Opisujemy protokół pomiaru kontaktów między komórkami w sąsiednich warstwach nabłonka w żywych dyskach imaginalnych skrzydeł Drosophila przy użyciu podejścia opartego na rekonstytucji GFP.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy protokół pomiaru kontaktów między komórkami w sąsiednich warstwach nabłonka w żywych dyskach imaginalnych skrzydeł Drosophila przy użyciu podejścia opartego na rekonstytucji GFP.
Wzrost i wzorzec tkanki embrionalnej są w dużej mierze kontrolowane przez sygnały wymieniane lokalnie między populacjami komórek w samych tkankach. Cytonemy to rodzaj filopodiów sygnałowych zidentyfikowanych po raz pierwszy u Drosophila, które łączą się i pośredniczą w wymianie między komórkami wytwarzającymi i odbierającymi sygnał. W rozwijającym się krążku imaginalnym skrzydła Drosophila cytonemy biorą udział w wymianie sygnałów między różnymi populacjami komórek w nabłonku dysku właściwego (DP), który utworzy dorosłe skrzydło, a także między komórkami DP a komórkami w sąsiednich tkankach związanych z dyskiem. Cytonemy łączą synapsy z komórkami docelowymi, tworząc intymne kontakty błonowe.
W tym miejscu przedstawiamy protokół ilościowego określania kontaktu za pośrednictwem cytonemu między komórkami DP a komórkami sąsiedniego nabłonka błony okołopodalnej (PerM), który jest oddzielony od komórek DP światłem dysku, przy użyciu podejścia do rekonstytucji GFP w żywych dyskach skrzydeł. Korzystając z systemów GAL4-UAS i LexA-LexAop, komplementarne fragmenty rozszczepionego GFP (spGFP1-10, spGFP11), z których każdy jest połączony z domeną transbłonową CD4, ulegają ekspresji po obu stronach światła dysku. Obrazowanie odtworzonej fluorescencji GFP w preparatach żywych skrzydeł za pomocą mikroskopii konfokalnej jest następnie wykorzystywane do generowania stosów obrazów, z których można zlokalizować i określić ilościowo odtworzoną fluorescencję GFP. Za pomocą tego systemu możliwa jest jednoczesna ekspresja transgenów kodujących białka lub interferencje RNA w komórkach wytwarzających cytonemy lub docelowych, aby ocenić ich wpływ na kontakty komórkowe DP-PerM. System ten, łatwo adaptujący się do innych tkanek, umożliwia w ten sposób identyfikację czynników ważnych dla tworzenia lub funkcjonowania cytonemu.
Rozwój tkanek embrionalnych jest kontrolowany przez komórki znajdujące się w "centrach organizacyjnych", które sygnalizują odległym komórkom w tkance, kontrolując ich decyzje o proliferacji (tj. wzroście i podziale) lub przyjmowaniu określonychlosów1. W tej nieautonomicznej sygnalizacji komórkowej pośredniczą ligandy wytwarzane przez organizujące się komórki centralne, które tworzą gradienty stężeń w tkankach i wywołują reakcje zależne od stężenia. W wielu przypadkach ligandy te są dostarczane lub odbierane przez długie filopodia sygnalizacyjne oparte na aktynie, zwane cytonemami, które łączą komórki wysyłające i odbierające sygnały w tkankach 2,3. Po raz pierwszy odkryte w dysku imaginalnym skrzydła Drosophila4, cytonemy zostały również zidentyfikowane u ssaków i innych kręgowców 5,6,7,8,9. Lepsze zrozumienie roli cytonemów w sygnalizacji nieautonomicznej komórki, na wczesnym etapie, ma kluczowe znaczenie dla rozszyfrowania, w jaki sposób komórki komunikują się, aby zorganizować się w tkanki i jak te linie komunikacyjne są modyfikowane w różnych stanach patologicznych, w tym w wadach rozwojowych i raku.
Cytonemy mogą rozciągać się od komórek źródłowych, aby dostarczyć ligandy do komórek docelowych lub od komórek docelowych, aby otrzymać ligandy w pobliżu ich źródeł 2,3. Cytonemy nawiązują bliskie kontakty ze swoimi celami, gdzie, jak się uważa, tworzą struktury podobne do synaps, w których może zachodzić transfer ligandów 3,10,11. Ten kontakt może wystąpić między końcówkami cytonemów źródłowych i docelowych lub między cytonemami a ciałami komórkowymi3. Chociaż nie zostało to dokładnie scharakteryzowane, adhezja komórek poprzez cząsteczki adhezyjne lub poprzez interakcje receptor-ligand jest w niektórych przypadkach potrzebna do prawidłowej aktywacji dalszych zdarzeń sygnalizacyjnych 12,13,14, co czyni ją ważnym aspektem biologii cytonemu.
W kilku badaniach zastosowano technikę "rekonstytucji GFP u partnerów synaptycznych" (GRASP) do analizy kontaktów z cytonemami. Metoda ta została opracowana w celu identyfikacji i mapowania partnerów synaptycznych w złożonych układach nerwowych15. Opiera się na ekspresji dwóch komplementarnych fragmentów rozszczepionego GFP (spGFP1-10 i spGFP11), z których każdy jest połączony z regionem zewnątrzkomórkowym domeny transbłonowej (np. CD4), w różnych populacjach komórek. Jeśli błony plazmatyczne komórek w tych dwóch populacjach wejdą w bezpośredni kontakt, spowoduje to zbliżenie się komplementarnych domen spGFP, co prowadzi do odtworzenia fluorescencji GFP. Podejście to zastosowano u Drosophila w celu zidentyfikowania istnienia kontaktów cytonemu między komórkami w krążku skrzydła oraz między dyskiem skrzydła a innymi ściśle przylegającymi tkankami 12,16,17,18,19,20,21.
W pracy opisano zastosowanie GRASP do charakterystyki kontaktów między dwiema morfologicznie odrębnymi warstwami nabłonkowymi dysku imaginalnego skrzydła Drosophila, dyskiem właściwym (DP) i błoną okołopodniową (PerM). Te warstwy nabłonkowe tworzą worek otaczający centralne światło, z pseudowarstwowymi kolumnowymi komórkami DP znajdującymi się po jednej stronie i płaskonabłonkowymi komórkami PerM po drugiej, obie z błonami wierzchołkowymi skierowanymi do wewnątrz w kierunku światła (ryc. 1A). Istnieją pewne dowody na sygnalizację przezlumenalną między dwiema warstwami 22,23,24,25, a ostatnio udokumentowaliśmy sygnalizację z DP w celu kontrolowania proliferacji komórek PerM, w której pośredniczą cytonemy wierzchołkowe w DP21. Protokół ten polega na wykorzystaniu systemów ekspresji transgenów GAL4 / UAS i LexA / LexAop do ekspresji komplementarnych fragmentów spGFP połączonych z CD4 na błonach komórek DP i PerM. Wykorzystuje odtworzoną fluorescencję GFP do odczytu kontaktu błonowego między dwiema populacjami komórek.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Sterownik nubbin-GAL4 służy do ekspresji CD4-spGFP1-10 w szczególności w obszarze kieszeni skrzydłowej DP (rysunek 1A). Sterownik PerM-LexA21 służy do ekspresji CD4-spGFP11 w specyficznym dla PerM (rysunek 1A). Te dwa systemy ekspresji są od siebie niezależne, umożliwiając jednoczesną i specyficzną ekspresję różnych transgenów w DP i PerM (ryc. 1B, C).
Podstawowy schemat genetyczny polega na krzyżowaniu much w celu wytworzenia larw o genotypie nub-GAL4/UAS-CD4-spGFP1-10; PerM-LexA/LexAop-CD4-spGFP11. Jako kontrolę negatywną pomijamy transgen LexAop-CD4-spGFP11 . Inne transgeny (np. kodujące białka, dwuniciowy RNA) mogą być dowolnie wyrażane w warstwie DP (pod kontrolą sekwencji UAS ) lub w PerM (pod kontrolą operatora LexA).
Jest to protokół obrazowania na żywo, którego nie można przerwać. Przygotowanie materiału szacuje się na ~10 min. Sekcje nie powinny być wykonywane jednorazowo dłużej niż 20 minut przed obrazowaniem. Obrazowanie trwa ~30 min i nie powinno trwać dłużej niż ~1 h. W przypadku wielu warunków lub dużej liczby próbek, procedura musi być przeprowadzana w wielu rundach, aby zapewnić najlepsze wyniki.
1. Przygotowanie materiału
2. Rozwarstwienie tarczy skrzydła i przygotowanie ślizgu
3. Obrazowanie
4. Analiza obrazu
× 100Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby przetestować przydatność procedury GRASP do pomiaru kontaktów między komórkami DP i PerM, zbadaliśmy krążki skrzydeł o czterech różnych genotypach: krążki kontroli negatywnej typu dzikiego (genotyp: w1118), które będą wyświetlać tylko poziomy autofluorescencji tła w kanale GFP; krążki wykazujące ekspresję CD4-spGFP1-10 w warstwie DP, ale pozbawione transgenu CD4-spGFP11, które będą pokazywać poziom fluorescencji wytwarzanej przez sam GFP1-10 (który spodziewaliśmy się, że będzie nieistotny, poniewa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Cytonemy odgrywają ważną rolę w dystrybucji ligandów, kontrolując wzrost i organizację rozwijających się tkanek. Wymiana sygnału odbywa się tam, gdzie końcówki cytonemu nawiązują intymny kontakt błonowy ze swoimi celami. W tym protokole opisujemy prostą metodę analizy kontaktów za pośrednictwem cytonemu między warstwami nabłonka w tarczy skrzydła przy użyciu techniki GRASP.
Przedstawiona tutaj technika wymaga co najmniej czterech komponentów - sterownika GAL4, sterownika LexA i dwóch transgenó...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do zadeklarowania żadnych sprzecznych interesów.
Praca ta została wsparta grantem CIHR (PJT-162109) dla D.H. M.J. otrzymał stypendium doktoranckie od Fundacji Institut de Recherches Cliniques de Montréal oraz od Programu Biologii Molekularnej Uniwersytetu w Montrealu. Autorzy bardzo cenią sobie pomoc, jaką przyniosła im platforma IRCM Microscopy and Imaging (Mikroskopia i Obrazowanie).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop sekcyjny Discovery V12 | Zeiss | mikroskop preparacyjny | |
| Kleszcze Dumont #55, Wskazówki biologiczne | Narzędzia naukowe | 11255-20 | kleszcze preparacyjne |
| EP-Slik (slik20358) | BDSC (Biblioteka BDSC) | Panneton i wsp. 2015 | szczep muchy do odciągania Slik |
| FIDŻI | Schindelin J. i in. (2012) | Oprogramowanie do analizy obrazu | |
| Hoechst 33342 | ThermoFisher Naukowy | H3570 | Obrazowanie na żywo barwienia jądrowego |
| LexAop-CD4-spGFP11 | BDSC (Biblioteka BDSC) | 93018 | Szczep muchy |
| Mikroskop konfokalny LSM 700 | Zeiss | mikroskop konfokalny | |
| nub-GAL4 | Centrum Hodowli Drosophila w Bloomington (BDSC) | 86108 | Szczep muchy |
| PerM-LexA | Rambaud, Joseph i wsp., 2025 | Szczep muchy | |
| PYREX 9-wgłębieniowa szklana płyta punktowaSprzedaj | Nauki przyrodnicze Corning | 7220-85 | do zbierania i mycia larw |
| Schneider's Drosophila Medium | ThermoFisher Naukowy | 21720024 | Nośnik do obrazowania na żywo |
| Dystanse obrazowe SecureSeal, 8-dołkowe, grubość 0,12 mm | Grace Bio-Labs | 654008 | Dystansowy |
| Zestaw elastomerów silikonowych SYLGARD 184 | Sylgard powiedział: | 3097358-1004 | do wykonywania płyt sekcyjnych |
| UAS-CD4-spGFP1-10 | BDSC (Biblioteka BDSC) | 93017 | Szczep muchy |
| Zen | Zeiss | Oprogramowanie do akwizycji |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.