$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Dostarczono szczegółowy protokół wykorzystania D. melanogaster jako modelu do badania poliploidyzacji wywołanej raną (WIP). Ten model gojenia się ran ma wiele zalet w porównaniu z modelami WIP ssaków i innych much. Poliploidalność była łatwo indukowana przez mechaniczne nakłucie szpilką owada, a komórki poliploidalne zostały wygenerowane w krótkim czasie (2-3 dpi) (Rysunek 1A, 1B)4. Dużym wyzwaniem jest wypreparowanie nienaruszonej tkanki brzusznej bez żadnych zaburzeń nabłonka. Nabłonek D. melanogaster łatwo ulega przypadkowemu uderzeniu lub zadrapaniu ostrymi narzędziami do preparowania. Dlatego kroki tego protokołu powinny być przećwiczone przed użyciem i analizą.
Po pierwsze, uraz został ograniczony do brzusznego brzucha kobiety, który zapewnia duży, płaski, nieprzezroczysty obszar tkanki idealny do obrazowania. Rany kłute zostały zadane w nabłonku opłucnej, który leży po obu stronach sternitów brzusznej linii środkowej i były ukierunkowane między segmentami tergitu (T) T4-T5 (Ryc. 1 A-C). To umieszczenie rany zapewnia duży widoczny obszar, który nie jest zakłócany przez rozwarstwienie. Trudne kroki obejmują cięcie nożycami sprężyny brzusznej i kroki przypinania (Rysunek 1D, 1E). Etap cięcia sprężynowego działał najlepiej, gdy brzuchy były cięte w zmniejszonej objętości roztworu Grace (~30 μL) w celu zmniejszenia ruchu tkanek. Dobrze wyśrodkowane cięcie wzdłuż grzbietowej linii środkowej było konieczne, aby zapewnić wystarczającą powierzchnię na klapach grzbietowych brzucha, aby otworzyć się na płycie preparacyjnej (Rysunek 1C). Brzuch musi być delikatnie przyciśnięty do czterech rogów bez użycia nadmiernej siły (Rysunek 1E). Zbyt mocne wciśnięcie szpilki zniekształci tkankę brzuszną, a nawet może wepchnąć tkankę do płytki preparcyjnej. Jeśli tak się stanie, tkankę należy wyrzucić. Po utrwaleniu tkanki brzusznej pozostawała ona na płytce preparacyjnej do momentu zakończenia barwienia immunofluorescencyjnego, a brzuchy zostały zamontowane na szklanym szkiełku nakrywkowym do obrazowania (Ryc. 1F).
Gojenie się ran wymaga ciągłego tworzenia się warstwy nabłonka, która jest zależna od endoreplikacji i fuzji komórek4,16. Białko połączenia przegrodowego FasIII, które oznacza połączenia komórka-komórka, dostarczyło wskaźnika określającego, czy podczas przygotowania wystąpiły jakiekolwiek zakłócenia przetwarzania (Rysunek 1G, 1H). Brzuchy z dużymi rysami (obszar niezabarwiony), które zakłócają obszar rany, muszą zostać odrzucone i nie były używane do dalszej analizy (Rysunek 1H).
Następnym krokiem było przeanalizowanie nienaruszonych próbek pod kątem ewentualnych wad WIP. Protokół ten zawiera odrębne testy do wykrywania różnych aspektów odpowiedzi WIP (Rysunek 2). Gojenie się rany było zakończone, gdy centralna, duża, wielojądrowa komórka pokryła strup rany (Ryc. 3A). W tym przypadku fuzję komórek wykryto poprzez barwienie pod kątem FasIII/Grh i ilościowe określenie liczby jąder nabłonka Grh+ zawartych w obszarze zarysowanym przez FasIII4. Wady w zamykaniu ran lub reepitelializacji wykryto, gdy zaobserwowano przerwy >10 μm w arkuszu nabłonka (Ryc. 3B, czerwona strzałka). Tak było na przykład w przypadku, gdy WIP został zahamowany przez aktywację cyklu mitotycznego poprzez ekspresję stg, fzrRNAi, jak niedawno doniesiono16. W tej chorobie genetycznej 52% ran nie było w stanie utworzyć ciągłej warstwy nabłonka na strupie rany (Ryc. 3B, 3C).
Inną metodą pomiaru gojenia ran w tym modelu była wizualizacja błony nabłonkowej za pomocą epi-Gal4 ekspresji UAS-mCD8-ChRFP4 (Rysunek 2, Rysunek 3D). W grupie kontrolnej 91% ran nabłonkowych zamknęło się całkowicie o 3 dpi, ale hamowanie WIP poprzez blokowanie endoreplikacji (E2f1RNAi) i fuzji komórek (RacDN) jednocześnie, jak wcześniej informowano, spowodowało, że 92% ran nabłonkowych pozostało całkowicie otwartych (Rysunek 3D, 3E)8,16. Aktywacja mitotycznego cyklu komórkowego przez ekspresję stg, fzrRNAi spowodowała również defekt zamykania ran nabłonkowych. Jednak poprzez wizualizację błony komórkowej nabłonka można określić zakres defektu reepitelializacji. Rany muchy z mutacją WIP (E2f1RNAi, RacDN) były bardziej otwarte niż rany ranyRNAi stg, fzr (Rysunek 3D, przerywany czerwony kontur)16. Ten test gojenia się ran błonowych dostarczył więcej informacji na temat zakresu defektu gojenia się rany. W rezultacie, defekty reepitelializacji można pogrupować jako całkowicie otwarte, częściowo zamknięte (tj. przerwy >10 μm) lub całkowicie zamknięte (Rysunek 3D, 3E).
Oprócz fuzji komórek, komórki nabłonkowe powiększają się poprzez endoreplikację, niepełny cykl komórkowy, który podwaja zawartość jądrowego DNA. Endoreplikację oznaczono zarówno za pomocą aktywności cyklu komórkowego, jak i bezpośrednich pomiarów ploidalności jądrowego DNA ( Rysunek 2 i Figura 4). W tym przypadku aktywność cyklu komórkowego wykryto poprzez włączenie analogu tymidyny, EdU (Rysunek 4A, 4B). Stwierdzono, że komórki nabłonkowe D. melanogaster wchodzą w endocykl, niekompletny cykl komórkowy, który oscyluje między fazami S i G bez interweniującej fazy M4,12. Dieta dorosłego D. melanogaster była uzupełniana pokarmem EdU+ przed urazem, a muchy były utrzymywane na diecie EdU+ do czasu rozbioru w temperaturze 2 dpi (Ryc. 4A). EdU został następnie wykryty za pomocą protokołu Click-iT producenta. Ten test EdU został wykorzystany do określenia, gdzie, kiedy i ile jąder zostało pobudzonych do wejścia w fazę S w odpowiedzi na ranę. Korzystając z systemu Gal4 / UAS, odkryto niedawno, że specyficzna dla nabłonka ekspresja myc może blokować (mycRNAi) lub nasilać (nadekspresja Myc) kompetencji komórek nabłonkowych do wejścia w fazę S. W rezultacie wykazano, że Myc jest wystarczający do indukowania endoreplikacji w komórkach postmitotycznych, nawet bez uszkodzenia16,22.
Następnie, ploidalność nabłonka została określona poprzez bezpośredni pomiar zawartości jądrowego DNA. Jądra nabłonkowe zidentyfikowano za pomocą barwienia immunofluorescencyjnego dla markera specyficznego dla nabłonka, Grh (Figura 4D). W oprogramowaniu do obrazowania na Fidżi jądra nabłonkowe zostały systemowo zidentyfikowane, a następnie progowane za pomocą barwienia jądrowego Grh. Jądra zostały następnie rozdzielone, a ROI nałożone na obraz DAPI sumy stosów (Rysunek 4D, zielona strzałka). Wszelkie nakładające się jądra zostały ręcznie usunięte przed zmierzeniem zintegrowanej gęstości wybranych jąder (Rysunek 4D, czerwone strzałki). Ta półautomatyczna metoda pozwala na ilościowe określenie rozmieszczenia i ploidalności większości jąder w nieuszkodzonym i naprawionym nabłonku brzusznym muchy8. Jak niedawno informowaliśmy, jądra nabłonkowe otaczające ranę składały się w 44% z jąder poliploidalnych o zawartości DNA większej niż 3C w temperaturze 3 dpi (Ryc. 4E, 4F)16. Zgodnie z oczekiwaniami na podstawie wyników EdU, knockdown myc doprowadził do znacznego bloku w endoreplikacji, ponieważ tylko 9% jąder nabłonkowych było poliploidalnych, podczas gdy nadekspresja Myc spowodowała 100% poliploidalne jądra nabłonkowe wokół miejsca rany (Rysunek 4F)16. Na wielkość jądra nabłonka miała również widoczny wpływ ekspresja myc ze zmniejszonymi lub powiększonymi jądrami. Jednak obszar jądra nie jest dokładną miarą ploidalności i efektów fizjologicznych, ponieważ czynniki takie jak rozciąganie komórek mogą również wpływać na rozmiar jądra bez wpływu na zawartość jądrowego DNA20.

