RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Opisujemy tutaj test fagocytozy z wykorzystaniem rozproszonych komórek embrionalnych Drosophila. Umożliwia nam łatwe i precyzyjne ilościowe określenie poziomów fagocytozy in vivo oraz identyfikację nowych cząsteczek wymaganych do fagocytozy komórek apoptotycznych.
Mechanizmy molekularne leżące u podstaw fagocytozy komórek apoptotycznych muszą być wyjaśnione bardziej szczegółowo ze względu na jej rolę w chorobach immunologicznych i zapalnych. W tym celu opracowaliśmy eksperymentalną metodę ilościowego badania fagocytozy przy użyciu muszki owocowej Drosophila, w której sieć genów kontrolujących reakcje pochłaniania jest ewolucyjnie zachowana u ssaków. W celu dokładnego wykrycia i zliczenia pochłaniających i odłączających się fagocytów przy użyciu całych zwierząt, zarodki Drosophila poddano homogenizacji w celu uzyskania rozproszonych komórek, w tym fagocytów i komórek apoptotycznych. Wykorzystanie rozproszonych komórek embrionalnych umożliwia nam pomiar poziomów fagocytozy in vivo, tak jakbyśmy wykonywali test fagocytozy in vitro, w którym można obserwować wszystkie fagocyty i komórki apoptotyczne w całych zarodkach i precyzyjnie określić ilościowo poziom fagocytozy. Potwierdziliśmy, że ta metoda odtwarza te z poprzednich badań, które zidentyfikowały geny wymagane do fagocytozy komórek apoptotycznych. Metoda ta pozwala na analizę pochłaniania martwych komórek, a w połączeniu z potężną genetyką Drosophila ujawni złożone reakcje fagocytarne składające się z migracji, rozpoznawania, pochłaniania i degradacji komórek apoptotycznych przez fagocyty.
U zwierząt metazoa, np. nicienia Caenorhabditis elegans, muszki owocowej Drosophila melanogaster oraz myszy i ludzi, duża liczba komórek ulega apoptozie podczas rozwoju, aby ukształtować swoje ciała, a w wieku dorosłym, aby utrzymać homeostazę1,2. Komórki apoptotyczne muszą być szybko usunięte, ponieważ wywołują stan zapalny w otaczających tkankach, uwalniając immunogenne materiały wewnątrzkomórkowe, jeśli nie zostaną całkowicie usunięte3. Aby ułatwić szybkie usunięcie, komórki apoptotyczne prezentują tak zwane sygnały eat-me, które są rozpoznawane przez receptory pochłaniania fagocytów i są eliminowane przez fagocytozę3,4,5,6. Tak więc fagocytoza odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy gospodarza, a zatem ważne jest wyjaśnienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw fagocytozy komórek apoptotycznych.
Mechanizmy odpowiedzialne za fagocytozę komórek apoptotycznych wydają się być ewolucyjnie zachowane wśród gatunków nicieni, much i myszy7. Obecnie dostępnych jest kilka testów fagocytozy do oceny pochłaniania komórek apoptotycznych u tych modelowych zwierząt. U C. elegans 131 komórek somatycznych ulega zaprogramowanej śmierci komórkowej podczas rozwoju, a zwłoki komórek są fagocytozowane przez sąsiednie komórki, które są nieprofesjonalnymi fagocytami8. Tak więc liczenie liczby pozostałych zwłok komórkowych u C. elegans wskazuje na poziom fagocytozy in vivo. Poszukując mutantów nicieni, które wykazują zwiększoną liczbę martwych komórek, zidentyfikowano i scharakteryzowano genetycznie kilka genów niezbędnych do fagocytozy9,10,11,12.
Testy fagocytozy ex vivo z pierwotnymi hodowlami fagocytów, zazwyczaj makrofagów, są często stosowane u myszy. Komórki apoptotyczne są przygotowywane przy użyciu linii komórkowych, takich jak komórki Jurkat, i są mieszane z pierwotnymi fagocytami. Po kilkugodzinnej inkubacji liczy się całkowitą liczbę fagocytów i fagocytów pochłaniających w celu oceny poziomu fagocytozy. Jako zaawansowaną modyfikację tej metody, grupa Nagaty opracowała test fagocytozy ex vivo z komórkami wykazującymi ekspresję opornej na kaspazę ICAD (inhibitora DNazy aktywowanej kaspazą), w której komórki apoptotyczne nie ulegają apoptotycznej fragmentacji DNA, ale DNA jest nadal rozszczepiane, gdy komórki są fagocytozowane. Kiedy komórki te są używane jako cele apoptotyczne w teście fagocytozy, tylko DNA pochłoniętych komórek apoptotycznych jest fragmentowane i barwione przez znakowanie końca nacięcia dUTP za pośrednictwem TdT (TUNEL). Dlatego poziom pochłonięcia komórek apoptotycznych mierzy się poprzez zliczanie sygnałów TUNEL w mieszaninie fagocytów i komórek apoptotycznych13.
U D. melanogaster, profesjonalne fagocyty zwane hemocytami, makrofagi Drosophila, są odpowiedzialne za fagocytozę komórek apoptotycznych14,15. Oprócz testów fagocytozy in vitro z liniami komórkowymi hodowli, dostępne są testy fagocytozy in vivo z całymi zarodkami Drosophila. Zarodki Drosophila są potężnym narzędziem do badania poziomu pochłaniania komórek apoptozy, ponieważ wiele komórek ulega apoptozie i jest fagocytozowanych przez hemocyty podczas rozwoju embrionalnego14,15,16. Przykładem testu fagocytozy in vivo jest metoda opracowana przez grupę Franka. W ich metodzie hemocyty są wykrywane przez barwienie immunologiczne peroksydazyny, markera hemocytu, komórki apoptotyczne są barwione za pomocą barwnika jądrowego, 7-aminoaktynomycyny D w całych zarodkach Drosophila, a liczba komórek podwójnie dodatnich jest liczona jako sygnał fagocytozy17. Inny przykład testu fagocytozy na zarodkach opiera się na opisanej powyżej koncepcji metody Nagaty; jednak fagocytozę in vivo ocenia się przy użyciu zarodków zmutowanych much dCAD (Drosophila caspase-activated DNase)18,19. Te testy fagocytozy in vivo są przydatne do bezpośredniej obserwacji fagocytozy in situ. Trudności wiążą się jednak z wykluczeniem ewentualnej stronniczości na etapie liczenia komórek fagocytozy, ponieważ ze względu na jego grubość trudno jest zaobserwować wszystkie fagocyty i komórki apoptotyczne w całych zarodkach.
Aby przezwyciężyć to ograniczenie, opracowaliśmy nowy test fagocytozy na zarodkach Drosophila. W naszej metodzie, aby łatwo policzyć hemocyty fagocytozy, całe zarodki są homogenizowane w celu przygotowania rozproszonych komórek embrionalnych. Fagocyty są wykrywane przez barwienie immunologiczne markera fagocytów, a komórki apoptotyczne są wykrywane przez TUNEL z tymi rozproszonymi komórkami embrionalnymi. Wykorzystanie rozproszonych komórek embrionalnych umożliwia nam pomiar poziomów fagocytozy in vivo, tak jakbyśmy przeprowadzili test fagocytozy in vitro, który precyzyjnie określa ilościowo poziom fagocytozy. Wszystkie genotypy much mogą być wykorzystane w tym teście, jeśli rozwiną się do stadium 16 zarodków20, stadium rozwoju, w którym apoptotyczne usuwanie komórek przez fagocytozę jest najobfitsze. Zaletą tej metody jest ilościowa ocena poziomu fagocytozy, a tym samym może przyczynić się do identyfikacji nowych cząsteczek biorących udział w fagocytozie komórek apoptotycznych in vivo.
1. Przygotowanie
2. Etap 16 Pobieranie zarodków
3. Przygotowanie komórek embrionalnych
4. Barwienie hemocytów
5. Barwienie komórek apoptotycznych przez TUNEL
6. Zmierz poziom fagocytozy komórek apoptotycznych
W celu zbadania fagocytozy komórek apoptotycznych, zarodki Drosophila w stadium rozwojowym 16 zostały zebrane i przygotowane jako rozproszone komórki. Hemocyty, makrofagi Drosophila, zostały wybarwione metodą immunocytochemiczną dla markera hemocytu "Croquemort"17,22 przy użyciu specyficznego przeciwciała19,21, a komórki apoptotyczne zostały wybarwione przez TUNEL w rozproszonych komórkach embrionalnych (Rysunek 1A). Croquemort, receptor związany z Drosophila CD36, ulega specyficznej ekspresji na wszystkich embrionalnych hemocytach22 i wykazano, że genetycznie jest zaangażowany w usuwanie komórek apoptotycznych w zarodkach Drosophila17. Komórki Croquemort-dodatnie mają fioletowe sygnały w małych ziarnistościach swoich komórek. Komórki TUNEL-dodatnie wykazują brązowy sygnał w całych ciałach. Komórki TUNEL-dodatnie są mniejsze niż inne komórki, a niektóre znajdują się wewnątrz komórek Croquemort-dodatnich, które są uważane za martwe komórki fagocytozowane. We wszystkich komórkach embrionalnych zwykle obserwuje się od 2 do 10% komórek Croquemort-dodatnich i 1-5% komórek TUNEL-dodatnich.
U Drosophila istnieją dwie ścieżki sygnałowe do pochłaniania komórek apoptotycznych. Dwa receptory fagocytozy dla odpowiednich szlaków, Draper i integryna αPS3βν, niezależnie rozpoznają martwe komórki19,21,23,24,25. Draper jest białkiem transbłonowym, które posiada nietypowe sekwencje podobne do naskórkowego czynnika wzrostu (EGF) w regionie zewnątrzkomórkowym oraz dwa fosforylujące motywy NPxY i YxxL w części wewnątrzkomórkowej26. Integryna αPS3βν jest również receptorem transbłonowym składającym się z heterodimeru podjednostek α i β25. Rysunek 1B pokazuje stosunek hemocytów fagocytozujących do całkowitej liczby hemocytów w pojedynczych zmutowanych zarodkach typu dzikiego lub drpr lub Itgbn. Licząc wszystkie komórki Croquemort-dodatnie (całkowite hemocyty) oraz podwójnie dodatnie komórki Croquemort i TUNEL (hemocyty fagocytozujące), obliczyliśmy indeks fagocytarny jako liczbę hemocytów fagocytozujących do całkowitej liczby hemocytów. Indeks fagocytarny był niższy w mutancie drpr lub Itgbn niż w typie dzikim, podczas gdy liczba hemocytów i komórek apoptotycznych była podobna (Rysunek 1C-D), co wskazuje, że te dwa geny są wymagane do pochłonięcia komórek apoptotycznych, jak wcześniej informowano.
Gdy przeciwciało anty-Croquemort nie jest dostępne lub badane są zmutowane linie ze zmienioną ekspresją Croquemorta, musimy wybrać inną opcję wykrywania hemocytów. Zarodki ze sterownikiem GAL4 kontrolowanym przez promotor specyficzny dla hemocytów (srpHemo-GAL4) i genem GFP kontrolowanym przez sekwencję aktywacji w górę (UAS), w tym miejsce wiązania GAL4 (UAS-EGFP), mają hemocyty znakowane GFP27, co umożliwia nam wykrywanie hemocytów za pomocą anty-GFP. Rysunek 2A pokazuje obraz uzyskany po wykryciu hemocytów i komórek apoptotycznych z barwieniem immunologicznym za pomocą przeciwciała anty-GFP oraz TUNEL w komórkach embrionalnych z srpHemo-GAL4UAS-EGFP. Podczas gdy przeciwciało anty-Croquemort barwi małe granulki w komórkach, przeciwciało anty-GFP barwi całe hemocyty. Podobnie jak w przypadku Rysunek 1A, we wszystkich komórkach embrionalnych obserwuje się 2 - 6% komórek GFP dodatnich i 1 - 5% komórek TUNEL-dodatnich. Niektóre komórki TUNEL-dodatnie są wykrywane wewnątrz komórek GFP-dodatnich, które są uważane za martwe komórki fagocytozowane. Nokaut za pośrednictwem RNAi jest łatwy do oceny dowolnych genów pod kątem ich udziału w fagocytozie poprzez krzyżowanie muszek z UAS-dsRNA genów kandydujących z srpHemo-GAL4UAS-EGFP. Knockdown drpr lub Itgbn za pośrednictwem RNAi zmniejszył indeks fagocytarny (Figura 2B), podczas gdy liczba hemocytów i komórek apoptotycznych w komórkach embrionalnych była porównywalna (Figura 2C-2D), co ponownie wskazuje, że te receptory fagocytozy są zaangażowane w fagocytozę komórek apoptotycznych. Podobne indeksy fagocytarne uzyskuje się z obu metod wykrywania hemocytów, co sugeruje, że obie są zgodne.

Rysunek 1: Barwienie komórek embrionalnych za pomocą przeciwciała anty-Croquemort i TUNEL. (A) Obrazy jasnego pola rozproszonych komórek embrionalnych szczepu w1118 poprzez barwienie immunologiczne przeciwciałem anty-Croquemort i TUNEL. Pokazane są powiększone widoki reprezentatywnych dodatnio lub ujemnie zabarwionych komórek (4 górne panele) i pola o małej mocy (dolny panel). Podziałka skali, 5 μm (góra); 50 μm (na dole). (B) Stosunek hemocytów Croquemort-dodatnich z sygnałem TUNEL do wszystkich hemocytów Croquemort-dodatnich w mutancie drpr lub Itgbn analizowano na rozproszonych komórkach embrionalnych. (C) Stosunek hemocytów Croquemort-dodatnich do wszystkich komórek w mutancie drpr lub Itgbn analizowano z rozproszonymi komórkami embrionalnymi. (D) Stosunek komórek apoptotycznych TUNEL-dodatnich do wszystkich komórek w mutancie drpr lub Itgbn analizowano z rozproszonymi komórkami embrionalnymi. Genotypów; w1118 (kontrola typu dzikiego), drprΔ5 (mutant drpr) i Itgbn2 (integryna βν mutant). Dane były reprezentatywne dla trzech niezależnych eksperymentów i analizowane za pomocą testu t-Studenta. W każdym eksperymencie zaobserwowano około 300 hemocytów Croquemort-dodatnich, a wartości reprezentują średnią±S.D. trzech mikroskopijnych pól. *; p <0,05, n.s.; różnica nie jest znacząca. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Barwienie komórek embrionalnych za pomocą anty-GFP i TUNEL. (A) Obrazy jasnego pola rozproszonych komórek embrionalnych szczepu srpHemo-GAL4UAS-EGFP/+ poprzez barwienie immunologiczne przeciwciałem anty-GFP i TUNEL. Pokazane są powiększone widoki reprezentatywnych dodatnio lub ujemnie zabarwionych komórek (4 górne panele) i pola o małej mocy (dolny panel). Podziałka = 5 μm (góra); 50 μm (na dole). (B) Stosunek hemocytów GFP-dodatnich z sygnałem TUNEL do wszystkich hemocytów GFP-dodatnich w muszkach knockdown drpr lub Itgbn za pośrednictwem RNAi analizowano z rozproszonymi komórkami embrionalnymi. (C) Stosunek hemocytów GFP-dodatnich do wszystkich komórek w muchach knockdown drpr lub Itgbn za pośrednictwem RNAi analizowano z rozproszonymi komórkami embrionalnymi. (D) Stosunek TUNEL-dodatnich komórek apoptotycznych do wszystkich komórek w muchach knockdown drpr lub Itgbn za pośrednictwem RNAi analizowano z rozproszonymi komórkami embrionalnymi. Genotypów; RNAi - : y w/w; srpHemo-GAL4 UAS-EGFP/+, RNAi drpr: y w/w; srpHemo-GAL4 UAS-EGFP/+; UAS-drpr-IR/+, RNAi Itgbn: y w/w; srpHemo-GAL4 UAS-EGFP/+; UAS-Itgbn-IR/+. Dane były reprezentatywne dla trzech niezależnych eksperymentów i analizowane za pomocą testu t-Studenta. W każdym eksperymencie zaobserwowano około 300 hemocytów GFP-dodatnich, a wartości reprezentują średnią±S.D. trzech mikroskopijnych pól. *; p <0,05, n.s.; różnica nie jest znacząca. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Opisujemy tutaj test fagocytozy z wykorzystaniem rozproszonych komórek embrionalnych Drosophila. Umożliwia nam łatwe i precyzyjne ilościowe określenie poziomów fagocytozy in vivo oraz identyfikację nowych cząsteczek wymaganych do fagocytozy komórek apoptotycznych.
