Celem tego protokołu jest wstrzyknięcie globularnej aktyny sprzężonej z rodaminą do zarodków Drosophila i zobrazowanie wewnątrzjądrowego montażu pręcików aktyny po stresie cieplnym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Celem tego protokołu jest wstrzyknięcie globularnej aktyny sprzężonej z rodaminą do zarodków Drosophila i zobrazowanie wewnątrzjądrowego montażu pręcików aktyny po stresie cieplnym.
Celem tego protokołu jest wizualizacja wewnątrzjądrowych pręcików aktynowych, które gromadzą się w żywych zarodkach Drosophila melanogaster po stresie cieplnym. Pręciki aktynowe są cechą charakterystyczną konserwatywnej, indukowalnej odpowiedzi na stres aktynowy (ASR), która towarzyszy ludzkim patologiom, w tym chorobom neurodegeneracyjnym. Wcześniej wykazaliśmy, że ASR przyczynia się do niepowodzeń morfogenezy i zmniejszonej żywotności rozwijających się zarodków. Protokół ten pozwala na kontynuowanie badań nad mechanizmami leżącymi u podstaw składania pręcików aktynowych i ASR w systemie modelowym, który jest wysoce podatny na obrazowanie, genetykę i biochemię. Zarodki są pobierane i umieszczane na szkiełku nakrywkowym w celu przygotowania ich do wstrzyknięcia. Aktyna globularna sprzężona z rodaminą (G-aktynaczerwona) jest rozcieńczana i ładowana do mikroigły. Pojedyncze wstrzyknięcie wykonuje się w środek każdego zarodka. Po wstrzyknięciu zarodki są inkubowane w podwyższonej temperaturze, a następnie wewnątrzjądrowe pręciki aktynowe są wizualizowane za pomocą mikroskopii konfokalnej. Odzyskiwanie fluorescencji po eksperymentach z fotowybielaniem (FRAP) można przeprowadzić na pręcikach aktynowych; i inne struktury bogate w aktynę w cytoplazmie mogą być również obrazowane. Okazuje się, że G-aktynaczerwona polimeryzuje jak endogenna G-aktyna i sama w sobie nie zakłóca normalnego rozwoju zarodka. Jednym z ograniczeń tego protokołu jest to, że należy zachować ostrożność podczas wstrzykiwania, aby uniknąć poważnego uszkodzenia zarodka. Jednak przy odrobinie wprawy wstrzykiwanieczerwieni G-aktyny do zarodków Drosophila jest szybkim i niezawodnym sposobem wizualizacji pałeczek aktynowych i może być łatwo stosowane u much o dowolnym genotypie lub przy wprowadzaniu innych stresów komórkowych, w tym niedotlenienia i stresu oksydacyjnego.
Ten protokół opisuje, jak wstrzyknąćczerwień G-aktyny, aby zobrazować montaż wewnątrzjądrowych pręcików aktyny w zarodkach narażonych na stres cieplny, które przechodzą indukowalną reakcję na stres aktynowy (ASR)1. Opracowaliśmy ten protokół, aby wspomóc badania nad ASR, który w zarodkach prowadzi do zaburzenia morfogenezy i zmniejszonej żywotności, a w typach komórek dorosłych ludzi jest związany z patologiami, w tym niewydolnością nerek2, miopatiami mięśni3, oraz chorobą Alzheimera i Huntingtona4,5,6,7,8. Ten ASR jest wywoływany przez liczne stresy komórkowe, w tym szok cieplny9,10,11, stres oksydacyjny4,6, zmniejszona synteza ATP12, oraz nieprawidłowa huntingtyna lub oligomeryzacja β-amyloidu4,5,6,7,9,13,14,15,16. Cechą charakterystyczną ASR jest gromadzenie się nieprawidłowych pręcików aktyny w cytoplazmie lub jądrze dotkniętych komórek, które jest napędzane przez wywołaną stresem hiperaktywację białka oddziałującego z aktyną, Cofilin1,5,6,10. Niestety, nadal istnieją kluczowe luki w wiedzy na temat ASR. Na przykład funkcja pałeczek aktynowych nie jest znana. Nie rozumiemy, dlaczego pręciki tworzą się w cytoplazmie niektórych typów komórek, ale w jądrze innych. Nie jest też jasne, czy ASR działa ochronnie, czy nieprzystosowawczo na komórki lub zarodki poddawane stresowi. Wreszcie, nadal nie znamy szczegółowych mechanizmów leżących u podstaw hiperaktywacji kofiliny lub składania pręcików aktyny. W ten sposób protokół ten zapewnia szybki i wszechstronny test do badania ASR poprzez wizualizację tworzenia i dynamiki pręcików aktynowych w wysoce elastycznym systemie eksperymentalnym żywego zarodka muszki owocowej.
Protokół mikrowstrzykiwaniaczerwieni G-aktyny do żywych zarodków Drosophila został początkowo opracowany w celu zbadania dynamiki normalnych cytoplazmatycznych struktur aktynowych17 podczas wydarzeń związanych z budową tkanki. W tych badaniach stwierdziliśmy, że wstrzyknięcieczerwieni G-aktyny nie wpłynęło negatywnie na wczesne procesy rozwojowe zarodka, w tym cytokinezę lub gastrulację17,18. Następnie zmodyfikowaliśmy protokół, dostosowując obchodzenie się z zarodkiem i wstrzyknięcieczerwieni G-aktyny, aby umożliwić obrazowanie pałeczek aktynowych w zarodkach poddanych stresowi cieplnemu poddawanych ASR1. Inne metody oprócz wstrzyknięciaczerwieni G-aktyny mogą być stosowane do wizualizacji aktyny w zarodkach. Metody te opierają się na ekspresji białek fluorescencyjnych (FP) oznaczonych aktyną lub domenami białek wiążących aktynę, takich jak Utropin-mCherry, Lifeact, F-tractin-GFP i Moesin-GFP (recenzja w19). Jednak korzystanie z tych sond FP wymaga ostrożności, ponieważ mogą one stabilizować lub zakłócać niektóre struktury aktyny, nie oznaczaj jednakowo wszystkich struktur aktyny20, a w przypadku aktyny-GFP są silnie nadeksprymowane – problematyczne dla analizy montażu prętów, który jest nie tylko zależny od naprężenia, ale także od stężenia aktyny1. Tak więcczerwień G-aktyna jest preferowaną sondą do badań pręcików na zarodkach much, a duży rozmiar zarodka pozwala na jej łatwe wstrzyknięcie.
Przebieg pracy tego protokołu jest podobny do innych dobrze znanych technik mikroiniekcji, które były używane do wstrzykiwania białek, kwasów nukleinowych, leków i wskaźników fluorescencyjnych do zarodków Drosophila21,22,23,24,25,26,27. Jednak po mikroiniekcjiG-actin Red zarodki są poddawane łagodnemu stresowi cieplnemu w celu wywołania ASR i wewnątrzjądrowego zespołu pręcików aktyny. W przypadku laboratoriów z dostępem do much i urządzenia do iniekcji, metoda ta powinna być łatwa do wdrożenia i dostosowana do określonych kierunków badań w odniesieniu do ASR, w tym jego indukcji przez różne stresy lub modulację w różnych tłach genetycznych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotuj kubki do pobierania zarodków i talerze z agarem na sok jabłkowy
2. Przygotuj działający roztwórpodstawowy G-actin Red do mikroiniekcji
UWAGA: Ten preparat wytwarza tylko 2 μL 5 mg/mlzapasu roboczego G-actin Red, więc jeśli użytkownicy nie są przyzwyczajeni do techniki mikroiniekcji, korzystne jest przejście do kroku 3 i ćwiczenie mikroiniekcji z buforem o neutralnym pH, aby zachować cenny zapas roboczy. Zapas 10 μgG-actin Red od sprzedawcy można przechowywać w oryginalnym opakowaniu w zakręcanym słoiku o pojemności 16 uncji z ~500 g środka osuszającego w temperaturze 4 °C przez okres do 6 miesięcy.
3. Zbieraj zarodki i montuj do iniekcji
4. Wstrzykiwanie i podgrzewanie zarodków stresujących w celu pobudzenia pręcików aktynowych
UWAGA: Wszystkie zastrzyki są wykonywane w pomieszczeniu o kontrolowanej temperaturze 18 °C.
5. Obraz pręcików aktynowych w zarodkach narażonych na stres cieplny za pomocą mikroskopii konfokalnej
6. Alternatywne eksperymenty obrazowania
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Schematyczny przebieg procesu manipulacji zarodkami przedstawiono na Rycina 1, a harmonogram typowego eksperymentu przedstawiono w Tabela 1Przyjmuje się, że dobrym wynikiem eksperymentalnym jest sytuacja, w której dla każdych 10 wstrzykniętych embrionów co najmniej połowa obserwowanych embrionów znajduje się we właściwym stadium rozwoju, nie jest uszkodzona i wykazuje silną reakcję szoku cieplnego (ASR) przy temperaturze 32 °CTę odpowiedź na stres stresowy (ASR) potwierdzi p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Znaczenie tej metody polega na tym, że wykorzystuje ona dobrze znany protokół mikroiniekcji w zarodkach Drosophila 21,22,23,24,25,26,27, aby umożliwić nowe badania dotyczące ASR i towarzyszącego mu zespołu pręcików aktynowych. Główną zaletą wstrzykiwaniaczerwieni G-aktyny...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Autorzy dziękują za pracę Liuliu Zheng i Zenghui Xue, którzy pomogli zapoczątkować tę technikę w laboratorium Sokac, a także Hasana Seede, który pomógł w analizie. Prace w ramach tego badania są finansowane z grantu NIH (R01 GM115111).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Adenozynotrifosforan (ATP) | Millipore-Sigma | A23835G | Składnik buforu G |
| Sok jabłkowy, Mott's, 64 fl oz | Mott's | 014800000344 | Składnik talerzy z sokiem jabłkowym |
| Bacto Agar | BD | 214010 | Składnik talerzy z sokiem jabłkowym |
| Wybielacz, PureBright Bakteriobójczy, 6,0% podchloryn sodu | KIK International | 059647210020 | Do dekorionacji zarodków |
| Chlorek wapnia | Millipore-Sigma | C1016500G | Składnik buforu G |
| Sitko do komórek, 70 μ m | Falcon | 352350 | Do pobierania zarodków z odziarniową naczyniówką |
| Mikroskop konfokalny, LSM 880 34-kanałowy z Airyscan | Zeiss | 0000001994956 | Do obrazowania wewnątrzjądrowych prętów aktynowych |
| Środek osuszający | Drierite | 24001 | Do suszenia zarodków |
| Mikroskop preparacyjny, Stemi 508 Stereoskop z zoomem 8:1 | Zeiss | 4350649000000 | Do układania zarodków na klinie agarowym |
| Igła preparacyjna, 5 cali | Fisher Scientific | 08965A | Do układania zarodków na klinie agarowym |
| Ditiothreitol (DTT) | Fisher Scientific | BP1725 | Składnik bufora G |
| Taśma dwustronna, Scotch Permanent, 0,5 cala x 250 cala | 3M | 021200010323 | Do produkcji kleju do zarodków |
| Klatka do pobierania zarodków | Genessee Scientific | 59100 | Do trzymania dorosłych much i pobierania zarodków |
| Pęseta z cienką końcówką, Pęseta Dumont, Styl 5 | Mikroskopia elektronowa Nauki | 72701D | Do układania zarodków na klinie agaru |
| Kapilary szklane, szkło borokrzemianowe, cienkie 1 mm x 0,75 mm | World Precision Instruments, Inc. | TW1004 | Do mikroigieł |
| Olej halowęglowy 27 | Millipore-Sigma | H8773100ML | Do nawodnienia zarodków |
| Inkubator z podgrzewanym stopniem | Zeiss | 4118579020000, 4118609020000, 4118609010000 | Do obrazowania konfokalnego |
| Wycieraczki laboratoryjne, KimWipes | Kimberly-Clark | 34155 | Wycieraczki laboratoryjne |
| Mikroskop świetlny, Invertoskop 40C Kontrast odwróconej fazy mikroskop, odnowiony | Zeiss | Wycofany z produkcji | Mikroskop iniekcyjny |
| Metylo-4-hydroksybenzoesan | Millipore-Sigma | H36471KG | Składnik talerzy z sokiem jabłkowym |
| Mikrowtryskiwacz, FemtoJet4x | Eppendorf | 5253000025 | Mikrowtryskiwacz |
| Końcówki do mikroładowania, epT.I.P.S. 20 μ L | Eppendorf | 5242956003 | Do ładowania mikroigieł |
| Mikromanipulator i stolik iniekcyjny z pokrętłami x,y,z do regulacji igły | Bernard Instruments, Inc (Houston, TX) | Niestandardowe | Do wykonywania mikroiniekcji |
| Ściągacz do mikropipet, model P-97, płonący/brązowy | Sutter Instruments | P97 | Do wyciągania rurek kapilarnych do wytwarzania mikroigieł |
| Szklana osłona mikroskopu 24x50-1,5 | Fisher Scientific | 12544E | Do montażu zarodków |
| Szkiełka mikroskopowe, Lilac Colorfrost, Wstępnie oczyszczone, 25 x 75 x 1mm | Fisher Scientific | 22037081 | Do mocowania zarodków do wstrzykiwań |
| n-heptan | Fisher Scientific | H3601 | Składnik kleju do zarodków |
| Obiektyw, 10x | Zeiss | wycofany | 10x obiektyw do mikroskopu |
| iniekcyjnegoObiektyw, C-Apochromat 40x/1,2 W Korr. FCS | Zeiss 4217679971711 | 40-krotny obiektyw wodny do obiektywu konfokalnego | |
| , LD LCI Plan-Apochromat 25x/0,8 Imm Cor DIC M27 do zanurzania w oleju, wodzie, oleju silikonowym lub glicerynie (D=0,17mm) (WD=0,57mm przy D=0,17mm) | Zeiss | 4208529871000 | 25-krotny obiektyw zanurzeniowy do obiektywu konfokalnego |
| , Plan-Apocrhomat 63x/1,40 Oil DIC f/ELYRA | Zeiss | 4207829900799 | 63x do konfokalnego |
| Pędzel, Robert Simmons Expression E85 spiczasty okrągły rozmiar 2 | Daler-Rowney | 038372016954 | Do transferu zarodków |
| Ręczniki papierowe, ręczniki papierowe Kleenex C-fold, białe | Kimberly-Clark | 884266344845 | Do sitka do komórek klombowych |
| Pipeta Pasteura, 5 3/4 cala | Fisher Scientific | 1367820A | Do pokrywania zarodków olejem |
| szalka Petriego, szkło, 100 x 20 mm | Corning | 3160102 | Do wilgotnej komory inkubacyjnej |
| Szalka Petriego, tworzywo sztuczne, 60 x 15 mm | VWR | 25384092 | Do talerzy z sokiem jabłkowym |
| Pipeta, Eppendorf Reference 0,5-10 μ L | Eppendorf | 2231000604 | Do ładowania końcówki do pipet mikroigłowych |
| , xTIP4 250 μ L | Biotix | 63300006 | Do dodawania kleju z zarodków do szkiełka nakrywkowego |
| Żyletka | VWR | 55411050 | Do cięcia klina agarowego, taśmy, końcówek pipet |
| Aktyna globularna sprzężona z rodaminą, ludzka płytka krwi (bez mięśni; 4x10 μ g) | Cytoszkielet, Inc. | APHR-A | G-aktyna^Czerwona |
| fiolka scyntylacyjna, 20 ml Szklany borokrzemian z wkładką polietylenową i nakrętkami mocznikowymi | Fisher Scientific | 033377 | Do wytwarzania kleju do zarodków |
| Zakręcany słoik, 16 uncji | Nalgene | 000194414195 | Do suszenia zarodków |
| Mikrometr etapowy | Mikroskopia elektronowa Sciences | 602104PG | Do kalibracji objętości wstrzyknięcia G-aktyny |
| Sacharoza | Millipore-Sigma | 840971KG | Składnik talerzy z sokiem jabłkowym |
| Baza Trizma | Millipore-Sigma | T15031KG | Składnik drożdży buforowych G |
| , drożdży Lesaffre Yeast Corporation, Red Star Active Dry, 32 oz | Lesaffre Yeast Corporation | 117929157002 | Składnik pasty drożdżowej |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.