생체 내에서 세포 기관 및 기타 세포 내 구조의 동적 거동을 이미징하면 생리학적 및 질병 조건에서 그 기능을 밝힐 수 있습니다. 여기에서는 중심체와 미토콘드리아의 두 소기관을 유전적으로 태그하고 광시야 및 컨포칼 현미경을 사용하여 살아있는 제브라피시 배아에서 이들의 역학을 이미징하는 방법을 제시합니다.
방법 논문
생체 내에서 세포 기관 및 기타 세포 내 구조의 동적 거동을 이미징하면 생리학적 및 질병 조건에서 그 기능을 밝힐 수 있습니다. 여기에서는 중심체와 미토콘드리아의 두 소기관을 유전적으로 태그하고 광시야 및 컨포칼 현미경을 사용하여 살아있는 제브라피시 배아에서 이들의 역학을 이미징하는 방법을 제시합니다.
생체 내 이미징은 자연스러운 맥락에서 세포 및 세포 내 구조의 동적 거동에 대한 전례 없는 액세스를 제공합니다. 포유류와 같은 고등 척추 동물에서 이러한 이미징 실험을 수행하려면 일반적으로 연구 중인 시스템에 대한 외과적 접근이 필요합니다. 배아 및 유충 제브라피쉬의 광학적 접근성은 이러한 침입 절차를 우회하고 온전한 유기체에서 이미징을 가능하게 합니다. 실제로, 제브라피시는 이제 증식에서 이동 및 분화에 이르는 광범위한 발달 맥락에서 생체 내 현미경을 사용하여 동적 세포 행동을 시각화할 수 있는 잘 정립된 모델입니다. 보다 최근의 발전은 미토콘드리아 이동 및 중심솜 역학을 포함한 세포 내 이벤트를 연구하기 위해 제브라피시의 사용이 증가하고 있다는 것입니다. 이러한 세포 내 구조를 형광 단백질로 유전적으로 표지할 수 있는 상대적 용이성과 이를 이미지화하기 위한 광학 현미경 기술의 사용은 제브라피시를 세포 생물학의 생체 내 모델로 변형시키고 있습니다. 여기에서는 소기관을 형광으로 표지하는 유전자 구조를 생성하는 방법을 설명하며, 구체적인 예로 미토콘드리아와 중심체를 강조합니다. 당사는 여러 구성에서 bipartite Gal4-UAS 시스템을 사용하여 특정 세포 유형에 대한 발현을 제한하고 일시적으로 발현되고 안정적인 형질전환 어류를 생성하기 위한 프로토콜을 제공합니다. 마지막으로, 세포 내 역학을 이미징하는 데 가장 적합한 광학 현미경 검사 방법을 선택하기 위한 지침을 제공합니다.
생체 내 이미징에서 가장 생리 학적 맥락에서 세포 행동의 직접 시각화를 제공합니다. 제브라 피쉬 배아, 자신의 신속하고 외부 개발 및 형광 라벨을 허용 유전 도구의 풍부한 배열의 투명성은 모든 주요 발달 이벤트의 역학을 규명하기 위해 생체 현미경의 사용 증가에 기여했다. 제브라 피쉬의 신경 시스템 개발의 이미징 연구는 예를 들어 크게 신경 전구 세포의 행동과 그 이후의 이동, 분화 및 회로 통합 1-8 포함한 자손의 운명에 대한 우리의 지식을 확장합니다.