Jesteśmy wdzięczni Kazowi Nagaosie i Akiko Shiratsuchi za ich rady.
| surowica całej świni | MP Biomedicals | 55993 | Do blokowania |
| mikroprobówki Treff (łatwe dopasowanie) Dnaza, probówka bez rnazy, 1,5 ml | TreffLab | 96. 4625. 9. 01 | Do mieszalnik granulek homogenizacyjnych |
| 1,5 ml | TreffLab | 96. 7339. 9. 03 | Dla homogenizacja |
| Kolagenaza | Sigma-Aldrich | C-0130 | Do przygotowania komórek zarodkowych |
| Trypsin | Thermo Fisher SCIENTIFIC | 27250-018 | Do przygotowania komórek zarodkowych |
| Kpl Anti-Rat IgG (H+L) Ab MSA, AP | KPL | 475-1612 | przeciwciało drugorzędowe dla hemocytów barwiących przeciwciałem |
| anty-Croquemort5-bromo-4-chloro- 3-indolilo-fosforan | Roche | 11383221001 | BCIP, Do barwienia hemocytów |
| błękitu nitro tetrazolium | Roche | 11383213001 | NBT, Do barwienia hemocytów |
| Przeciwciało | anty-Croquemort | opisane wcześniej w Manaka et al., J. Biol. Chem., 279, 48466-48476 | |
| Anty-GFP od myszy IgG1κ (klony 7.1 i 13.1) | Roche | 11814460001 | Do barwienia hemocytów |
| Kozioł Anty-mysi koniugat IgG-AP | Bio-Rad | 170-6520 | przeciwciało wtórne do barwienia hemocytów przeciwciałem anty-Croquemort |
| Apop Tag Peroksydaza in situ Zestaw do wykrywania apoptozy | Millipore | S7100 | Do barwienia komórek apoptoitcznych. Ten zestaw zawiera bufor równoważący, bufor reakcyjny, bufor STOP/Wash, enzym TdT i peroksydazę anty-digoxigenin-peroksydazę. |
| 3,3'-diaminobenzydyna tetrahydrichlorek | nacalai tesque | 11009-41 | DAB, Do barwienia komórek apoptoitcznych |
| Nazwa | Stock center | Stock ID | Komentarze |
| w1118 | Muchy kontrolne, opisane w Freeman et al., Neuron, 38, 567-580 | ||
| drprΔ Mutant 5 | drpr, opisany w Freeman et al., Neuron, 38, 567-580 | ||
| Itgbn2 | Itgbn, opisany w Devenport et al., Development, 131, 5405-5415 | ||
| srpHemoGAL4 UAS-EGFP | opisany w Brü ckner et al., Dev. Cell., 7, 73-84 | ||
| UAS-drpr-IR | VDRC | 4833-UAS-Itgbn-IR||
| NIG-fly | 1762R-1 | - |