March 22nd, 2018
여기, 우리 optogenetic 컨트롤의 진동 정보 셀 전송 분석 및 유전자 발현의 모니터링 라이브 프로토콜을 제시. 이 방법은 다세포 시스템에서 동적 유전자 식 프로그램의 기능적 중요성을 테스트 하려면 독특한 플랫폼을 제공 합니다.
이 실험의 전반적인 목표는 광유전학적 제어 및 유전자 발현의 실시간 모니터링을 통해 진동 정보의 세포 간 이동을 관찰하는 것입니다. 이 방법은 세포가 노치 신호 경로를 통해 서로 통신하는 방법, 특히 세포가 진동 정보를 서로 전달하는 방법에 대한 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 매우 높은 정밀도로 유전자 발현 역학을 제어하고 모니터링할 수 있다는 것입니다.
이 절차를 시연할 사람은 이 새로운 기술을 개발한 우리 연구실의 연구원인 이소무라 아키히로(Akihiro Isomura)입니다. Tol2 기반 광유전학 모듈의 플라스미드 벡터를 transposase 발현 벡터와 함께 C2C12 세포로 transfection하려면 먼저 세포 계수기로 트립신화된 세포를 계수합니다. 형질주입 하루 전에 12웰 플레이트에 웰당 50, 000개의 C2C12 세포를 플레이트화합니다.
그런 다음 lipofection 시약을 사용하여 0.375 μg의 Tol2 기반 광유전 벡터, 0.125 μg의 약물 선택 벡터, 0.5 μg의 transposase 발현 벡터를 동시 transfection합니다. 형질주입된 세포를 트립신화하고 형질주입 하루 후 100mm 배양 접시에 플레이트를 만듭니다. 형질주입된 세포의 배양 배지를 밀리리터당 100mg의 하이그로마이신이 보충된 배양 배지로 교환합니다.
형질 주입되지 않은 세포를 제거하기 위해 3일 동안 세포를 배양합니다. 중간 변경은 필요하지 않습니다. 다음으로, 형질주입된 세포를 트립신화하고, 텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 대로 수신기 세포와 감광성 세포를 분류하여 선택할 형광 단백질을 발현하는 세포 집단을 정제합니다.
광 유도 상태 또는 어두운 상태에 대해 광원이 있거나 없는 두 가지 유형의 인큐베이터를 설정하십시오. 조도계를 사용하여 청색 LED 투과광기의 광도를 설정합니다. 문을 닫은 후 광도를 측정하십시오.
조명 일정을 프로그래밍할 수 있는 단일 보드 마이크로 컨트롤러에 제어 스크립트를 로드하여 조명 조명의 타이밍과 지속 시간을 프로그래밍할 수 있습니다. 세포 계수기로 트립신화된 세포를 계수하고, 35mm 직경의 플라스틱 배양 접시에 pAI218 및 pAI170을 운반하는 감광성 발신세포를 100, 000개 플레이트로 만듭니다. 어두운 조건과 밝은 조건을 위해 접시를 별도의 인큐베이터에 넣으십시오.
접시를 설치한 후에는 세포 용해물을 수집할 때까지 인큐베이터의 문을 닫아 두십시오. 도금 후 1 일 반이 지나면 조명 조명을 시작합니다. 원치 않는 광 자극을 피하기 위해 세포를 제어되지 않은 빛에 노출시키지 마십시오.
따라서 문을 열지 않고 이 단계를 수행하십시오. 여기서 문을 여는 것은 시연용으로만 사용됩니다. 도금 후 약 2일 후에 30분 간격으로 샘플 플레이트를 인큐베이터에서 얼음으로 옮기고 추가 분석을 위해 세포 용해물 준비를 시작합니다.
PMT에 의한 광 자극에 대한 세포 반응을 실시간으로 모니터링하려면 먼저 표준 방법으로 송신 및 수신 세포의 수를 트립신화하고 계수합니다. 25, 000의 수신기 및 125의 000의 발신자 세포의 1 밀리리터 총 양 중단을 준비하십시오. 24-well black plates의 각 well에 있는 혼합 세포를 1-millimolar luciferin을 함유한 배양 배지로 플레이트
화합니다.루시퍼라제 분석을 위해 플레이트 리더의 세포를 분석하여 출력 신호가 기록 시스템에 비해 너무 높지 않은지 확인합니다. 그런 다음 녹음 시스템에 플레이트를 놓고 녹음 프로그램을 시작합니다. 예를 들어, 녹화를 설정한 후 18시간에 조명 조명을 시작합니다.