스테이지는 이제 이러한 셀룰러 동작을 기초 세포 내 역학 조사를하도록 설정된다. 사실, 제브라 피쉬는 이미 생체 내 세포 생물학위한 도구로 악용되고있다. 골지 (15), 미토콘드리아 9-11을 시각화 할 수있게되었습니다 2,8,12-14 중심체, 미세 소관 (4)과 액틴 세포 골격 (16)은 17 엔도 좀과 생체 내에서 제브라 피쉬 배아에서 다른 세포 내 구조 중, 1,18 혀끝 멤브레인의 구성 요소가 복잡한. 지금까지 이러한 세포 소기관의 기능에 대해 알려진 내용의 대부분은 배양 된 세포에 자신의 행동을 연구에서 비롯됩니다. 시험 관내 연구는 세포 생물학에 엄청난 통찰력을 산출하고 있지만, 문화의 세포는 완전히 생체 내 상황의 복잡성을 대변하지 않습니다 때문에 반드시 기능과 생체 내에서 세포 내 소기관의 역 동성을 반영하지 않습니다. 제브라 피쉬 배아는 세포 내 역학 조사에 생체 대안의 생존을 제공합니다.
척추 동물로서, 제브라 피쉬는 포유류에서 발견되는 상동 많은 기관계 (예, 신경 망막)을 갖는다. 또한, 피쉬 배아 점점 인간 질환 (19, 20)을 모델링하는데 사용되는 , centrosomal 기능 (예를 들어, 소두증 (21)과 Leber 씨의 선천성 흑암 22)와에 미토콘드리아 기능 (예, 파킨슨 병 23, 10, 24 및 바르트 증후군 25 퇴행성 신경)과 관련이있는 책임을 포함. 세포와 세포 내 수준에서 생체 내 이미징 이러한 경우 이러한 병리 적 상태의 기초가되는 세포 생물학의 더 나은 이해를 허용 할 것이다.
여기에 설명 된 방법의 전체 목표는 생체 광학 현미경에 사용 제브라 피쉬 배아 세포 내 소기관 및 기타 구조를 조사하기 위해 포괄적 인 가이드를 제공하는 것이다. 생체 내에서 세포 내 구조를 시각화 및 추적에 관련된 전체 작업 흐름을 설명한다 - 유전자 표지 접근 방식에서 일시적으로 발생 표현하고 안정적인 형질 전환 어류, 그리고 마지막으로 넓은 필드와 공 초점 현미경을 사용하여 영상화하기에. 이러한 시저의 각 동안edures이 많은 제브라 피쉬 실험실에서 사용되는 설명 프로토콜 최적화 및 세포 내 구조의 역학을 조사하기위한 간소화된다. 여기에 설명 된 일의 두 가지 특정 양태 언급 보증 먼저, 특정 세포 타입에서 유전자 라벨 소기관 여러 구성에서 GAL4-UAS 발현 시스템의 용도. 둘째, 생체 내에서 이미지 세포 내 구조에 넓은 필드와 공 초점 현미경의 직접적인 비교.
제브라 피쉬의 유전 라벨 세포 기관 및 기타 세포 내 구조에 대한 현재 전략 중 하나를 만들 프로모터 요소를 직접 융합 단백질 9,14,15. 시험 관내 전사 출장 RNA 결과의 발현을 유도 출장 mRNA의 -1,4,8- 또는 DNA 기반 구조의 사용 신속하고 폭 넓은 표현, 즉 그러나 조직 특이하지 않다. 캡핑 RNA 희석 또는 열화로 또한 발현 수준은 시간이 지남에 따라 감소. RNA의 따라서 사용을 기반으로(포스트 수정을 일반적으로 최대 3 일) 개발의 나중 단계에서 세포 기관의 역학 제한을 검토 구성한다.
이러한 제한은 표현의 공간 및 시간 제어가 특이 적 프로모터 요소에 의해 결정되는 DNA 작 제물을 사용하여 극복 될 수있다. DNA 기반 구조는 유전자 발현 수준에 GAL4-UAS 시스템에 상당한 개선의 맥락에서 사용되는 경우 (26, 27)을 관찰한다. 리포터 유전자는 GAL4 결합 상류 활성화 서열 (UAS)의 하류에 클로닝하는 동안이 분형 발현 시스템에서, 세포 유형 특이 적 프로모터 요소는 GAL4 전사 활성의 발현을 구동한다. 적절한 GAL4 드라이버와 UAS 리포터 조합하여, 발현은 다른 프로모터 뒤에 특이 적 발현 패턴이 요구 될 때마다 리포터 유전자를 복제 할 필요를 회피, 특정 세포 유형에 한정된다. 또한, 다수의 UAS 리포터 유전자의 발현 할 수있다하나의 GAL4 활성화에 의해 구동. GAL4-UAS 시스템은 따라서 세포 내 라벨에 대한 다양하고 유연한 유전 적 접근 방식을 제공합니다.
