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Research Article
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Os mecanismos de escalonamento celular e intracelular permanecem indescritíveis. O uso de extratos de embriões de Xenopus tem se tornado cada vez mais comum para elucidar mecanismos de regulação do tamanho das organelas. Este método descreve a preparação do extrato de embrião e um novo ensaio de escala nuclear através do qual os mecanismos de regulação do tamanho nuclear podem ser identificados.
Uma questão fundamental em biologia celular é como tamanhos de células e organelas são regulados. Tem sido desde há muito reconhecido que o tamanho do núcleo geralmente escalas com o tamanho da célula, nomeadamente durante a embriogénese, quando ocorrer uma redução dramática tanto na célula e tamanhos nucleares. Mecanismos de regulação tamanho nuclear são em grande parte desconhecido e pode ser relevante para o cancro onde o tamanho nuclear alterada é um parâmetro de diagnóstico e prognóstico chave. In vivo abordagens para identificar reguladores tamanho nuclear são complicados pela natureza essencial e complexo da função nuclear. A abordagem in vitro descrito aqui para estudar o controlo tamanho nuclear aproveita as reduções de tamanho normal nucleares que ocorrem durante o desenvolvimento de Xenopus laevis. Em primeiro lugar, os núcleos são montados em X. laevis extracto de ovo. Em seguida, esses núcleos são isoladas e novamente suspensas em citoplasma de embriões de fase tardia. Depois de um período de 30 - 90 min de incubação, a área de superfície nucleardiminui em 20 - 60%, proporcionando um ensaio útil para identificar componentes citoplasmáticos presentes em embriões de fase tardia que contribuem para o desenvolvimento de escalonamento tamanho nuclear. Uma das principais vantagens desta abordagem é a relativa facilidade com que os extractos de ovos, bem como de embriões pode ser manipulado bioquimicamente, permitindo a identificação de novas proteínas e actividades que regulam o tamanho nuclear. Tal como acontece com qualquer uma abordagem in vitro, a validação dos resultados de um sistema in vivo é importante, e micro-injecção de X. embriões laevis é particularmente apropriado para estes estudos.
Os tamanhos de organelos celulares tipicamente dimensionado de acordo com o tamanho da célula, e esta tem sido talvez mais bem documentadas para o dimensionamento do tamanho dos núcleos com tamanho de célula de 1-10. Isto é particularmente verdadeiro durante a embriogénese e diferenciação celular, quando reduções dramáticas em ambos celular e tamanho nuclear são frequentemente observados 11,12. Além disso, o tamanho nuclear alterado é um parâmetro chave no diagnóstico e prognóstico do cancro 13-17. Mecanismos que contribuem para a regulamentação tamanho nuclear são pouco conhecidos, em parte devido à complexidade e à natureza essencial da estrutura e função nuclear. O método aqui descrito foi desenvolvido como um ensaio in vitro para o tamanho nuclear de escala que é propício à manipulação bioquímica e a elucidação dos mecanismos de regulação tamanho nuclear.
Xenopus laevis extrato de ovo é um sistema bem estabelecido de recapitular e estudar processos celulares complexos em um in vitro 18-22. Uma vantagem chave do sistema extracto é que X. laevis extratos de ovos representam um citoplasma quase não diluído cuja composição pode ser facilmente alterado, por exemplo, através da adição de proteínas recombinantes ou imunodepleção. Além disso, é capaz de manipular processos essenciais através do emprego de tratamentos que poderiam ser letal num contexto in vivo. Modificações do procedimento de extracto de ovo permitir o isolamento de extratos de X. laevis embriões em vez de ovos, e estes extractos de embriões são igualmente passíveis de manipulação bioquímica 23. Durante X. laevis desenvolvimento, o embrião fertilizado de uma única célula (~ 1 mm de diâmetro) é submetido a uma série de doze divisões celulares rápidas (etapas 1-8) para gerar vários milhares de 50 μm de diâmetro e células menores, chegando a um estágio de desenvolvimento denominado transição midblastula (MBT) ou estágio agosto 24-26. O MBT é caracterizado pelo início da transcrição zigótica, migração celular, divisão celular assíncronos, aquisição de fases de hiato, e estabelecimento de tamanhos de estado estacionário nucleares em vez de expansão nuclear contínuo como no embrião pré-MBT. De estágio 4 a gastrulação (estádios 10,5-12), o volume de núcleos individuais, diminui em mais de 10 vezes 11.
Aqui, o objetivo é identificar os mecanismos responsáveis por estas reduções no tamanho nuclear durante a progressão do desenvolvimento. A abordagem é a primeira a montar núcleos em X. laevis extrato de ovo e isolar os núcleos do citoplasma do ovo / extract. Estes núcleos são então ressuspensas em citoplasma de embriões de fase de gástrula tardia. Após um período de incubação, os núcleos de extracto de ovo tornam-se menores no final de extrato fase de embrião. Nós fundamentado que este woulseria um ensaio útil para a identificação de componentes citoplasmáticos presentes em embriões em estágio final que contribuem para o desenvolvimento de escala de tamanho nuclear. Utilizando este ensaio, juntamente com a validação in vivo, demonstrou que a proteína quinase C (PKC) contribui para a redução do desenvolvimento em tamanho nuclear em X. laevis 23.
Todos os procedimentos e estudos de Xenopus foram realizadas em conformidade com o Guia NRC para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório 8ª edição. Protocolos foram aprovados pela Universidade de Wyoming Institutional Animal Care e Use Committee (Assurance # A-3216-01).
1. Preparação de X. Extrato laevis Egg (adaptado de 27,28)
Nota: Os volumes de procedimentos aqui apresentados são para até 8 testículos.
3. Montagem Nuclear
4. Preparação de X. laevis Extrato de embrião
Montagem de núcleos em extracto de ovo
Os primeiros passos deste protocolo estão a preparar X. extrato laevis ovo (Protocolo 1) e núcleos de esperma demembranated (protocolo 2). Estes reagentes são então usadas para montar os núcleos de novo (Protocolo 3). A Figura 1 mostra alguns dados representativos. Adição de cálcio conduz o extracto de ovo meioticamente preso em interfase, eo cicloheximida mantém o extrato preso em interfase. Por 30 - 45 min após o início da reacção, os núcleos de esperma inicialmente finas em forma de S deverá começar a engrossar em massas de cromatina em forma de bala. formação bem sucedida de um envelope nuclear intacto pode ser avaliada por importação e retenção de uma carga de importação marcado por fluorescência, tal como GST-GFP-NLS (dados não mostrados), ou por coloração com aro para o complexo do poro nuclear utilizando mAb414 que reconhece FG-repeat contaiNing nucleoporina (Figura 1A). Depois de ocorrer a montagem nuclear, forma nuclear deve tornar-se mais arredondados e o volume nuclear deve aumentar à medida que se expande o envelope nuclear e as proteínas nucleares são importados (Figura 1B-C). Deixar de observar a formação de um envelope nuclear intacto ou crescimento nuclear indica um extracto a qualidade do ovo pobre. Neste caso, o melhor é começar de novo com um novo lote de ovos.
Remoção de Endógeno Núcleos de Extrato de embrião
O próximo passo é preparar um extrato de embrião de fase tardia (Protocol 4). Após a preparação inicial do extracto e antes da remoção dos núcleos, é melhor preparar uma polpa Hoechst-manchado de uma pequena parte alíquota do extracto. A visualização de muitos pequenos núcleos embrionárias é uma boa indicação de sucesso na preparação do extracto (Figura 2A). Como núcleos embrionárias endógenos podem interferir com a jusante Analysis, é também importante verificar-se uma alíquota do extracto depois de retirar núcleos por diluição e centrifugação. Em comparação com o primeiro polpa, muito poucos núcleos deve ser deixado no extracto (Figura 2B). Se ainda existem muitos núcleos presente, uma segunda rodada de centrifugação é necessária.
Ensaio Shrinking Nuclear
A Figura 3 mostra resultados representativos para o ensaio de encolhimento nuclear (Protocolo 5). Extracto de ovo núcleos ressuspensos no final de extracto de fase de embrião tornam-se menores ao longo do tempo (Figura 3B). Um bom controlo negativo para o ensaio é a incubar núcleos com extracto de embrião que foi inactivado pelo calor (Figura 3A). Como núcleos não encolher em inactivado pelo calor extrato, isso proporciona alguma confiança que a observada nuclear encolhendo com extrato de embrião não tratada não é uma consequência dos efeitos osmóticos. A medida de tamanho nuclearreduções observadas varia dependendo do lote particular de ovos, extracto de núcleos, bem como a qualidade do extracto de embrião. Na nossa experiência, encolhimento nuclear está sempre observados (por exemplo, em mais de 40 extractos de embrião diferentes), no entanto, é importante para repetir estas experiências várias vezes com diferentes núcleos e extrai para tratar a variabilidade inerente do ensaio. A Figura 4 mostra um esquema de todo o protocolo.

Figura 1. Montagem Nuclear Tempo Curso de X. laevis Egg Extract. Os núcleos foram montados de novo em X. laevis extracto de ovo como descrito no protocolo 3. Alíquotas de a mesma reacção foram fixos e visualizados por imunofluorescência, utilizando um anticorpo contra o complexo de poros nucleares (NPC) (mAb414) em: > A) 30 min, B) 60 min, e C) 90 min após o início do conjunto nuclear. O protocolo de imunofluorescência é descrito no Protocolo 5. A barra de escala é de 25 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Remoção de núcleos de X. laevis Extrato de embrião. X. laevis extracto de embrião foi preparado a partir de fase de 11,5 - 12 embriões como descrito no protocolo 4. Uma pequena ali quota de extracto foi fixada e corada com Hoechst: A) antes da remoção dos núcleos, e B) depois da remoção dos núcleos por centrifugação. A barra de escala é de 25 mm.om / files / ftp_upload / 54173 / 54173fig2large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3. Os dados representativos do Ensaio Shrinking Nuclear. Os núcleos foram montados de novo em X. laevis extracto de ovo suplementado com GFP-LB3 recombinante (para visualizar a lâmina nuclear). Como descrito no protocolo 5, extracto de ovo núcleos foram isolados e ressuspendidos em fase 11,5-12 extracto de embrião a partir da qual os núcleos embrionárias endógenos tinha sido removido. imagens ao vivo de lapso de tempo foi realizada em intervalos de 30 seg para 90 min. Figura painéis mostram imagens adquiridas em intervalos de 6 mínimo para núcleos incubados em: a) os extratos tarde fase de embrião (LEE), e B) inactivado pelo calor (HI) extrato de embrião. As imagens dos cursos de tempo procedada esquerda para a direita. A barra de escala é de 25 mm. C) Nucleares encolhendo dados de 46 diferentes extratos de ovos e embriões. As barras mostram os meios para> 240 núcleos. As barras de erro são o desvio padrão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Esquema do Nuclear Shrinking de Ensaio. Cada caixa colorida representa um protocolo. O vermelho indica preparação de X. extrato laevis ovo (Protocolo 1). Azul indica preparação de demembranated X. espermatozóides laevis (protocolo 2). Rosa indica conjunto nuclear de novo no extrato de ovo (Protocol 3). O verde indica preparação de X. laevis extrato de embrião (Protocol 4). Roxo indica os s nucleareshrinking protocolo de ensaio e imunofluorescência (Protocolo 5). Partes deste valor foram reutilizados a partir de 23. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| nome tampão | composição do tampão |
| Modificado Ringer de Marc (MMR), 1 / 3x | NaCl 33 mM, KCl 0,7 mM, MgSO4 0,3 mM, CaCl2 0,7, HEPES 1,7 mM, pH 7,4 |
| tampão extrato (XB), 10x | KCl 1 M, CaCl2 1 mM, MgCl2 10 mM, sacarose 500 mM, HEPES 100 mM, pH 7,8 (pH ajustado com KOH 10 N, armazenado a 4 ° C) |
| tampão B | 4% cisteína dissolvido em XB 0,8x (preparado com DDH 2 O frio, pH umadjusted para 7,8 com NaOH 10 N) |
| tampão C | Misturar 100 m de 10x XB com 900 ml de ddH 2 O fria |
| tampão D | Tampão C mais de EGTA 5 mM e 800 | iM MgCl2 |
| estoque LPC, 1.000x | 10 mg / ml de cada um de leupeptina, pepstatina, e quimostatina dissolvido em DMSO (armazenado em alíquotas a -20 ° C) |
| tampão E | 100 ml de tampão D mais de 100 ações LPC ul |
| mix de energia, 50x | 190 mM de fosfato de creatina dissódico, o sal dissódico de ATP 25 mM, cloreto de magnésio 25 mM |
| tampão T | PIPES 15 mM, NaCl 15 mM, EDTA 5 mM, 7 mM de MgCl2, KCl 80 mM, sacarose a 0,2 M, pH 7,4 (filtro de esterilizar e armazenado a 4 ° C) |
| tampão S | 20 mM de maltose e 0,05% de lisolecitina preparado em tampão T |
| tampão R | Tampão T acrescida de 3% bovinaalbumina de soro |
| solução de cálcio, 20x | 10 mM de CaCl2, 0,1 M de KCl, 1 mM de MgCl2 (armazenada a -20 ° C) |
| correção Nucleus | 125 ul de 2 M de sacarose, 12,5 mL de HEPES 1 M pH 7,9, 250 ul de formaldeído a 37%, 112 ul de ddH2O, 0,5 ul de 10 mg / ml de Hoechst (armazenado à temperatura ambiente durante até duas semanas) |
| Modificada Saline de Barth (MBS), 10x | NaCl 880 mM, KCl 10 mM, HEPES 50 mM, NaHCO 3 25, pH 7,8 |
| MBS elevado teor de sal | 1x MBS além de 0,7 mM de CaCl 2 e 20 mM de NaCl |
| tampão de lise ovo, ELB | 250 mM de sacarose, 50 mM de KCl, 2,5 mM de MgCl 2, 10 mM de HEPES, pH 7,8 |
| tampão almofada Nuclear | 1x XB, 0,2 M de sacarose, 25% de glicerol (esterilizado por filtração e guardado a 4 ° C) |
Tabela 1. Tampões. As composições de todos os buffers mencionados neste protocolo são descritos nesta tabela.
