Dit protocol beschrijft hoe je een Drosophila S2-cellijn genereert die gevoelig is voor kleine molecuulremmers van kinesin-5. Het gebruik van deze cellen in een op cellen gebaseerde foutcorrectie-assay wordt ook geschetst.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft hoe je een Drosophila S2-cellijn genereert die gevoelig is voor kleine molecuulremmers van kinesin-5. Het gebruik van deze cellen in een op cellen gebaseerde foutcorrectie-assay wordt ook geschetst.
Kinetochoren zijn grote eiwitstructuren die zich tijdens de celdeling op centromeren vormen en chromosomen aan spilmicrotubuli koppelen. Voor een juiste verdeling van het genetisch materiaal is het noodzakelijk dat zusterkinetochoren op elk chromosoom bi-georiënteerd worden door zich te hechten aan microtubuli van tegenoverliggende spilpolen voordat de anafase begint. Foute, niet bi-georiënteerde hechtingstoestanden komen echter vaak voor en er bestaan cellulaire routes om dergelijke hechtingen tijdens de celdeling zowel te detecteren als te corrigeren. Het proces waarbij onjuiste kinetochore-microtubuli-interacties worden gedestabiliseerd, wordt foutcorrectie genoemd. Om foutcorrectie in levende cellen te bestuderen, worden onjuiste hechtingen opzettelijk gegenereerd via chemische remming van de kinesin-5-motor, wat leidt tot een monopolaire spilsamenstelling, en de overgang van verkeerd-georiënteerd naar bi-georiënteerd wordt waargenomen na het wegspoelen van het medicijn. Het grote aantal chromosomen in veel model weefselkweekceltypen vormt een uitdaging bij het observeren van individuele foutcorrectiegebeurtenissen. Drosophila S2-cellen zijn betere onderwerpen voor dergelijke studies omdat ze slechts 4 paar chromosomen hebben. Kleine molecuul kinesin-5-remmers zijn echter niet effectief tegen Drosophila kinesin-5 (Klp61F). Hier beschrijven we hoe je een Drosophila cellijn kunt bouwen die Klp61F effectief vervangt door humaan kinesin-5, waardoor de cellen gevoelig worden voor farmacologische remming van de motor en geschikt zijn voor gebruik in de celgebaseerde foutcorrectietest.
Gelijke scheiding van het genoom tijdens celdeling vereist juiste interacties tussen de gerepliceerde DNA en spindle microtubules. Microtubules fysisch interageren met chromosomen door een ensemble van eiwitten die assembleert op centromeren zogenaamde kinetochoor 1. Juiste verdeling van de chromosomen vereist dat zuster kinetochoren worden gebioriënteerde, waarbij iedere zuster wordt geassocieerd met microtubules afkomstig vanuit tegengestelde spoel polen. Kinetochoor microtubule (kt-MT) bijlagen die niet in de Bioriented conformatie worden snel en efficiënt gedestabiliseerd de gelegenheid om biorientation vestigen in een proces dat bekend staat als foutcorrectie bieden. Een foutcorrectie test die eerder in zoogdiercellen werd opgericht 5 vereist het assembleren monopolar spindels met omkeerbare klein molecuul remmers tegen Eg5 (kinesine-5). De behandeling met geneesmiddelen genereert een veelheid van foutieve syntelic bijlagen waarin both zuster kinetochoren hechten aan dezelfde spil paal. Een volgende uitwassen van het geneesmiddel maakt visualisatie van het foutcorrectieproces. De foutcorrectie test kan worden uitgevoerd in aanwezigheid van kleine molecule inhibitoren of knockdowns de bijdrage van kandidaat eiwitten te bestuderen corrigeren van foutieve kt-MT attachments.
De mogelijkheid om foutcorrectie te visualiseren in levende cellen is een krachtig instrument om inzicht in de moleculaire mechanismen betrokken bij dit complex proces. Echter, het grote aantal chromosomen in de meeste cellijnen vormt een uitdaging waarnemen individuele kt-MT attachments. Drosophila S2-cellen zou ideaal zijn voor toepassing van foutcorrectie assay als ze zo weinig als 4 chromosomen 6, maar kleine molecule inhibitoren bevatten kinesine 5 zoals S-trityl-L-cysteïne (STLC) en monastrol 7-9 hebben geen invloed spileenheid of kinesine-5 motorfunctie in Drosophila-cellen. Daarom generated een Drosophila S2-cellijn die humane kinesine-5 onder een induceerbare promoter die gevoelig is voor kinesine-5 remmers. Dit protocol beschrijft hoe de endogene Drosophila kinesine-5 homoloog, Klp61F knockdown, en het gebruik van deze cellijn in de cel-gebaseerde foutcorrectie test.
1. transfecteren S2 Cellen
2. RNA interferentie
3. Live-cell imaging
4. Error Correction Assay
Klp61F moet bipolaire assen vormen. De humane kinesine-5, Eg5, kan de functie van Klp61F in Drosophila S2-cellen (Figuur 1A en D) redden. Na toevoeging van het kinesine-5 inhibitor (STLC), microtubule geassocieerde niveaus van de motor druppel (Figuur 1B en E) en de spil stort, wat resulteert in een monopool (figuur 1C en F) in cellen zonder endogene Klp61F na succesvolle RNAi (Aanvullende filmpje 1). Het is opmerkelijk dat de bipolaire spillen instorten na toevoeging van STLC in het gehumaniseerde S2-cellen omdat kinesine-5 activiteit moet spil tweepoligheid in menselijke cellen te behouden. Deze interessante discrepantie gevolg van verschillen in interpolaire microtubuli overlap en / of stabiliteit in beide modelsystemen 14 zijn. Kinesine-5 inhibitie (figuur 2A en E) worden reve rsed door het wassen van de drug en het herstel van een bipolaire spindel kan na verloop van tijd worden gevolgd. Na verwijdering van de remmer (figuur 2B en F), Eg5-mCherry opnieuw associeert met microtubuli als een bipolaire spil monteert (figuur 2C en G), en cellen kan evolueren in een bipolaire anafase (figuur 2D en H, Supplemental film 2 ).

Figuur 1. Toevoeging van 1 uM STLC leidt tot monopolar spindels in Drosophila S2 cellen. Vertegenwoordiger beelden van time-lapse beeldvorming van een Drosophila S2 cel die Eg5-mCherry (AC) en GFP-α-tubuline (DF) bij toevoeging van 1 uM STLC. De Eg5 inhibitor werd toegevoegd 3 min. Schaal bar = 5 micrometer. Timestamp = min: sec. w.jove.com/files/ftp_upload/53594/53594fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. Een bipolaire spindel hervormingen bij verwijdering van STLC. Vertegenwoordiger beelden van time-lapse beeldvorming van een Drosophila 2 cel die Eg5-mCherry (AD) en GFP-α-tubuline (EH) tijdens een STLC wash-out experiment. STLC werd gewassen op 5 min. Een bipolaire spindel hervormingen binnen 1 uur van het verwijderen van de STLC. Schaal bar = 5 micrometer. Timestamp: min. Sec Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

ww.jove.com/files/ftp_upload/53594/addin.mov "target =" _ blank "> Aanvullende Movie 1. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden). Widefield fluorescentie beeldvorming van een representatief voorbeeld van een Drosophila S2 cel die Eg5-mCherry ( links) en GFP-α-tubuline (rechts). 1 uM STLC werd toegevoegd in 2 minuten, en de spil vormt een monopool binnen 10 minuten na toevoeging van de remmer. Beelden werden elke 1 min verkregen en speelde een snelheid van 10 frames per seconde. Schaal bar = 5 micrometer.

Aanvullende Movie 2. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden). Widefield fluorescentie beeldvorming van een representatief voorbeeld van een Drosophila S2 cel die Eg5-mCherry (links) en GFP-α-tubuline (rechts). Medium dat 1 uM STLC verwijderd engespoeld op 5 min. Een bipolaire spil hervorming binnen 1 uur van het verwijderen van de remmer. Beelden werden iedere 1 min verworven en speelde met een snelheid van 10 frames per seconde. Schaal bar = 5 micrometer.
Visualiseren foutcorrectie is een waardevolle techniek om de stappen betrokken bij dit belangrijke en complexe cellen te bestuderen. Hiertoe worden foutieve bijlagen gegenereerd met omkeerbare remmers en foutcorrectie wordt waargenomen na uitwassen van het geneesmiddel. Deze test werd oorspronkelijk ontwikkeld met behulp van zoogdieren weefselkweek cellen 5. Maar de aanwezigheid van talrijke kinetochoren vele model zoogdierceltypen een uitdaging in het observeren afzonderlijke foutencorrectie gebeurtenissen. Drosophila S2-cellen bezitten weinig als 4 paren van kinetochoren, waardoor ze een grotere voorkeur cellijn voor het observeren foutcorrectie. Echter, een belangrijk nadeel is dat veel remmers effectief in Drosophila S2-cellen. Dus de mogelijkheid om een gehumaniseerd Drosophila S2-cellijn die humaan kinesine-5 een waardevol hulpmiddel voor foutcorrectie bestuderen.
