We beschrijven een protocol voor het meten van contacten tussen cellen in aangrenzende epitheellagen in levende imaginaire schijven van de Drosophila-vleugel met behulp van een op GFP-reconstitutie gebaseerde benadering.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
We beschrijven een protocol voor het meten van contacten tussen cellen in aangrenzende epitheellagen in levende imaginaire schijven van de Drosophila-vleugel met behulp van een op GFP-reconstitutie gebaseerde benadering.
De groei en patroonvorming van embryonaal weefsel worden grotendeels gecontroleerd door signalen die lokaal worden uitgewisseld tussen celpopulaties in de weefsels zelf. Cytonemen zijn een type signaalfilopodia dat voor het eerst werd geïdentificeerd in Drosophila en dat de uitwisseling tussen signaalproducerende en signaalontvangende cellen verbindt en bemiddelt. In de zich ontwikkelende imaginaire schijf van de Drosophila-vleugel zijn cytonemen betrokken bij signaaluitwisseling tussen verschillende populaties cellen in het eigenlijke (DP) epitheel, die de volwassen vleugel zullen vormen, evenals tussen DP-cellen en cellen in aangrenzende schijf-geassocieerde weefsels. Cytonemen synapseren met doelwitcellen om intieme membraancontacten te vormen.
Hier presenteren we een protocol voor het kwantificeren van cytoneme-gemedieerd contact tussen DP-cellen en cellen van het aangrenzende peripodiale membraan (PerM) epitheel, dat van de DP-cellen wordt gescheiden door het schijflumen, met behulp van een GFP-reconstitutiebenadering in levende vleugelschijven. Met behulp van de GAL4-UAS- en LexA-LexAop-systemen worden complementaire fragmenten van split-GFP (spGFP1-10, spGFP11), elk gefuseerd met het transmembraandomein van CD4, aan weerszijden van het schijflumen tot expressie gebracht. Beeldvorming van gereconstitueerde GFP-fluorescentie in preparaten van live vleugelschijven door middel van confocale microscopie wordt vervolgens gebruikt om beeldstapels te genereren waaruit gereconstitueerde GFP-fluorescentie kan worden gelokaliseerd en gekwantificeerd. Met behulp van dit systeem is het mogelijk om eiwitcoderende of RNA-interferentietransgenen tot co-expressie te brengen in cytoneme-producerende of doelwitcellen om hun effect op DP-PerM-celcontacten te meten. Dit systeem, dat gemakkelijk kan worden aangepast aan andere weefsels, maakt het dus mogelijk om factoren te identificeren die belangrijk zijn voor de vorming of functie van cytonen.
De ontwikkeling van embryonale weefsels wordt gecontroleerd door cellen die zich in 'organiserende centra' bevinden en die signalen geven aan verre cellen in een weefsel, en hun beslissingen beheersen om zich te vermenigvuldigen (d.w.z. groeien en delen) of een bepaald lot aan te nemen1. Deze niet-autonome signalering van cellen wordt gemedieerd door liganden die worden geproduceerd door organiserende centrumcellen die concentratiegradiënten door de weefsels vormen en concentratieafhankelijke reacties uitlokken. In veel gevallen worden deze liganden afgeleverd of opgepikt via lange actine-gebaseerde signaleringsfilopodia, cytonemen genaamd, die signaalverzendende en -ontvangende cellen in weefsels verbinden 2,3. Voor het eerst ontdekt in de imaginaire schijf4 van de Drosophila-vleugel, zijn cytonemen ook geïdentificeerd bij zoogdieren en andere gewervelde dieren 5,6,7,8,9. Een beter begrip van de rol van cytonemen in niet-autonome signalering van cellen, terwijl het zich in een vroeg stadium bevindt, is cruciaal om te ontcijferen hoe cellen communiceren om zich in weefsels te organiseren en hoe deze communicatielijnen worden gewijzigd in verschillende pathologische aandoeningen, waaronder ontwikkelingsmisvormingen en kanker.