넓은 필드와 공 초점 현미경은 대부분 실험실의 일꾼입니다. 와이드 필드 시스템은 일반적으로 광원으로서 아크 램프를 사용하여 광 통로의 단부에 배치 된 카메라로 민감한 발광을 검출한다. 아웃 오브 포커스 빛이 두꺼운 샘플에 초점 정보를 가린다로이 영상 양상은 일반적으로 얇은 샘플로 제한됩니다. 공 초점 현미경은 초점 (즉, "광학 절편") (28)에서 발생한 것들 위에 초점면에서 발생한 신호를 선호하는 내장되어 있다는 점에서 넓은 필드 시스템 다르다. 광학 절편을 달성하기 위해 핀홀은 점 광원에 대한 공액 위치에 배출 경로에 배치된다. 레이저가 광원으로 사용되며, 신호는 광전자 증 배관 튜브 (PMT가)로 검출된다. 실제로, 레이저빔을 시료 위에 포인트 별 각 스폿 (화소)에서의 형광 방출 PMT를 검출되어 와이프된다.
여기 이미지 모두 현미경 양식의 직접적인 비교를 제공하는 넓은 필드와 공 초점 현미경을 모두 사용하여 제브라 피쉬 배아 생활에 매우 동일한 세포 내 구조. 이러한 비교를 제공하는 기본 목적은 손의 특정 질문에 가장 적합한 현미경 기술 선택을위한 가이드 라인을 제공하는 것입니다.
우리는 미토콘드리아와 중심체의 GAL4-UAS 기반 유전 라벨을 보여 여기에 설명 된 방법을 사용. 이러한 소기관 각 영상 기법의 적합성을 입증 넓은 필드와 공 촛점 현미경을 사용하여 신경계와 근육 세포가 다른 세포 유형에 이미징된다. 여기에 설명 된 방법을 용이하게 살아있는 배아 제브라 다른 세포 내 소기관 및 구조를 조사하도록 구성 할 수있다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
모든 동물 실험은 위 바바리아 (독일 뮌헨)의 정부의 지역 규정에 따라 수행되었다.
1. 레이블 소기관 및 기타하는 세포 구조
참고 : 여기에 유전 기자는 찬란 태그 중심체, 미토콘드리아와 세포 막에 설명되어 구성한다.

GAL4-UAS 시스템을 사용하여 융합 단백질-Express를 공동 1. 전략을줍니다.
(A) 다수의 분리 된 UAS 구동을 const : 다중 융합 단백질의 공동 발현은 다양한 구성 UAS 리포터 카세트를 사용함으로써 달성 될 수있다ructs, (B)는 단일 구조 또는 (C) 단일 구조의 양방향 UAS 카세트에 여러 UAS 카세트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 생선을 표현 일시적으로 생성
주 : 다음은 이전에 게시 된 프로토콜 (34, 35)의 적응이다. 기본 주입 설정은 12 배까지 배율 범위 위로 실체 현미경, 마이크로 피펫 홀더와 미세 조작기 및 공기 압력의 소스를 포함해야한다. 시간의 2.1-2.5 미리 준비 :
3. 안정적인 형질 전환 라인을 생성
주 : 안정 트랜스 제닉 라인 효율적 TOL2 트랜스포존 시스템을 사용하여 생성 될 수있다. 관심의 유전자를 포함하는 트랜스포존 TOL2 벡터는 mRNA를 비료로 트랜스 코딩하는 효소와 함께 공동 - 주사한 세포 단계에서 D 계란입니다. 주입의 mRNA로부터 유래 된 단백질은 트랜스 게놈 39에 트랜스포존 벡터와의 통합의 유전자 카세트의 적출을 촉진한다.
4. 똑바로 현미경에 이미지에 대한 배아를 준비합니다
참고 : 여기에 설명 된 절차는 긴 작동 거리를 물에 침지 콘 목표와 수직 현미경에 영상에 최적화되어있다.
5. 이미징 세포와 세포 이하 구조 넓은 필드 또는 공 촛점 현미경을 사용하여
주 : 와이드 필드 현미경과 점 주사 촛점 현미경 이미지 형광 표지 피쉬 배아에 가장 널리 사용되는 양상 표 1 주요 장점과 단점을 모두 시스템을 요약 한 것이다.. 현미경의 스테이지에 가열 챔버를 사용하여 실험 내내 촬상 28.5 O C에서 상기 4에 기재된 유지 현미경으로 두 형태의 배아 아가 로스에 장착된다. 중요한 것은, 아가 매립 배아와 접시 온도 변화는 Z-치수 편차의 원인으로 촬상이 시작되기 전에 28.5 O를 C로 평형화시킨다. severa 위에 (장기 이미징 실험을 수행 할 때리터의 시간), 버퍼의 증발을 줄이기 위해 페트리 접시 위에 플렉시 유리 커버를 놓습니다.
| 와이드 필드 | 점 스캔 공 초점 | |
| 비용 | 상대적으로 저렴 | 비싼 (약. 5 배 이상) |
| 사진 표백 | 낮은 | 높은. 샘플은 초점면의 상하에, 레이저 광에 노출된다. |
| 사진 독성 | 낮은 | 고 (위 사진 표백 참조) |
| 취득 속도 | 빠른 | 느린 |
| XY의 해상도 | 아베의 법칙 | 아베 법은 (APP함으로써 개선 될 수의 40 %는 매우 작은 핀홀을 사용함;. 그러나대부분의 설정이) 약간의 실용적인 응용 프로그램을 가지고 |
| 광학 절편 | 가난한 | 예 (핀홀 크기에 의해 조절 될 수있다) |
| 조직 침투 | 표면 구조에 제한 (예를 들어, Rohon - 수염 세포 나 근육 섬유) | 배아의 표면에서 100mm <로 제한 |
넓은 필드와 포인트 스캐닝 공 초점 현미경 표 1. 일반 비교
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
여기에 넓은 필드와 이미지 미토콘드리아와 제브라 피쉬 배아 생활의 중심체에 공 초점 현미경의 사용을 직접 비교하고 대조된다. 피검 소기관 동성이있는 셀들의 위치 및 특정 세포 내 사건의 고유 주파수에 따라 일반적으로 넓은 필드 또는 공 초점 현미경 하나가 더 좋은 선택이다. 우리는 배아의 표면 상에 위치 RB 뉴런 깊은 위치 망막 세포 소기관을 묘화. 자신의 두 차원 형상과 함께 RB 신경 세포의 표면 위치는 넓은 필드와 공 초점 현미경 (그림 2) 모두에 의해 촬영되고 그들에게 좋은 후보를합니다. 공 초점 현미경을 사용하여 획득 이미지는하지만 상당히 느리다 특정 세포 내 이벤트 (미토콘드리아의 예를 들면, 운동, 그림 2C, D의 역학의 과소 평가로 이어질 수 ). 조직에 대량의 형광 신호는 초점면에 상세히 가...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
여기, 우리는 찬란 태그 미토콘드리아, 중심체와 제브라 피쉬 배아에서 생체 내에서 특정 세포 유형의 세포막에 GAL4-UAS 발현 시스템의 다양성을 보여줍니다. 다른 세포 내 소기관 또는 구조 라벨 많은 형광 융합 단백질은 공개 된 문헌에서 발견 될 수 있고, 각각의 실험실 상업적 소스 또는 비상업적 플라스미드 기탁 (예 Addgene)로부터 얻을 수있다. 새로운 형광 융합 단백질을 디자인하는 몇몇 파라미터 FP 사용되는 관심있는 단백질의 아미노 또는 카르복시 말단에 FP 융합 여부를 포함하여 고려 될 필요가있다. 형광 융합 단백질을 생성에 대한보다 철저한 설명은 독자가 주제 49-51에 대한 심층적 인 기사라고합니다.
우리는 UAS 기반의 유전자를 사용하여 융합 단백질의 공동 발현을 달성하기위한 세 가지 전략을 강조 표시합니다. 여러 해부E UAS 리포터 작 제물은 다른 기존 리포터 조합 있도록 추가적인 클로닝 필요없이 구...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 공개할 것이 없습니다.
P.E.는 Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Research Training Group 1373 및 Graduate School of the Technische Universität München (TUM-GS)의 지원을 받습니다. G.P.는 TUM-GS의 지원을 받았습니다. L.T.는 EMBO 펠로우십(EMBO ALTF 108-2013)의 지원을 받습니다. 제브라피쉬에 대한 D.P.의 연구는 Sonderforschungsbereich "Molecular Mechanisms of Neurodegeneration"(SFB 596)을 통해 DFG의 지원을 받았습니다. 통합 단백질 과학 센터(뮌헨) 및 유럽 공동체의 7차 프레임워크 프로그램(FP7/2007-2013)은 보조금 계약 번호 200611(MEMOSAD)에 따릅니다. 그는 현재 New York Stem Cell Foundation-Druckenmiller Fellow이며 독일 과학 아카데미 Leopoldina의 펠로우십의 지원을 받았습니다. L.G.는 SFB 870 "Assembly and Function of Neuronal Circuits", Project A11을 통해 DFG의 자금 지원을 받습니다.
우리의 어류 시설을 유지해 준 Kristina Wullimann, 기술 지원을 해준 Yvonne Hufnagel, 원고에 대한 의견을 제시해 준 Thomas Misgeld에게 감사드립니다. Centrin-YFP를 복제한 M1 Medusa 벡터(pSKmemmRFP:5xUAS:H2B-CFP:5xUAS:Centrin2-YFP)를 제공해 준 R. Köster(Technische Universität Braunschweig)와 CentrinFish를 만들기 위한 리포터 구조를 생성하는 데 사용한 14xUAS:MA-cerulean 카세트를 제공한 S.C. Suzuki와 T. Yoshimatsu(University of Washington)에게 감사드립니다. 또한 Otx2:Gal4 형질전환 라인에 대해 S.C. Suzuki와 T. Yoshimatsu(워싱턴 대학교), Sensory:Gal4-VP16 구조체(UCLA)에 대해 A. Sagasti, pCold Heart Tol2 벡터에 대해 M. Nonet(세인트루이스 워싱턴 대학교)에 감사드립니다. MitoFish의 개발에 기여한 Bettina Schmid, Alexander Hruscha 및 Christian Haass (독일 뮌헨 신경퇴행성 질환 센터 - DZNE)에게 감사드립니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 아가로스 (2-하이드록시에틸라가로스) | Sigma-Aldrich | A4018-10G | 저겔화 온도 VII |
| 타입 블록 히터 | Eppendorf | Thermomixer compact | |
| Ca(NO3)2 칼슘 나이트레이트 수화물, 99.996% | Aldrich | 202967-50g | 30x Danieau의 |
| CCD 카메라를 | Qimaging | Retiga Exi Fast 1394 | |
| 세라믹 코팅 Dumont #5 집게 | Dumont - Fine Science Tools | 11252-50 | #5 집게 |
| 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경 | Olympus | FV1000 Fluoview | |
| Culture 식기 히터 | Warner Instrument Corporation | DH-35 | 가열 링 |
| 에틸 3-아미노벤조에이트 메탄설페이트 염 | PharmaQ | Tricaine PharmaQ-25g | 트리카인(마취제) |
| 형광 해부 현미경 | Leica | M205 FA | |
| GeneClean 키트 | MP Biomedicals | 111001200 | |
| 유리 바닥 배양 접시 | MatTek Corporation | P35G-0-14-C | 35mm 페트리 접시, 14mm 마이크로웰, No. 0 커버 글라스 |
| 유리 바늘 | World Precision Instruments Inc. | TW100F-4 | 마이크로주입용 |
| HEPES | Sigma | H3375-250g | 30배 Danieau의 |
| 고진공 그리스 | Dow Corning을 준비하기 위해 | DCC000001242 150g | 실리콘 이산화물 그리스 |
| KCl 99% | Sigma-Aldrich | S7643-5kg | 30x Danieau의 |
| 4.7H2O 마그네슘 황산염 헵타하이드레이트 98+% A.C.S 시약 | Sigma-Aldrich | 230291-500g | 30x Danieau의 |
| 마이크로인젝터를 준비하기 위해 | Eppendorf | FemtoJet | |
| Microloader 팁 | Eppendorf | 930001007 | 0.5-20 ul |
| Micromanipulator | Maerzhaeuser Wetzlar | MM33 Rechts/00-42-101-0000/M3301R | |
| 마이크로피펫 홀더 | Intracel | P/N 50-00XX-130-1 | |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 전사 키트 | Ambion | AM1340 | PCS-Transposase 전사 |
| NaCl BioXtra >99.5% | Sigma-Aldrich | P9541-1kg | |
| DNA/RNA 농도를 측정하기 위한 | 나노광도계 | ||
| 바늘 풀러 | 셔터 기기 | P-1000 | Flaming/Brown |
| NIR Apo 40x/0.80W | Nikon | 수침콘 목표 | |
| N-Phenylthiourea 등급 I, 약 98% | Sigma | P7629-10G | PTU (색소 침착 방지) |
| 페트리 접시 | Sarstedt AG | 821472 | 92 x 16mm |
| 플라스틱 금형 | Adaptive Science Tools | TU-1 | 미세 주입용 |
| Plexiglas 덮개-구멍 포함 | 주문 제작 | Plexiglas 덮개의 구멍은 물을 담그는 원뿔 대물 | |
| 차 여과기(플라스틱) | 브라피쉬 알을 수집하려면 | ||
| 온도 조절기 | Warner Instrument Corporation | TC-344B | 이중 자동 온도 컨트롤러 |
| 이송 피펫 | Sarstedt AG | 86.1171 | 3.5mL 플라스틱 전송 피펫 |
| UMPlanFI 100x/1.00W | Olympus | Water-dipping-cone objective | |
| UMPlanFLN 20x/0.50W | Olympus | 수침 콘 대물 | |
| 광시야 현미경 | Olympus | BX51WI | |
| PTU (50x Stock) | 76 mg PTU를 50 ml 증류수에 용해시키세요 실온에서 격렬하게 젓습니다 -20 oC에서 1 ml 분취 표본에 보관 1x 작업 용액 | ||
| 트리카인 (20x 재고) | 에서 사용 200 mg 트리카인을 48 ml 증류수에 용해 2 ml 1M 트리스 염기(pH9) 추가 pH 7로 조정 -20 oC에서 1 ml 분량< 보관> 1x 작업 솔루션에서 | ||
| 사용 Danieau's Solution (30x 재고) | 1,740 mM 나클 21 mM KCl 12 mM MgSO4.7H2O 18 mM Ca (NO3)2 150 mM HEPES 버퍼 증류수 최대 1 L 4 oC 0.3x 작업 솔루션에서 사용 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
허가 요청