Hoewel Drosophila S2 cellen kan eenbeter cellijn om foutcorrectie te bestuderen, de verschillende stappen die betrokken zijn bij het verkrijgen van de cellijn en neerhalen essentiële genen stelt een aantal uitdagingen om deze techniek. Zo kan transfectie-efficiëntie behoorlijk laag. Indien minder dan 20% van de cellen tot expressie de Eg5-mCherry, dient de transfectie worden herhaald als het selectieproces langer duren. Ook kan het percentage cellen die zowel fluorescerende eiwitten tijd afnemen. Dit kan worden ondervangen door het splitsen van cellen in aanwezigheid van Blasticidine S HCl en hygromycine B om te selecteren op cellen die Eg5-mCherry en GFP-α-tubuline, respectievelijk. Het is ook belangrijk op te merken dat Drosophila S2 cellen orthologen te veel menselijke eiwitten en; Daarom is het essentieel om de knockdown voorwaarden voor endogene eiwitten te optimaliseren. Optimale knockdown kunnen variëren in de hoeveelheid van dsRNA en de duur van de behandeling. Gezien de opkomst en snelle verbetering van CRISPR-Cas9 Technologies 15-17, genereren van een Drosophila-cellijn met Klp61F gen vervangen door menselijke Eg5 presenteert een krachtig alternatief dat de beperkingen van de transfectie en knock-down benadering zou overwinnen. Ons werk toont die vliegen op mens genvervanging een haalbare optie in dit geval zijn, hoewel de benodigde reagentia daartoe in Drosophila S2-cellen worden momenteel ontwikkeld.
Deze procedure is niet beperkt tot Eg5, maar kunnen worden toegepast om de functie van andere eiwitten van belang te bestuderen. Bij gebruik van remmers die eerder zijn vastgesteld ineffectief in Drosophila S2 cellen te zijn, kan dit protocol worden aangepast om de rechtstreekse werking van remmers in levende cellen zonder zorgen over palen effecten te bestuderen. De cellijn verkregen met dit protocol kan ook worden gebruikt in high-throughput screening analyses potentiële medicijnen die eiwitten betrokken bij het foutcorrectie identificeren.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.
We willen graag Patricia Wadsworth bedanken voor de gave van de kinesine-5 construct. Dit werk werd ondersteund door een NIH-subsidie (5 R01 GM107026) naar TJM en door Research Grant No. 5-FY13-205 van de in maart van Dimes Stichting TJM, alsmede steun van de Charles H. Hood Foundation, Inc., Boston, MA. naar TJM
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Effectine Transfection Reagent | Qiagen | 301425 | |
| Klp61F cDNA | Drosophila Genomic Resource Center | 13690 | Gene Naam LD15641 |
| Schneider’s Media | Invitrogen | 21720-024 | |
| Fetaal Rundserum, gecertificeerd | Invitrogen | 10082-147 | Heat Inactivated, VS oorsprong |
| Koper(II) Sulfaat (CuSO4) | Sigma | C8027-500G | 500 mM stock |
| S-trityl-L-cysteïne | Sigma | 164739-5G | 1 mM stock in DMSO |
| Blasticidin HCl | Invitrogen | R21001 | 5 mg/ml stock in 1x PBS |
| Hygromycin B | Invitrogen | 10687010 | |
| T7 Large scale RNA Productiesysteem | Promega | P1320 | De geschatte dsRNA-concentratie uit elke reactie is ongeveer 5-15 µg/µl |
| Klp61F RNAi F primer | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGTA-TTTGCGCATTATTTTAAAA | |
| Klp61F RNAi R primer | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGAT-ATTGATCAATTGAAAC | |
| PCR clean-up kit | Mo Bio Laboratories, Inc | 1250 | |
| Concanavalin A | Sigma | C5275 | 0,5 mg/ml oplossing gemaakt door oplossen in 1x PBS. |
| Gekookt Ezelsserum | Jackson ImmunoResearch Labs | 017-000-121 | 5% stockoplossing in 1x PHEM buffer, oplossing opgewarmd tot kookpunt. Opgeslagen bij 4 °C. |
| Montagemedie | 20 mM Tris pH 8,0, 0,5% N-propyl gallate, 90% Glycerol. Opgeslagen bij 4 °C. | ||
| 1x BRB-80 | 80 mM PIPES pH 6,9; 1 mM EGTA; 1 mM MgCl2 | ||
| Witte Lichtbron | Lumencor Inc | ||
| ET EGFP Filter Cube | Chroma | 49002 | |
| DSRed Filter Cube | Chroma | 49005 | |
| anti-NDC80 antilichaam | Op maat gemaakt door het Maresca Lab | ||
| DM1α (anti-α-tubulin) | Sigma | T6199 | |
| anti-CID antilichaam | AbCam | ab10887 |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen