Stworzyliśmy fotokonwertowalny system PSmOrange jako potężne, proste i tanie narzędzie do śledzenia komórek in vivo w transgenicznym tle GFP. Protokół ten opisuje jego zastosowanie w systemie modeli danio pręgowanego.
Artykuł metodologiczny
Stworzyliśmy fotokonwertowalny system PSmOrange jako potężne, proste i tanie narzędzie do śledzenia komórek in vivo w transgenicznym tle GFP. Protokół ten opisuje jego zastosowanie w systemie modeli danio pręgowanego.
Szybki rozwój przezroczystych zarodków danio pręgowanego (Danio rerio) w połączeniu z fluorescencyjnym znakowaniem komórek i tkanek pozwala na wizualizację procesów rozwojowych zachodzących u żywego zwierzęcia. Interesujące komórki można znakować za pomocą specyficznego dla tkanki promotora do sterowania ekspresją białka fluorescencyjnego (FP) w celu wytworzenia linii transgenicznych. Wykorzystanie do tego celu fluorescencyjnych białek fotokonwertowalnych pozwala dodatkowo na precyzyjne śledzenie zdefiniowanych struktur w obrębie domeny ekspresji. Oświetlenie białka w obszarze zainteresowania zmienia jego widmo emisyjne i uwydatnia konkretną komórkę lub klaster komórek, pozostawiając inne komórki transgeniczne w ich pierwotnym kolorze. Głównym ograniczeniem jest brak znanych promotorów dla dużej liczby tkanek danio pręgowanego. Z drugiej strony, badania przesiewowe pułapek genowych i wzmacniających wygenerowały ogromne zasoby transgeniczne, dyskretnie znakując dosłownie wszystkie struktury embrionalne, głównie za pomocą GFP lub w mniejszym stopniu czerwonych lub żółtych FP. Podejście do śledzenia zdefiniowanych struktur w takich transgenicznych tłach polegałoby na dodatkowym wprowadzeniu wszechobecnego białka fotokonwertowalnego, które mogłoby zostać przekształcone w komórkę (komórki) będącą przedmiotem zainteresowania. Jednak dostępne białka fotokonwertowalne obejmują zielony i/lub rzadziej czerwony stan emisji1 i dlatego często nie mogą być wykorzystywane do śledzenia komórek na tle FP istniejących linii transgenicznych. Aby obejść ten problem, stworzyliśmy system PSmOrange dla danio pręgowanego2,3. Prosta mikroiniekcja syntetycznego mRNA kodującego jądrową formę tego białka znakuje wszystkie jądra komórkowe pomarańczowo-czerwoną fluorescencją. Po ukierunkowanej fotokonwersji białka przełącza swoje widmo emisyjne na daleką czerwień. Wydajność kwantowa i stabilność białka sprawia, że PSmOrange jest doskonałym narzędziem do śledzenia komórek dla danio pręgowanego i prawdopodobnie innych gatunków teleostów.
Wykładniczo ulepszające techniki obrazowania pozwalają śledzić procesy rozwojowe w okresach do około czterech kolejnych dni3. U danio pręgowanego i wielu innych modelowych systemów zwierzęcych określone komórki, tkanki, struktury aksonalne lub naczyniowe są oznaczone transgenicznymi zielonymi lub czasami czerwonymi lub żółtymi białkami fluorescencyjnymi, aby ułatwić wizualizację. Jednak w większości linii transgenicznych transgen nie ulega specyficznej ekspresji w komórkach będących przedmiotem zainteresowania, ale także w dodatkowych strukturach, co utrudnia precyzyjne śledzenie na przykład pojedynczych komórek lub grup komórek.
Fluorescencyjne białka fotokonwertowalne są dobrze przystosowane do śledzenia komórek podczas rozwoju embrionalnego. Warunkami wstępnymi do zastosowania takich białek są długowieczność, dobrze oddzielony zakres emisji po konwersji i jasna fluorescencja. Dostępne białka fotokonwertowalne obejmują te, które zmieniają swój zakres emisji po konwersji, takie jak Kaede4, KiGR5, mEos26, PS-CFP2 lub Dendra27 i inne, które są fluorescencyjne tylko po fotoaktywacji (PAmCherry8, PAGFP9 lub PATagRFP10). Ich zastosowania do śledzenia komórek u istniejących zwierząt transgenicznych FP są jednak ograniczone, ponieważ często obejmują one stan zielonej fluorescencji lub nie spełniają wszystkich powyższych kryteriów. Dopiero niedawno Subach i współpracownicy opisali białko PSmOrange, które zmienia swoją emisję z pomarańczowo-czerwonej na daleką czerwoną po fotokonwersji i zostało z powodzeniem zastosowane w komórkach w hodowli i hodowanych komórkach wstrzykniętych myszom2.
Aby zbadać przydatność białka do śledzenia komórek w żywym embrionie, stworzyliśmy konstrukt ekspresji do mikroiniekcji znakowanego nuklearnie H2B-PSmOrange do embrionów danio pręgowanego. Odkryliśmy, że białko spełnia wszystkie warunki wstępne do pomyślnego śledzenia komórek w transgenicznym tle GFP w ciągu pierwszych 4 (a być może więcej) dni rozwoju embrionalnego danio pręgowanego. W tym czasie większość migracji komórek odbywa się u ryb, co sprawia, że system PSmOrange jest doskonałym dodatkiem do zestawu narzędzi dla danio pręgowanego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Transkrypcja mRNA H2B-PSmOrange In Vitro i oczyszczanie mRNA
2. Mikroiniekcja mRNA H2B-PSmOrange do zarodków danio pręgowanego
3. Osadzanie zarodków
4. Konwersja zdjęć PSmOrange
5. Zdemontuj zarodek z LMA
6. Analiza losów komórek eksprymujących białko PSmOrange przekształcone w fotokonwersję
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 ilustruje przykład systemu fotokonwersji PSmOrange. Kompleks szyszynki jest konserwatywną strukturą w międzymózgowiu grzbietowym kręgowców. Podobnie jak u wielu innych kręgowców, kompleks ten składa się z narządu szyszynki w środku międzymózgowia i lewostronnych komórek przyszysenki. Eleganckie, ale czasochłonne eksperymenty z odblokowaniem wykazały, że komórki przyszyszeniowe pochodzą z przedniej części narządu szyszynki13. W tg(foxD3:GFP); tg(flh:GF...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Transgeniczne embriony przenoszące fluorescencyjne reportery zasadniczo pomogły w zrozumieniu rozwoju embrionalnego. Nadal jednak istnieje zasadnicza potrzeba stosowania promotorów, którzy ułatwią specyficzną wizualizację poszczególnych konstrukcji. W przypadku ich braku naukowcy polegają na technikach takich jak fotokonwersja białek fluorescencyjnych, aby dowiedzieć się o pochodzeniu i rozwoju ich interesującej struktury. To z kolei jest kluczowym warunkiem wstępnym do zidentyfikowania mechanizmów molekularnych zaangażo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy O. Subachowi za dostarczenie oryginalnego plazmidu H2B-PSmOrange oraz naszemu zespołowi ds. hodowli ryb za opiekę nad rybami. Jesteśmy wdzięczni Centrum Obrazowania firmy Nikon na Uniwersytecie w Heidelbergu za dostęp do sprzętu mikroskopowego i oprogramowania analitycznego. Dziękujemy za wsparcie ze strony Core Facility Live Cell Imaging Mannheim w CBTM (DFG INST 91027/10-1 FUGG). Prace te były wspierane przez Excellenzcluster CellNetworks, EcTop Spatio-temporal coordination of signaling processes (EcTop 2), Uniwersytet w Heidelbergu do C.A.B. i Wydziału Medycznego Mannheim Uniwersytetu w Heidelbergu oraz DFG (FOR 1036/2, 298/3-1 i 298/6-1) do M.C.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zestaw do oczyszczania PCR | Qiagen | 28104 | |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 Zestaw do transkrypcji | Ambion | AM1340 | |
| RNeasy MiniElute Zestaw do czyszczenia | Qiagen | 74204 | |
| Plastikowe | laboratoria Pasteura alpha | LW4000 | |
| Oryginalny plazmid H2B-PSmOrange | Addgene | 31920 | Plazmid opisany w artykule to dostępny w |
| mikrowtryskiwaczu Carl lab FemtoJet | Eppendorf | 5247 000.013 | |
| Kleszcze (5 Inox) | NeoLab | 2-1633 | |
| Lab-Tek II Chambered #1.5 Niemiecki system szkła nakrywkowego | Nunc | 155382 | |
| Nikon A1R+ | Nikon GmbH Niemcy | Nr numeru | |
| Nikon PLAN Apo λ Obiektyw pneumatyczny 20X | Nikon GmbH Niemcy | nr numeru | |
| NIS Elements AR Software (wersja 4.30.02) | Nikon GmbH Niemcy/Laboratory Imaging | No Number |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie