Dit artikel beschrijft een aanpasbare ex vivo protocol voor het visualiseren van Ca 2+ tijdens ei activering in Drosophila.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit artikel beschrijft een aanpasbare ex vivo protocol voor het visualiseren van Ca 2+ tijdens ei activering in Drosophila.
Ei-activatie is een universeel proces dat een reeks gebeurtenissen omvat om de bevruchte eicel in staat te stellen meiose te voltooien en embryonale ontwikkeling te initiëren. Eén aspect van ei-activatie, bewaard in alle onderzochte organismen, is een verandering in de intracellulaire concentratie van calcium (Ca2+), vaak aangeduid als een 'Ca2+-golf'. Hoewel de snelheid en het aantal oscillaties van de Ca2+-golf varieert tussen soorten, is de verandering in intracellulair Ca2+ essentieel voor het veroorzaken van cruciale gebeurtenissen voor embryonale ontwikkeling. Deze veranderingen omvatten hervatting van de celcyclus, mRNA-regulatie, exocytose van corticale korrels en herschikking van het cytoskelet.
In het volwassen Drosophila-ei vindt activatie plaats in de vrouwelijke eileider vóór bevruchting, waardoor een reeks Ca2+-afhankelijke gebeurtenissen wordt geïnitieerd. Hier presenteren we een protocol voor het visualiseren van de Ca2+-golf in Drosophila. Deze benadering biedt een manipuleerbaar modelsysteem om de mechanisme van de Ca2+-golf en de daaruit voortvloeiende veranderingen te onderzoeken.
Een verandering van de intracellulaire Ca2 + concentratie ei (eicel) activering is een geconserveerd deel van alle onderzochte organismen 1,2. Deze gebeurtenis start uiteenlopende Ca2 + -afhankelijke processen, waaronder de hervatting van de celcyclus en translatie van mRNAs opgeslagen. Door deze eis voor Ca2 + visualiseert de voorbijgaande veranderingen in de intracellulaire Ca2 + concentratie is van essentieel belang.
Historisch gezien werden modelorganismen geselecteerd studies over eieren activatie gebaseerd op de grootte en de beschikbaarheid van eieren. Verschillende visualisatie benaderingen zijn gebruikt om veranderingen te volgen en kwantificeren intracellulaire Ca2 + concentraties in deze systemen, inclusief: het fotoproteïne aequorine in medaka vis 3; Ca 2+ gevoelige fluorescerende kleurstoffen zoals Fura-2 in zee-egels en hamster 4,5; en calcium groen-1-dextran in Xenopus 6.
Het genereren en verbetering van genetisch gecodeerd calcium indicatoren (Geçiş) heeft de mogelijkheid om te visualiseren Ca 2+ dynamiek in vivo 7 omgezet. Deze genetische constructen uitgedrukt in specifieke weefsels en beperken de noodzaak voor invasieve weefselpreparaten 8.
GCaMPs een groen fluorescerend eiwit (GFP) gebaseerde klasse Geçiş die zeer effectief zijn vanwege hun hoge Ca2 + affiniteit, signaal-ruisverhouding en capaciteit worden aangepast 9-11. In de aanwezigheid van Ca2 +, de GCaMP complex ondergaat een reeks conformationele veranderingen, te beginnen met de binding van Ca2 + aan calmoduline, wat leidt tot een toegenomen fluorescentie-intensiteit van het GFP component 9.
GCaMPs zijn uitgebreid gebruikt in onderzoek Drosophila neuronen veranderingen in intracellulaire calcium 12 visualiseren. De recente applicatiop van GCaMP technologie om Ca 2+ te visualiseren in de volwassen Drosophila eieren is gebleken dat één van voorbijgaande aard Ca 2+ golf bij ei activering 13,14. De Ca 2+ golf kan worden gevisualiseerd op lage vergroting tijdens de ovulatie in vivo 13 of bij een hogere vergroting met behulp van een ex vivo activering assay 13,14. In de ex vivo analyse worden afzonderlijke rijpe oöcyten geïsoleerd van de eierstokken en geactiveerd door een hypotone oplossing, genoemd activeringsbuffer, waarvan is aangetoond dat de gebeurtenissen van in vivo activering 15-17 recapituleren.
Deze ex vivo test maakt een eenvoudige hoge resolutie visualisatie van de Ca 2+ golf onder verschillende experimentele condities waaronder farmacologische verstoring, fysieke manipulaties en genetische mutanten. In dit artikel wordt de voorbereiding van de volwassen Drosophila eieren voor ex vivo activering en the daaropvolgende microscopie gebruikt om de Ca 2+ wave met behulp van GCaMP visualiseren. Deze benadering kan worden gebruikt voor de initiatie en controle van de Ca2 + golf testen en resultaten downstream probe.
