטת UAS . ביטוי סליק בתאי DP מניע התפשטות לא אוטונומית של תאי PerM27. זה גם מניע את היווצרותם של ציטונמים אפיקליים בתאי DP החוצים את לומן הדיסק ונראה שהם יוצרים מגע עם תאי PerM, לעתים קרובות ביציבות21. לפיכך ציפינו שביטוי Slik ישפר את השלמת ה-GFP במערך ניסיוני זה.
הדמיה ברמת ה-PerM בדיסקים מסוג פרא חשפה את הסידור הרגיל של תאים אלה, שהמורפולוגיה הקשקשית שלהם וקצב ההתפשטות הנמוך שלהם מביאים למראה מפוזר של גרעינים (מדומיין על ידי צביעת הוכסט, איור 3B). זוהתה כמות מינימלית של אוטופלואורסצנטיות, בעיקר בצורה של כתמים גרגיריים בעוצמה נמוכה שנטו להיות מקובצים לכיוון מרכז כיס הכנף (איור 3B). דיסקים שמבטאים רק CD4-spGFP1-10 ב-DP נראו דומים מאוד, והפלואורסצנטיות נראתה בעוצמה דומה (איור 3C). השתמשנו ברמת העוצמה של האוטופלואורסצנציה בדיסקי בקרה שלילית כדי לקבוע סף לאותות בניסוי, כאשר פחות מ~0.2% מעוצמות הפיקסלים ברוב תמונות הבקרה השלילית נופלות מעל סף זה. כימות השטח היחסי של אזור כיס הכנף בכל תמונה עם ערכי פיקסלים מעל סף זה אישר כי לא ניתן להבחין ברמת הקרינה מהרקע בדיסקים המבטאים רק CD4-spGFP1-10 (איור 3F).
בדיסקים שמבטאים CD4-spGFP1-10 בכיס הכנף ו-CD4-spGFP11 ב-PerM, ראינו הופעה של כתמים בהירים יותר של פלואורסצנטיות GFP (איור 3D). ב-XZ-reslices של ערימות תמונות דיסק, הכתמים הבהירים יותר הללו התמקמו בלומן הדיסק, שם אנו מצפים שהשלמת ה-GFP תתרחש21. הכימות גילה כי השטח היחסי של אזור כיס הכנף בכל תמונה עם ערכי פיקסלים מעל הסף היה בדרך כלל גדול מ-0.5%, רמה שהייתה גבוהה משמעותית מהבקרות השליליות (איור 3F). תוצאה זו מצביעה על כך שבדרך כלל יש רמה נמוכה של מגע בין תאי DP ו-PerM במהלך התפתחות הדיסק.
ביטוי של סליק בשכבת ה-DP גרם לשינויים דרמטיים במראה ה-PerM. באזור שמעל כיס הכנף שבו התבטא סליק, הייתה עלייה עצומה במספר גרעיני תאי PerM, המשקפת גירוי חזק של התפשטות תאים (איור 3E). הייתה גם הופעה נרחבת של פלואורסצנטיות GFP בעוצמה גבוהה שתואמת את המיקום של התפשטות מוגברת של תאי PerM (איור 3E,F). זה מצביע על כך שהציטונמים האפיקליים שנוצרו בתגובה לסליק אכן יוצרים מגעים קרובים עם תאים ב-PerM, בהתאם לתגובה ההתפשטות של תאים אלה. בעוד שברור מהתוצאות הללו שסליק מקדם מגעי ממברנה-ממברנה DP-PerM, איננו יכולים לשלול שמנגנונים אחרים, כגון שלפוחיות ממברנת DP המופרשות או נשפכות, עשויים לתרום לאפקט.

איור 1: ארגון הדיסק הדמיוני של כנף דרוזופילה . (A) סכמטי של דיסק דמיוני של כנף. התמונה משמאל היא תצוגת פנים (XY), מימין חתך YZ. ה-DP הוא בכחול, כאשר אזור נרתיק הכנף מוצל בכחול כהה יותר. ה-PerM מיוצג על-ידי קו מקווקו שחור בתצוגת XZ. ה-DP וה-PerM סוגרים לומן מרכזי. (B) הקרנת MAX Z של ערימת תמונה קונפוקלית של דיסקת כנף שבה TdTomato myristoylated (אדום) התבטא בכל נרתיק הכנף תחת שליטת דוחף nubbin-GAL4 , ו-GFP גרעיני (GFPnls, ירוק) התבטא ב-PerM בשליטת דוחף PerM-LexA . סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. (C) פריסת XZ של ערימת תמונות דיסק כמו ב-B, המראה אי-חפיפה של תחומי הביטוי nubbin-GAL4 ו-PerM-LexA . סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הרכבה של דגימות עם מרווחים עבור הדמיה חיה. תמונות המציגות (A) חיתוך של מרווחי ההדמיה של 8 הבארות, (B) מיקום והדבקה של המרווחים על שקופית מיקרוסקופ זכוכית, ו-(C) מיקום של טיפת מדיום הדמיה חי בתוך החלל המוגן על ידי מרווחי ההדמיה, שבו מותקנים דיסקים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: כימות מגעי הממברנה בין אוכלוסיות תאי DP ו-PerM בדיסק הכנף. (A) סכמטי של מערך הניסוי, עם ביטוי מונע GAL4 של CD4-spGFP1-10 בביטוי מונע DP ו-LexA של CD4-spGFP11 ב-PerM. מגע בין שתי שכבות האפיתל על פני הלומן מביא להשלמת פלואורסצנטיות GFP. (ב-ה) תמונות קונפוקליות המציגות ערוצים ממוזגים של דיסקי כנף חיים המבטאים (B) אף אחד מהחלקים של spGFP (w1118), (C) CD4-spGFP1-10 בשכבת ה-DP בלבד, (D) יחד עם CD4-spGFP11 ב-PerM, או (E) עם CD4-spGFP11 ב-PerM ו-Slik ב-DP. התמונות הן הקרנות MAX Z, עם Hoechst בלבן וערוץ GFP בירוק בתמונות העליונות. פסי קנה מידה = 20 מיקרומטר. (F) גרף המייצג את השטח היחסי של הקרינה GFP מעל עוצמת הסף לכל דיסק עבור כל מצב (ממוצע ± סטיית תקן). הנתונים נורמלו למצב CD4-spGFP1-10 + CD4-spGFP11 (קו בסיס). ערכי p חושבו באמצעות השוואה מרובה חד-כיוונית של Welch ANOVA עם Dunnett T3. קיצורים: DP = דיסק תקין; סלסול = קרום פריפודאלי. נתון זה שונה מ-Rambaud et al.21. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
למחברים אין אינטרסים מתחרים להצהיר עליהם.
אנו מתארים פרוטוקול למדידת מגעים בין תאים בשכבות אפיתל סמוכות בדיסקים דמיוניים חיים של כנפי דרוזופילה באמצעות גישה מבוססת בנייה מחדש של GFP.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק CIHR (PJT-162109) ל-D.H. M.J. החזיק במלגת דוקטורט מקרן Institut de Recherches Cliniques de Montréal ומהתוכנית לביולוגיה מולקולרית של אוניברסיטת מונטריאול. המחברים מודים מאוד על הסיוע של פלטפורמת המיקרוסקופיה וההדמיה של IRCM.
| דיסקברי V12 מיקרוסקופ דיסקציה | צייס | מיקרוסקופ דיסקציה | |
| דומונט #55 מלקחיים, טיפים לביולוגיה | כלים מדעיים עדינים | 11255-20 | ניתוח מלקחיים |
| EP-Slik (slik20358) | BDSC | Panneton et al. 2015 | זן זבוב לשאיבת סליק |
| פיג׳י | Schindelin J. et al. (2012) | תוכנה לניתוח תמונות | |
| הוכסט 33342 | תרמו-פישר סיינטיפיק | H3570 | הדמיה חיה כתם גרעיני |
| LexAop-CD4-spGFP11 | BDSC | 93018 | זן זבוב |
| מיקרוסקופ קונפוקלי LSM 700 | צייס | מיקרוסקופ קונפוקלי | |
| nub-GAL4 | מרכז המניות בלומינגטון דרוזופילה (BDSC) | 86108 | זן זבוב |
| PerM-LexA | רמבו, יוסף ואחרים, 2025 | זן זבוב | |
| פלטת ספוט זכוכית PYREX 9-שקע | קורנינג מדעי החיים | 7220-85 | לאיסוף ושטיפת זחלים |
| מדיום הדרוזופילה של שניידר | תרמו-פישר סיינטיפיק | 21720024 | מדיום הדמיה חיה |
| מרווחי הדמיה SecureSeal, 8 בארות, עובי 0.12 מ"מ | גרייס ביו-לאבס | 654008 | מרווח |
| SYLGARD 184 ערכת אלסטומר סיליקון | סילגארד | 3097358-1004 | להכנת לוחות חיתוך |
| UAS-CD4-spGFP1-10 | BDSC | 93017 | זן זבוב |
| זן שחור | צייס | תוכנת רכישה |