Os autores não têm nada a divulgar.
Os mecanismos de escalonamento celular e intracelular permanecem indescritíveis. O uso de extratos de embriões de Xenopus tem se tornado cada vez mais comum para elucidar mecanismos de regulação do tamanho das organelas. Este método descreve a preparação do extrato de embrião e um novo ensaio de escala nuclear através do qual os mecanismos de regulação do tamanho nuclear podem ser identificados.
Membros dos laboratórios Levy e Gatlin, bem como colegas do Departamento de Biologia Molecular, ofereceram conselhos e discussões úteis. Rebecca Heald forneceu suporte nos estágios iniciais de desenvolvimento deste protocolo. Este trabalho foi apoiado pelo NIH / NIGMS (R15GM106318) e pela American Cancer Society (RSG-15-035-01-DDC).
| Alexa Fluor 568 Burro anti-rato IgG | Molecular Sondas | A10037 | |
| ATP sal dissódico | Sigma Aldrich | A2383 | |
| Benzocaína | Sigma Aldrich | E1501 | |
| Albumina de soro bovino | Sigma Aldrich | A3059 | |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | C3306 | |
| Centrífuga | Beckman | J2-21M | |
| Rotor de centrífuga | Beckman | JS 13.1 | |
| quimostatina | Sigma Aldrich | C7268 | |
| fosfato de creatina dissódico | Calbiochem | 2380 | |
| cicloheximida | Sigma Aldrich | C6255 | |
| citocalasina D | Sigma Aldrich | C8273 | |
| descartável toalhetes (kimwipes) | Sigma Aldrich | Z188956 | |
| L-cisteína | Sigma Aldrich | W326306 | |
| EGTA | Sigma Aldrich | E4378 | |
| Formaldeído | Sigma Aldrich | F8775 | |
| Prato cristalizador de vidro (150 x 75 mm) | VWR | 89090-662 | |
| Glicerol | Macron | 5094-16 | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | |
| Hoechst - bisBenzimida H 33342 tricloridrato | Sigma Aldrich | B2261 | |
| HCG - Gonadotrofina Coriônica Humana | Prospec | hor-250-c | |
| L15 Mídia | Sigma Aldrich | L4386 | |
| leupeptina | Sigma Aldrich | L2884 | |
| Lisolecitina | Sigma Aldrich | L1381 | |
| mAb414 | Abcam | ab24609 | |
| MgCl2 | EMD | MX0045-2 | |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | M9397 | |
| Maltose | Sigma Aldrich | M5885 | |
| NP40 | BDH | 56009 | |
| Ciências de Microscopia Eletrônica | de Paraformaldeído | 15710 | |
| Penicilina + Estreptomicina | Sigma Aldrich | Pp0781 | |
| pepstatina | Sigma Aldrich | P5318 | |
| TUBOS | Sigma Aldrich | P6757 | |
| Filme plástico de parafina (parafilme) | Sigma Aldrich | P7793 | |
| KCl | Sigma Aldrich | P9541 | |
| KH2PO4 | Mallinckrodt | 70100 | |
| KOH | Baker | 5 3140 | |
| PMSG - Soro de Égua Grávida Gonadotrofina | Prospec | Hor-272-a | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | |
| NaHCO3 | Fisher | BP328 | |
| Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | |
| NaOH | EMD | SX0590 | |
| Pilão | Thomas Scientific | 3411D56 | |
| Tubos de vidro de fundo redondo, 15 ml | Corex | 8441 | |
| Anticorpo secundário (Alexa Fluor 568 burro anti-rato IgG) | ThermoFisher | A10037 | |
| sacarose | Calbiochem | 8550 | |
| termociclador | Bio-Rad | T100 | |
| Ultracentrífuga | Beckman | L8-80M | |
| Rotor de ultracentrífuga | Beckman | SW 50.1 | |
| Vectashield (meio de montagem anti-desbotamento) | Vector | H-1000 |