Opmerking: Voer alle stappen bij kamertemperatuur tenzij anders aangegeven.
1. Voorbereidingen voor Dissection
Opmerking: De hier beschreven stappen zijn in overeenstemming met E. Gavis, Princeton University & Weil et. al. 18. Voer de volgende stappen twee dagen voor de beeldvorming.
2. Ontleden Drosophila Eierstokken
Opmerking: De hier beschreven stappen zijn overeenkomstig Weil et. al. 18.
3. Isoleren Individuele rijpe eicellen
4. Voorbereiding van Imaging
5. Imaging Ex Vivo Egg Activation
6. Post-acquisitie Image Processing
Hier hebben we aangetoond hoe volwassen Drosophila eieren voor te bereiden op ex vivo activering. Eieren expressie een GECI mogelijk imaging Ca2 + dynamiek ei activering en het begin van de embryonale ontwikkeling (figuur 1). Opgemerkt wordt dat afhankelijk van de GCaMP gebruikt, met name de aanwezigheid van een myristoyl groep, kunnen de resultaten kleine kwaliteitsverschillen 13 14 hebben. Wij hebben ook een rol voor functionele actine tijdens de eieren activatie aangetoond door toevoeging van een remmer van actine polymerisatie, cytochalasine D, tot de activering buffer (figuur 2) 14.
Een vereiste voor het cytoskelet bij ei activering wordt geconserveerd. In C. elegans, na de bevruchting, het cytoskelet componenten worden gereorganiseerd om de een-cel embryo voor te bereiden op de eerste asymmetrische divisie 21,22. In de zee-egel, verstoring van cytoskeletal reorganisatie na activering is aangetoond dat de celcyclus te beïnvloeden door het voorkomen contractiele ringvorming 23. De rol van actine in het bemiddelen van een Ca 2+ wave en de downstream-functie op ei activering in Drosophila nog niet volledig opgehelderd.
In Drosophila, kan co-visualisatie van de Ca2 + golf en actine cytoskelet worden bereikt met deze ex vivo activatie assay. Tijdreeksen van meerdere kanalen kan worden verkregen en dynamiek van de intracellulaire Ca2 + kan worden gekoppeld aan veranderingen in actine organisatie in de eicel (figuur 3).

Figuur 1:. A Single Ca 2+ golf bij Drosophila Egg Activering Time reeks ex vivo volwassen Drosophila ei uitdrukken UASt- myrGCaMP5 na eenddition van de activering buffer (AH). De stijging van cytoplasmatische Ca2 + beginnend op het achterpool (B) en voortplant (BF) met een gemiddelde snelheid van ongeveer 1,5 um / sec. Initiatie van de golf wordt meestal waargenomen binnen 3 minuten van de toevoeging van activeringsbuffer. Na activering, het intracellulaire calciumgehalte van de rijpe eicel terug naar pre-activatie niveau (G, H). Zie aanvullende film 1 (totale tijd 33 min). Schaalbalken = 50 urn. Max projectie = 40 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Toevoeging van cytochalasine D op Activation Buffer verstoort Ca2+ golfvoortplanting. Time reeks ex vivo volwassen Drosophila ei uitdrukken UASt- myrGCaMP5 na toevoeging van activering buffer die 10 ug / ml cytochalasine D uiteindelijke concentratie (AH). Terwijl de Ca2 + golf wordt ingeleid op achterpool (A) wordt aangetast en niet het voorste van het ei (F) te bereiken (witte pijlen duiden de voorkant van de golf). Geen verdere Ca2 + veranderingen werden waargenomen gedurende 30 min). Zie aanvullende film 2 (totale tijd 30 min). Schaalbalken = 50 urn. Max projectie = 40 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Co-visualisatie van Actin en Ca2 + bij Egg activering in Drosophila. Time reeks ex vivo volwassen Drosophila ei uitdrukken UASt- myrGCaMP5 (cyaan) en UASP -F-Tractin.tdTomato (Magenta) na toevoeging van activering buffer (AH). De Ca 2+ golf initieert uit de achterste paal en herstelt als in figuur 1. Actine lijkt te veranderen in de tijd, witte pijlpunten (A vs H). Het ontbreken van Ca2 + signaaldetectie in het midden van het rijpe eicel wordt veroorzaakt door beweging van het monster gedurende beeldopname. Schaalbalken = 50 urn. Max projectie = 40 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De eerste cruciale stap in dit protocol is het isoleren van de rijpe eieren zonder schade. Dit kan worden bereikt door het voorzichtig manoeuvreren van de eieren met de dissectiesonde. Oefening zal deze manipulatie mogelijk maken zonder schade aan de eieren. Een tweede cruciale stap is het voorkomen van het verlies van het monster wanneer activeringsbuffer wordt toegepast op de rijpe ei in olie. Toepassing van de activeringsbuffer moet langzaam gebeuren en zonder contact met de dekglas. Deze stap kan uitdagend zijn als de microscoopopstelling geen gemakkelijke toegang tot het monster mogelijk maakt. Het is aan te raden om hulpstukken van de microscoop, zoals een temperatuurincubator, te verplaatsen.