Rycina 1: Zranienie brzucha dorosłej muszki owocowej, sekcja i montaż tkanek. (A) Schemat testu na zranienia jamy brzusznej osoby dorosłej. Muchy powinny być zranione po obu stronach brzucha w tergicie 4 (T4). (B) Dorosła samica muszki owocowej 3 dpi ze strupem melaniny powstałym w wyniku gojenia się ran (biała skrzynka). Pasek skali = 50 μm. (C) Wypreparowany odwłok dorosłego osobnika, widok grzbietowy, z oznaczonymi tergitami. Odwłoki były filetowane wzdłuż linii środkowej strony grzbietowej (biała przerywana linia). Pasek skali = 50 μm. (D) Wypreparowane i wyfiletowane dorosłe odwłoki przed przypinaniem. Podziałka = 50 μm. (E) Przypięty brzuch dorosłego człowieka do płytki preparcyjnej. W każdym z czterech rogów brzucha po stronie grzbietowej umieszczono szpilkę. Tkanka została delikatnie otwarta, ale nie rozciągnięta, aby uniknąć rozerwania. (F) Dorosłe odwłoki zostały zamontowane i umieszczone na szklanym szkiełku nakrywkowym z wnętrzem brzucha skierowanym w dół w kierunku szkiełka nakrywkowego i naskórkiem skierowanym w stronę szkiełka podstawowego. (G) Zabarwienie FasIII nienaruszonego obszaru rany bez zaburzeń przetwarzania i centralnym syncytium (przerywana żółta linia). Pasek skali = 50 μm. (H) Obraz zarysowanego obszaru rany (*) z niebarwionym obszarem FasIII, który zakłóca syncytium. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Proces roboczy analizy PWT. Schemat blokowy przedstawia trzy testy opisane w tym badaniu oraz nakładające się i odrębne kroki w celu wykrycia i zmierzenia odpowiedzi PWT. Test EdU mierzy aktywność cyklu komórkowego (niebieskie pola), ploidalność i reepitelializację są wykrywane przez barwienie immunologiczne Grh/FasIII (zielone pola), a ekspresja błonowego RFP umożliwia pomiar stopnia zamknięcia rany nabłonkowej (różowe pola). Typowe kroki znajdują się w szarych polach, a genotypy szczepu D. melanogaster są wymienione powyżej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ryc. 3: Metody wykrywania reepitelializacji podczas WIP. Reepitelializacja była zaburzona, gdy WIP był genetycznie hamowany. Obrazy immunofluorescencyjne kontroli (A) i stg, fzrRNAi (B) przy 3 dpi. Jądra nabłonkowe i połączenia przegrodowe zabarwiono odpowiednio Grh (zielony) i FasIII (magenta). (A' i B') Samo barwienie FasIII wykazało, że reepitelializacja była upośledzona (czerwona strzałka) w nabłonku stg, fzrRNAi. Podziałka = 50 μm. (C) Kwantyfikacja wad reepitelializacji (%) przy 3 dpi (szary): kontrola (n = 8), stg, fzrRNAi (n = 6). Słupki błędów wskazują błąd standardowy; istotność statystyczną mierzono za pomocą testu T Studenta, **P < 0,01. Reepitelializację podczas gojenia się ran można również wykryć poprzez ekspresję RFP połączonego z błoną za pomocą epi-Gal4, UAS-mCD8-RFP. (D) Immunofluorescencyjne obrazy kontrolne, E2F1RNAi, RacDN i stg, fzrRNAi przy 3 dpi. Podziałka = 20 μm. Strup rany (żółty kontur) i otwarty obszar rany nabłonkowej (czerwony kontur). (E) Kwantyfikacja zamknięcia rany w ctrl (n = 11), E2F1RNAi, RacDN (n = 13) i stg, fzrRNAi (n = 13). Na podstawie Grendler et al.16. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Metody wykrywania endoreplikacji podczas pracy w toku. (A) Oś czasu testu EdU: dorosłe Drosophila były karmione 75 μl 5 mM drożdży-EdU codziennie 2 dni przed urazem i kontynuowały do 2 dpi. (B) Obrazy immunofluorescencyjne znakowania EdU w szczepach much wyrażonych za pomocą systemu epi-Gal4 / UAS w temperaturze 2 dpi. Strup rany (W). Podziałka = 50 μm. (C) Średnia liczba jąder nabłonkowych EdU+ na muchę przy 2 dpi: ctrl (n = 37), mycRNAi#1 (n = 10) i Myc (n = 8). Słupki błędów wskazują błąd standardowy; istotność statystyczną mierzono za pomocą testu T-Studenta, *P < 0,05, **P < 0,01. (D) Schemat wykrywania i pomiaru ploidalności jądrowej nabłonka. Jądra nabłonkowe zostały zidentyfikowane i progowane przez barwienie anty-Grh na Fidżi. Nakładające się na siebie jądra nabłonkowe były oddzielane (zielone groty strzałek) lub usuwane (czerwone groty strzałek), jeśli nałożyły się na nie jądra nienabłonkowe. Zmierzono zintegrowaną gęstość i obszar jądrowy odpowiadającego obrazowi jąder barwionych DAPI. (E) Rozmiar jądra nabłonka (Grh) został zmieniony przez ekspresję myc w 3 dpi. (F) Nabłonkowa ploidalność jądrowa (%) przy 3 dpi: ctrl (n = 4), mycRNAi#1 (n = 6) i Myc (n = 3). Na podstawie Grendler et al.16. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.