Cytonemen kunnen zich uitstrekken van broncellen om liganden af te leveren aan doelcellen of van doelcellen om liganden dicht bij hun bronnen te ontvangen 2,3. Cytonemen maken intieme contacten met hun doelwitten, waar ze vermoedelijk synapsachtige structuren vormen, waar ligandoverdracht kan plaatsvinden 3,10,11. Dit contact kan plaatsvinden tussen de uiteinden van bron- en doelcytosemen of tussen cytoneumen en cellichamen3. Hoewel niet uitgebreid gekarakteriseerd, is celadhesie door adhesiemoleculen of door receptor-ligandinteracties in sommige gevallen nodig voor de juiste activering van stroomafwaartse signaleringsgebeurtenissen 12,13,14, waardoor dit een belangrijk aspect is van de cytoneme-biologie.
Verschillende studies hebben de techniek "GFP-reconstitutie over synaptische partners" (GRASP) toegepast op de analyse van cytoneme-contacten. Deze methode is ontwikkeld voor het identificeren en in kaart brengen van synaptische partners in complexe zenuwstelsels15. Het is gebaseerd op de expressie van de twee complementaire fragmenten van split-GFP (spGFP1-10 en spGFP11), elk gefuseerd met het extracellulaire gebied van een transmembraandomein (bijv. van CD4), in verschillende populaties van cellen. Als de plasmamembranen van cellen in die twee populaties in direct contact komen, brengt dit de complementaire domeinen van spGFP in de buurt, wat leidt tot de reconstitutie van GFP-fluorescentie. Deze benadering is in Drosophila gebruikt om het bestaan van cytoneme-contacten tussen cellen in de vleugelschijf en tussen de vleugelschijf en andere dicht bij elkaar liggende weefsels te identificeren 12,16,17,18,19,20,21.
Dit artikel beschrijft de toepassing van GRASP op de karakterisering van contacten tussen twee morfologisch verschillende epitheellagen van de imaginaire schijf van de Drosophila-vleugel, de eigenlijke schijf (DP) en het peripodiale membraan (PerM). Deze epitheellagen vormen een zak rond een centraal lumen, met aan de ene kant de pseudogestratificeerde zuilvormige DP-cellen en aan de andere kant de plaveiselcelcellen PerM, beide met hun apicale membranen naar binnen gericht in de richting van het lumen (Figuur 1A). Er is enig bewijs voor translumenale signalering tussen de twee lagen 22,23,24,25, en we hebben onlangs signalering van de DP gedocumenteerd om de proliferatie van PerM-cellen te beheersen die wordt gemedieerd door apicale cytonemen in de DP 21. Dit protocol omvat het gebruik van de GAL4/UAS en LexA/LexAop transgenexpressiesystemen om complementaire fragmenten van spGFP gefuseerd met CD4 tot expressie te brengen op de membranen van DP- en PerM-cellen. Het maakt gebruik van gereconstitueerde GFP-fluorescentie om membraancontact tussen de twee celpopulaties uit te lezen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De nubbin-GAL4-driver wordt gebruikt om CD4-spGFP1-10 specifiek in het vleugelzakgebied van de DP tot expressie te brengen (Figuur 1A). De PerM-LexA-driver21 wordt gebruikt om CD4-spGFP11 specifiek in de PerM tot expressie te brengen (Figuur 1A). Deze twee expressiesystemen zijn onafhankelijk van elkaar, waardoor gelijktijdige en specifieke expressie van verschillende transgenen in DP en PerM mogelijk is (Figuur 1B,C).
Het genetische basisschema omvat het kruisen van vliegen om larven van het genotype nub-GAL4/UAS-CD4-spGFP1-10 te genereren; PerM-LexA/LexAop-CD4-spGFP11. Als negatieve controle laten we het LexAop-CD4-spGFP11-transgen weg. Andere transgenen (bijv. eiwitcodering, dubbelstrengs RNA) kunnen naar wens tot expressie worden gebracht in de DP-laag (onder controle van UAS-sequenties) of in de PerM (onder controle van de LexA-operator).