광유전학 교란의 통제의 밑에 단 하나 세포 응답의 실시간 화상 진찰을 위해, 첫번째 판 50, 000의 수신기 및 250의 250의 27 밀리미터 직경 유리제 기초 35 밀리미터 직경 접시에 보내는 송신자 세포. 혼합 비율과 총 세포 수가 올바르게 조정되었는지 확인하십시오. 도금 후 1일, 2밀리리터의 기록 매체로 매체를 교환합니다.
유리베이스 접시를 섭씨 37도의 환경 챔버와 5%의 이산화탄소가 있는 도립 현미경에 놓습니다. 냉각된 CCD 카메라를 설정합니다. CCD 센서의 온도가 목표 값까지 냉각되었는지 확인하십시오.
자동 획득 소프트웨어에서 다차원 타임랩스 창에 대한 매개변수를 설정하여 5분 간격으로 288회 이상 이미지를 캡처할 수 있습니다. 다차원 타임랩스 창에서 발광 채널을 선택합니다. 판독 모드가 느린 50kHz 판독 모드로 설정되어 있는지 확인하며, 이는 판독 노이즈를 줄여 약하게 방출되는 생물 발광을 감지하는 데 중요합니다.
multi-dimensional time-lapse window에서 fluorescence channels를 선택합니다. 판독 모드가 고속 1메가헤르츠 모드로 설정되어 형광 이미징에 필요한 시간을 줄이십시오. 마지막으로 400밀리초 노출로 2x2 비닝을 설정합니다.
다음으로, 저널 탭을 선택하여 주기적인 청색광 조명으로 세포를 자극하는 일정을 설정합니다. 더하기 버튼을 클릭하여 새 저널 설정을 추가합니다. 저널 상자에서 저널 파일을 선택하고, 여러 시점을 선택하고, 초기점 및 구간 상자에 값을 설정하여 시뮬레이션을 스케줄링합니다.
지정된 저널 파일에 조명, 셔터 열기, 지연, 셔터 닫기 및 지연을 선택하기 위한 순차적 프로토콜이 포함되어 있는지 확인합니다. 다음으로, 주기적인 청색광 조명으로 세포를 자극하기 위한 스케줄을 설정합니다. 마지막으로 Acquire 버튼을 클릭하여 타임랩스 녹화를 시작합니다.
마지막으로, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 타임랩스 동영상에서 발광 채널의 단일 세포 흔적을 추출합니다. 광유전학적 송신자-수용자 분석의 대표적인 결과가 여기에 나와 있습니다. 광유도성 발신세포는 예상대로 주기적인 청색광 조명의 존재 하에서 델타 리간드 발현의 진동 패턴을 생성했습니다.
수신기 세포가 감광성 송신기 세포와 공동 배양되고 반복적인 광 조명에 노출되면 실시간 생물 발광 기록 시스템이 다양한 혼합 비율 조건에서 수신기 세포의 주기적 반응을 감지합니다. 또한, 반복적인 광 조명을 사용한 타임 랩스 현미경은 단일 세포 수준에서 수신기 세포의 동기화된 반응을 보여줍니다. 개발 후 이 기술은 세포 생물학 분야의 연구자들이 유전자 발현의 동적 정보가 세포-세포 상호 작용에서 어떻게 전달되는지 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
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이 기사는 광유전학적 조절 및 유전자 발현의 실시간 모니터링을 사용한 세포 간 진동 정보 전달 분석 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 유전자 발현 역학의 정밀한 조절과 관찰을 가능하게 하여 세포 간 통신에 대한 통찰력을 제공합니다.
This optogenetic method enables precise temporal control and live monitoring of gene expression in cell-to-cell interactions, addressing a key challenge in deciphering dynamic signaling mechanisms. By revealing how oscillatory Notch signaling entrains intrinsic cellular rhythms through frequency tuning and phase shifting, the approach provides mechanistic de-risking for target validation in multicellular systems. It supports predictive confidence in early discovery by linking dynamic gene expression programs to functional intercellular communication.
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing in early biology to assay readiness for lead identification, particularly when dynamic signaling behavior is a key determinant of target validity.