Aanpassingen aan dit protocol kunnen worden gemaakt om andere fluorescerend gelabelde factoren te visualiseren, in plaats van Ca2+ bij eiactivering. Meer in het algemeen kunnen verschillende stadia van Drosophila-ontwikkeling of de resultaten van het toevoegen van een andere buffer worden geanalyseerd met behulp van dit protocol.
Foutopsporing kan nodig zijn als de instellingen op de microscoop niet optimaal zijn voor het visualiseren van het signaal van het monster. Dit kan worden bereikt door de laservermogen te verhogen of te verlagen, de opnamebereik te wijzigen en de Z-stack-parameters aan te passen. Een ander probleem kan zijn dat eieren consequent uit het gezichtsveld bewegen bij het toevoegen van activeringsbuffer. Als dit regelmatig gebeurt, laat dan de rijpe eieren langer op de dekglazen bezinken, 15 tot 20 minuten. Let erop dat het gebruik van olie met een hogere viscositeit de verplaatsing van de olie door activeringsbuffer zal veranderen.
Deze hier gepresenteerde techniek wordt beperkt door de werkafstand van het objectief, uitdroging van de rijpe eieren en de mogelijkheid om de rijpe eieren zonder schade te dissecteren. In vergelijking met in vivo beeldvormingsmethoden waarbij de rijpe oöcyt door het volwassen vrouwtje passeert en wordt afgezet 13, stelt onze methode meer ruimtelijke resolutie mogelijk, de optie om de rijpe ei fysiek te manipuleren vóór activering en de mogelijkheid om de rol van eiactivering zonder bevruchting te testen.
Er zijn veel potentiële toekomstige toepassingen van deze techniek, inclusief het testen van reporterconstructen voor cellulaire componenten bij eiactivering en het visualiseren van de Ca2+-golf in mutante achtergronden 14,24. Samen met experimentele en genetische tools maakt de ex vivo eiactiveringstest die hier wordt gepresenteerd, de studie van de trigger, voortplanting en downstream-effecten van de universeel geconserveerde Ca2+-golf mogelijk.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We zijn dankbaar voor Laura Bampton, Alex Davidson, Richard Parton, Arita Acharya voor hulp tijdens de voorbereiding van dit manuscript; Mariana Wolfner voor discussies op ei activering; Matt Wayland voor imaging-ondersteuning; en Nan Hu algemene steun in het laboratorium.
Dit werk werd ondersteund door de Universiteit van Cambridge, ISSF om TTW [subsidie nummer 097.814].
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Droge actieve gist | Fleischman’s | #2192 | |
| Dissectiemicroscoop | Leica | MZ6 | Verschillende zullen werken |
| Lamp | Mircotec Glasvezel | MF0-90 | Verschillende zullen werken |
| Medische doekjes | Kimberly-Clark Corporation | KLEW3020 | |
| Markeerstift | Stabilo | 841/46 | OHPen universeel, zwart - verkrijgbaar in de meeste kantoorartikelenwinkels. Superfijn Breedte 0,4 mm |
| CO2-pad | Genesee Scientific | 59-114 (789060 Dutscher) | |
| Dekglas Nr. 1,5, 22 x 50 mm | International- No1-VWR Cat=631-0137-22-50mm | Menzel-Glaser-22-50mm-MNJ 400-070T | |
| Halocarbon olie, serie 95 | Halocarbon Products Corp. | Distributor in Europa: | |
| Solvadis (GMBH) | |||
| Olie 10 S | VWR Chemicals | 24627.188 | Kan worden gebruikt in plaats van Halocarbon olie, serie 95 |
| Pincet | Fine Science Tools | 11252-00 | Hoewel deze gereedschappen schoon moeten zijn, is het gebruik van een autoclaaf niet noodzakelijk, ethanol zou voldoende zijn. |
| Sonde | Fine Science Tools | 10140-01 | |
| Glazen pipet | Fisherbrand, | FB50251 | Pasteur Pipetten, glas, ongestopt, 150 mm lengte |
| Vial | Regina Industries | P1014 | GPPS 80 mm x 25 mm |