Dit is een live beeldvormingsprotocol dat niet kan worden onderbroken. Materiaalvoorbereiding wordt geschat op ~10 min. Dissecties mogen niet langer dan 20 minuten per keer worden uitgevoerd vóór de beeldvorming. De beeldvorming duurt ~30 minuten en mag niet langer dan ~1 uur duren. Voor meerdere aandoeningen of een groot aantal monsters moet de procedure in meerdere rondes worden uitgevoerd om de beste resultaten te garanderen.
1. Materiële voorbereiding
2. Vleugelschijfdissectie en voorbereiding van de schuif
3. Beeldvorming
4. Analyse van het beeld
× 100Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Om het nut van de GRASP-procedure voor het meten van contacten tussen DP- en PerM-cellen te testen, hebben we vleugelschijven van vier verschillende genotypen onderzocht: wildtype negatieve controleschijven (genotype: w1118) die alleen achtergrondniveaus van autofluorescentie in het GFP-kanaal weergeven; schijven die de CD4-spGFP1-10 tot expressie brengen in de DP-laag, maar zonder het CD4-spGFP11-transgen, dat het fluorescentieniveau vertoont dat alleen door GFP1-10 ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Cytonemen spelen een belangrijke rol bij de verdeling van liganden en beheersen de groei en organisatie van zich ontwikkelende weefsels. Signaaluitwisseling vindt plaats waar cytoneme-tips intieme membraancontacten maken met hun doelen. In dit protocol beschrijven we een eenvoudige methode voor het analyseren van cytoneme-gemedieerde contacten tussen epitheellagen in de vleugelschijf met behulp van de GRASP-techniek.
De hier gepresenteerde techniek vereist min...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen tegenstrijdige belangen te verklaren.
Dit werk is ondersteund door een CIHR-subsidie (PJT-162109) aan D.H. M.J. met een doctoraatsbeurs van de Institut de Recherches Cliniques de Montréal Foundation en van het Molecular Biology Program van de Universiteit van Montreal. De auteurs zijn zeer erkentelijk voor de hulp van het IRCM Microscopy and Imaging-platform.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Discovery V12 dissectiemicroscoop | Zeiss | dissectiemicroscoop | |
| Dumont #55 pincet, Biologie tips | Fine Science Tools | 11255-20 | dissectiepincet |
| EP-Slik (slik20358) | BDSC | Panneton et al. 2015 | vliegend ras voor het tot expressie brengen van Slik |
| FIJI | Schindelin J. et al. (2012) | beeldanalysesoftware | |
| Hoechst 33342 | ThermoFisher Scientific | H3570 | kernkleuring voor live imaging |
| LexAop-CD4-spGFP11 | BDSC | 93018 | vliegend ras |
| LSM 700 confocale microscoop | Zeiss | confocale microscoop | |
| nub-GAL4 | Bloomington Drosophila Stock Centre (BDSC) | 86108 | vliegend ras |
| PerM-LexA | Rambaud, Joseph et al., 2025 | vliegend ras | |
| PYREX 9-putjes glas spotplaten | Corning Life Sciences | 7220-85 | voor het verzamelen en wassen van larven |
| Schneider's Drosophila Medium | ThermoFisher Scientific | 21720024 | medium voor live imaging |
| SecureSeal beeldvormingsspaties, 8-putjes, 0,12 mm dik | Grace Bio-Labs | 654008 | spatie |
| SYLGARD 184 siliconen elastomeerset | Sylgard | 3097358-1004 | voor het maken van dissectieplaten |
| UAS-CD4-spGFP1-10 | BDSC | 93017 | vliegend ras |
| Zen Black | Zeiss | acquisitiesoftware |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.