$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
De hier beschreven technieken zijn het resultaat van studies die hebben geprobeerd om downstream-doelen van Ca2+-signalen te definiëren tijdens gebeurtenissen die optreden tijdens vroege ontwikkeling, waaronder bevruchting, gastrulatie, somietogeneze en de vorming van romp, ogen, hersenen en organen.1-3 De oorspronkelijke ontdekkingen van embryonaal Ca2+-signalering waren afhankelijk van het gebruik van natuurlijke en gemodificeerde Ca2+-indicatoren, zoals aequorin4 en fura-2.5 Zelfs met de huidige technologie vereist de detectie van tijdelijke verhogingen van Ca2+ omslachtige analytische hulpmiddelen en onthult niet de doelen van dergelijke Ca2+-signalen.
Dit laboratorium onderzoekt Ca2+-signalen die werken via de Ca2+/calmodulin-afhankelijke (multifunctionele) eiwitkinase die bekend staat als CaMK-II, een enzym dat verrijkt is in het centrale zenuwstelsel en oorspronkelijk werd geïdentificeerd als een regulator van langdurige versterking.6 CaMK-II is niet hersenspecifiek, wordt wijd verspreid en is zeer geconserveerd gedurende het hele leven en de lichamen van soorten in het hele dierenrijk, inclusief ongewervelden.7,8 CaMK-II heeft de unieke capaciteit om zijn eigen activiteit te onderhouden, zelfs nadat de Ca2+-niveaus zijn verminderd vanwege zijn vermogen om zichzelf te autofosforyleren op Thr287. In deze autofosforyleringstoestand blijft CaMK-II actief op een Ca2+/CaM-onafhankelijke manier, totdat het wordt gedefosforyleerd.6 Dus, de lokalisatie van gefosforyleerd CaMK-II (Thr287) kan cellen identificeren waarin natuurlijke, relevante Ca2+-verhogingen hebben plaatsgevonden.
Een antilichaam tegen autofosforyleerd (P-Thr287) zoogdier CaMK-II is goed gekarakteriseerd en werd aanvankelijk gebruikt om geactiveerd CaMK-II in hersenweefsel te lokaliseren.9 Zebravissen (Danio rerio) hebben zeven CaMK-II-genen10,11 waarvan de eiwitproducten een sequentie van MHRQE[pT287]VECLK bevatten in dit gebied.10,11 Deze sequentie is zeer vergelijkbaar met de fosfopeptide-antigeen die werd gebruikt om dit konijnenpolyklonaal antilichaam te maken (MHRQE[pT]VDCLK; Upstate/Millipore) en daarom was het niet verrassend dat dit antilichaam cross-reageerde met zebravis CaMK-II. Dit laboratorium toonde aan dat dit antilichaam reageert met zebravis CaMK-II in verhouding tot autofosforylering en Ca2+/CaM-onafhankelijke activiteit.12 Aanvullende pan-specifieke CaMK-II-antilichamen zijn ook gebleken cross-te reageren met zebravis CaMK-II.13
Dit antilichaam is gebruikt om aan te tonen dat zebravis CaMK-II preferentieel wordt geactiveerd in cellen aan één kant van de Kupffer's Vesicle (KV) van de zebravis, het gecilieerd orgaan dat noodzakelijk is voor het vaststellen van links/rechts asymmetrie.12 Dit antilichaam werd gebruikt om aan te tonen dat CaMK-II tijdelijk wordt geactiveerd in vier aangrenzende cellen aan de linkerkant van de KV tijdens exact dezelfde ontwikkelingsfase dat de orgaanpositionering wordt bepaald.12 Naast de Kupffer's Vesicle (KV) werd autofosforyleerd (P-T287) ook gevonden op specifieke intracellulaire locaties in andere gecilieerd weefsel, waaronder de nier, neuromasts en binnenoor.12,13 In de nier van de zebravis is P-T287-CaMK-II verrijkt langs de apicale rand van gecilieerd ductaal cel en binnen cloacaal cilia waar het hun samenstelling beïnvloedt.13 Ten slotte, in het zich ontwikkelende binnenoor, is P-T287-CaMK-II intens geconcentreerd aan de basis van cilia en beïnvloedt het celdifferentiatie via de Delta-Notch signaalweg.14 Samenvattend, heeft de detectie van geactiveerd CaMK-II locaties van intracellulaire Ca2+-afgifte geïdentificeerd en potentiële nieuwe signaalroutes verlicht.
Deze ontdekkingen waren volledig afhankelijk van de ontwikkeling van een gevoelige en nauwkeurige methode om geactiveerd (P-T287-autofosforyleerd) CaMK-II te lokaliseren. De methoden om de zebravis KV, nier en binnenoor te fixeren en immunokleuring zijn beschreven. De beperkingen van deze techniek worden ook beschreven. Deze technieken zouden nuttig moeten zijn voor elke onderzoeker die hoge resolutiebeelden in twee fluorescentiekanalen wil verkrijgen, niet alleen van fosfo-epitopen, maar van elk epitoop, tijdens vroege ontwikkeling van gewervelde dieren.