これらのプロトコルは、制御および変異型ショウジョウバエ胚上皮におけるプリーツ状隔断接合部の組織および閉塞機能を特徴づける方法を示しています。
方法論記事
これらのプロトコルは、制御および変異型ショウジョウバエ胚上皮におけるプリーツ状隔断接合部の組織および閉塞機能を特徴づける方法を示しています。
これらのプロトコルの目的は、ショウジョウバエ胚の外胚層由来上皮組織におけるプリーツ状中隔接合部(pSJs)の組織およびバリア機能を評価することです。pSJは、表皮、唾液腺、気管、後腸を含む外胚葉組織の側膜に閉塞障壁を形成し、これは脊椎動物組織のタイトジャンクションに機能的に類似しています。ショウジョウバエでは、pSJの形成に必要な30種類のタンパク質が同定されています。コアpSJタンパク質は最初、側膜の長さに沿って局在しますが、胚発生の第16段階で接合部の頂端側側、すなわち接着接合部の基部で強く濃縮されます。胚発生の後期段階15までに、これらの組織は完全に機能する閉塞接合部を持つ。本論文では、制御および変異胚におけるpSJの組織と機能を検証するために用いられる免疫染色および染料透過性プロトコルについて説明します。これらのプロトコルの成功裏の適用により、pSJの閉塞機能の実証や、未知の遺伝子が接合部のコア成分をコードしているかどうかの検証に利用されます。
上皮組織の重要な機能の一つは、生物体内の異なる領域を区画化することです。これらの異なる環境の創出は、臓器の機能と外部からの脅威からの生物保護に不可欠です。上皮の細胞間で形成される閉塞接合部は、その上皮の頂端側と基底側間の溶質の細胞外流動を防ぐことで、これらの環境を確立・維持する役割を担っています1,2。脊椎動物では、閉塞接合部はタイトジャンクションと呼ばれ、無脊椎動物ではセプテート接合部(SJ)と呼ばれます。例えばショウジョウバエ1,3。節足動物には組織分布と超微細構造によって区別される2種類のSJがあります。プリーツセプテート接合部(pSJs)は、表皮、唾液腺、気管、後腸などの外胚葉由来組織に見られます。これらは細胞外空間に電子密度の高い梯子状の配列が存在し、接着接合部3,5のすぐ基部に位置することで超構造的に特徴づけられます。これに対し、滑らかな中隔接合部(sSJ)は中腸管やマルピギ管などの内胚葉由来組織に見られ、細胞間で電子密度の高い隔隔は見られません。
ショウジョウバエの遺伝学的研究では、pSJの構造と機能に必要な30のタンパク質が特定され、接合部に存在するもののその確立や維持に機能しない他のタンパク質も同定されています(7でレビュー)。これらの解析から、科学者たちはSJタンパク質を3つのクラスに分類しました。コアSJタンパク質は接合部に存在し、接合部の確立と維持に必要です。コアpSJタンパク質として同定されたタンパク質は17種で、Coracle(Cora)、Neurexin IV、マクログロブリン補体関連(Mcr)、クネクネ、ATPaseα 8,9,10,11,12が含まれます。接合部の確立および/または維持に必要な補助pSJタンパク質として9つのタンパク質が特定されていますが、必ずしも接合部内に存在するわけではありません。このクラスにはRab5、Rab11、Coiled13,14などのタンパク質が含まれます。最後に、pSJレジデントタンパク質はpSJに局在しますが、接合部の確立と維持には不可欠です。このグループの4つのメンバーの例には、ディスク・ラージやファシクリンIII15,16があります。
機能的に完全なpSJの確立は、胚発生の途中ですべてのコアpSJタンパク質が完全に発現する段階から始まります。一部のコアpSJ遺伝子は母体で発現しますが、すべてステージ1217までに強い接合発現を示します。ステージ12では、コアpSJタンパク質が側膜の長さに沿って局在します。第13〜16段階で、コアpSJタンパク質はエンドサイトーシスされ、pSJ領域の側膜に再循環されます。この過程には、Rab5やRab11を含むpSJ補助タンパク質が必要です。ステージ16までに、コアpSJタンパク質は側膜に沿ってpSJの領域に厳密に局在します。これらの観察と一致して、接合部の完全な閉塞機能は胚発生12期の後期ステージ15で現れます。これは染料透過性アッセイを用いて最もよく示されます。接合部が形成される前には、蛍光マーカー(例えばロダミン)で標識された10 kDaのデキストランビーズが細胞間の細胞間隙を通過できます。標識されたデキストランを血筋に注入すると、気管、唾液腺、後腸などの管状上皮の腔内に急速に蓄積します。pSJが生理学的に15の終わりに収束すると、注射されたデキストランは上皮の基底側に限定され、これらの臓器の内腔(頂端領域)に蓄積できません。
コアpSJタンパク質は、各コアpSJタンパク質が正しい細胞内局在のために他のすべてのコアpSJタンパク質の存在を必要とするという特徴を共有しています18,19。このpSJ形成における相互依存性は、コアpSJタンパク質の特徴であり、本記事で提示するプロトコルの基盤となっています。コア遺伝子や補助的なpSJ遺伝子の変異は胚致死を引き起こし、ステージ16胚では他のコアpSJタンパク質が側膜に沿って誤定位するのが特徴で、正常な頂端側側領域に厳密に局在しません。対照的に、pSJ常在遺伝子の変異はコアpSJタンパク質の誤局在を招きません15。コアおよび副次的なpSJ遺伝子変異におけるpSJの機能的障害は、ステージ16または17の変異胚における気管腔、唾液腺、後腸に標識された10 kDaデキストランが蓄積することで明らかになります。最後に、コアpSJタンパク質と補助pSJタンパク質の区別点は、その細胞内局在です。コアpSJタンパク質は形成後はpSJと密接に結びついていますが、補助的なpSJタンパク質は接合部の組み立てに不可欠ですが、必ずしも接合部に存在するわけではありません。補助的なpSJタンパク質の最良の例はRab5とRab11です。どちらも細胞質タンパク質であり、細胞膜から早期およびリサイクル中のエンドソームへ貨物を運び、さらに細胞膜に戻すのを助けます。新たなpSJタンパク質がコア成分か補助タンパク質かを区別するためには、通常、特定の抗体を作るか蛍光タグ付き組換えタンパク質を発現し、これらのタンパク質がpSJ成熟過程の各段階でどこに局在するかを特定することが有効です。
これらのプロトコルの目的は、潜在的なコアおよび補助的pSJタンパク質とpSJ常駐タンパク質を明確に区別することです。いくつかの研究により、発生中のpSJタンパク質には形態形成や頂端-基底極性など、閉塞しない追加の役割が明らかになっています(17,20,21,22)。pSJ生物学への関心が高まり、より多くのpSJタンパク質が特定される中、ここで提示する簡単で解釈しやすいプロトコルは、これらのタンパク質のpSJ組織および閉鎖機能を正しく特徴付ける研究者の助けとなるでしょう。文献では、光漂白後の蛍光回復(FRAP)や透過式電子顕微鏡法など、pSJタンパク質の特徴付けに関する多くの実験的手法が記載されています。これらの手法は非常に有用ですが、ここで紹介する免疫染色アッセイは高価かつ時間のかかる超微構造的手法を用いず、pSJタンパク質の局在を迅速に可視化できるのに対し、染料透過性アッセイは画像だけでは達成できないpSJ完全性の機能的読み取りを提供します。さらに、これらのアッセイは高品質な蛍光顕微鏡や簡易的な微小注射装置などの標準的な実験機器を用いて実施可能です。これらのアッセイはショウジョウバエのステージ16胚の解析に最適化されており、sSJsの組織や機能の評価には適していません。
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1. 胚の段階化
2. 胚の固定および免疫染色
3. 免疫染色胚の画像診断およびデータ解析
4. 染料注入の準備
5. 胚のマウントと造影剤注入
6. イメージングおよびデータ解析
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ここで提示するプロトコルは、ステージ16ショウジョウバエ胚における外胚葉組織におけるpSJの組織と機能を調査するために用いられます。これらのプロトコルはpSJにのみ適用でき、sSJの問い合わせには使用できません。ステージ16胚で他のpSJタンパク質をpSJ領域に局在できず、ステージ16で閉塞接合部を形成しない遺伝子変異は、コアpSJ遺伝子か補助pSJ遺伝子のいずれかに存在します。両者の主な違いは、機能的接合部が野生型胚で形成された際に、コードされたタンパク質が細胞内に局在するかどうかにあります。その場合、そのタンパク質はコアpSJタンパク質に分類されます。この原理を示すために、まず野生型胚において、胚発生の段階13から段階16にかけてコアpSJタンパク質の局在がどのように成熟するかを示します(図1A-D)。ここでは唾液腺に焦点を当てます。唾液腺は、腺の内腔に面した頂端の上皮管です。胚発生の第13〜16段階では、唾液腺が背の高い柱状細胞で構成されており、胚の共焦点光学断片で側膜を...
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ここでは、蛍光顕微鏡技術を持つ控えめな規模の研究所でも実現可能な、比較的単純な2つのアッセイを用いてコアおよび補助pSJタンパク質を同定するプロトコルを紹介します。最初のアッセイは、固定変異胚の共焦点イメージングを用いて成熟した分極上皮におけるpSJの分子組織を調べるものです。2つ目のアッセイでは、pSJの閉塞機能の完全性を、16段階の生胚に染料標識された10 kDaデキストラン分子を注入することで検証します。これらのプロトコルの単純さと、pSJの組織および機能の欠陥がコアおよび付属pSJs変異の完全な診断となるという事実は、FRAPや電子顕微鏡のようなより労働集約的で技術的に難しいアプローチよりも有利です。これらのプロトコルはショウジョウバエの胚発生におけるpSJの組織と機能に特有であり、sSJや後の発生段階には適用されません。
コアおよび補助的なpSJ変異後期胚におけるすべてのコアpSJタンパク質の誤局所は、完全に診断的です。したがって、段階16の変異胚をコアpSJタンパク質に対して抗体で免疫染色することで、任...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
本研究で使用されたハエストックをブルーミントンショウジョウバエストックセンターに感謝いたします。本研究で使用された抗体を提供してくださった発達研究ハイブリドーマバンクに感謝いたします。また、ケース・ウェスタン・リザーブ大学生物学部の皆様には、ジェノタイピングや胚の段階分析に用いるLeica MZ10F蛍光顕微鏡、染色注入実験用のDMi8逆蛍光顕微鏡を使用したことに感謝いたします。本研究で提示された染料注入実験で使用されたマイクロマニピュレーターを提供し、いくつかの針を引いてくださったCWRU医学部遺伝学・ゲノム科学教授ヘレン・サルツ氏に感謝します。このプロジェクトは、国立科学財団(IOS 2111069)からの助成金によってREWに支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 針用の毛細管(Boro 1 X 0.5/線維) | FHC | 30-30-1 | |
| 共焦点顕微鏡 | ライカ | Stellaris5 | |
| 注射用ガラスのカバーガラス 22 x 22 厚さ | フィッシャー・サイエンティフィック | 12-540-B | |
| イメージング用カバーガラス 22 x 30 厚さ1.5 | コーニング | 2980-233 | |
| 免疫染色用の培養チューブ(6×50mm) | フィッシャー・サイエンティフィック | 14-958-A | |
| 胚採取ケージ | ジェネシー・サイエンティフィック | 59-100 | |
| 蛍光立体顕微鏡 | ライカ | MZ10 F | |
| ハロカーボン油(700) | ジェネシー・サイエンティフィック | 59-131 | |
| ヘプタン | フィッシャー・サイエンティフィック | H350-4 | |
| 逆転蛍光顕微鏡 | ライカ | DMi8 | |
| 脱毛膜胚用のメッシュバスケット | ジェネシー・サイエンティフィック | 46-101 | |
| メタノール | フィッシャー・サイエンティフィック | A412-4 | |
| マイクロマニピュレーター | 成重 | MN151 | |
| 顕微鏡スライド | フィッシャー・サイエンティフィック | 12-544-2 | |
| ニードルプラー | デイヴィッド・コップ楽器 | モデル720 | |
| ノーマル・ドンキー血清 | ジャクソン免疫研究 | 017-000-121 | |
| ナイロンメッシュ(120 um) | ジェネシー・サイエンティフィック | 57-102 | |
| 対物レンズ HC PL FLUOTR 10X/0.32 PH 1 | ライカ | 11506537 | |
| 対物レンズ HC PL APO 10倍/0.40 CS2 | ライカ | 15506407 | |
| 対物レンズ HC PL APO 40倍/1.30 CS2 | ライカ | 15506358 | |
| ペトリプレート 60 x 15 mm | コーニング | 351007 | |
| プラットフォームロッカー | グローブ・サイエンティフィック | GTR-FS | |
| 一次抗体(コラクル抗体) | DSHB | C566.9 | |
| 一次抗体(コラクル抗体) | DSHB | C615.16 | |
| 一次抗体(Eカデリン) | DSHB | DCAD2 | |
| 一次抗体(Mcr) | ウォード実験室、CWRU | モルモット多クローン | |
| ロダミンは10 kDaのデキストランとラベル付けされています | 分子プローブ | D1824 | |
| 二次抗体(ロバの抗モルモットCy3) | ジャクソン免疫研究 | 706-165-148 | |
| 二次抗体(ロバ抗マウスCy2) | ジャクソン免疫研究 | 715-225-151 | |
| 二次抗体(ロバ抗ラットCy5) | ジャクソン免疫研究 | 712-175-150 | |
| 卓上シェーカー | ニューブランズウィック・サイエンティフィック | C2プラットフォームシェーカー | |
| テゴセプト(メチル4-ヒドロキシベンゾエート) | TCI | H0216 | |
| トライトン X-100 | フィッシャー・サイエンティフィック | BP151500 | |
| 固定用のバイアル(20mlのウィートン液体シンチレーションバイアル) | フィッシャー・サイエンティフィック | 03-341-73C | |
| ワットマン 3MM クロマトグラフィー用紙 | フィッシャー・サイエンティフィック | 05-716-6H | |
| <ストロング>フライストック | <ストロング>フルジェノタイプ | <ストロング>ストックナンバー<ストロング> | Source |
| cor4 | w*;P{neoFRT}43D cora4/CyO | 52232 | BDSC |
| W1118 | w[1118] | 5905 | BDSC |
| Solution | <ストロング>レシピ<ストロング> | ||
| 10倍PBS | NaCl 90g、Na2HPO4 20g、NaH2PO4 8.3gを混ぜて1Lにかけます。フィルターで滅菌します。免疫染色の洗浄工程のためにdH2Oで1倍に希釈してください。 | ||
| 10%トライトンX-100溶液 | トライトンX-1001mlとdH2Oを9mlのプラットフォームロッカーで溶かすまで混ぜます。常温で保存してください。 | ||
| 漂白剤50% | 脱毛胚の前に市販漂白剤10ml(次亜塩素酸塩酸ナトリウム7.5%)と10mlの水を混ぜます。 | ||
| アップルジュースプレート | 15gのショウジョウバエ寒天を725mlのdH2Oに煮沸します。砂糖25gとリンゴジュース250mlを加え、混ざるまで混まらせます。溶液を55°Cまで冷まし、その後1.3gのテゴセプトを加えて優しく混ぜます。60×15インチのペトリプレートに注ぎ、冷まします。4°Cで保存してください。 | ||
| ブロッキング解法 | 15円錐形のチューブに100μulの10%トライトンX-100と100μulのNormal Donkey Serumを混ぜます。 | ||
| 胚洗浄液 | 70gのNaClと2mlのトリトンX-100を1LのdH2Oに混ぜて、10X胚洗浄液を作ります。dH2Oで1倍に薄めて効果を発揮します。 | ||
| 修正 | 10mlの1XPBSを電子レンジで予熱します。0.4 g を加えます。パラホルマルデヒドとピペットを混ぜる。溶けを加速させるために14N NaOHを10ul加えます。90°Cのヒートブロックの上に置き、溶かすまで置きます。固体のパラホルムアルデヒドが残らなくなったら、14N HCLを10 μl加えてpHを中性に調整します。パラホルマルデヒドを使用する際は、必ず白衣、手袋、ゴーグルを着用してください。 | ||
| マウンティングメディア | グリセロール9mlと1Mのトリス塩基pH8.0を1ml混ぜます。n-プロピル-ガレートを0.05g加え、nbsp;混ぜて加熱して溶かします。エッペンドルフ管に0.5mlを挿入します。 | ||
| ロダミンデキストラ溶液 | 新鮮な染料溶液として、ローダミン標識の10 kDaデクトロンを0.5Mリン酸ナトリウム、pH 7.5および5 mM塩化カリウムに溶かして1 mg/mlに溶かします。 | ||
| 酵母ペースト | 市販の酵母(レッドスター)50gにショ糖をひとつまみ、濃厚なペースト状にする水を混ぜます。4°Cで保存してください。 |
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