Esses protocolos descrevem como caracterizar a organização e a função de oclusão das junções do septo plissado no epitélio embrionário de Drosophila no controle e mutante.
Artigo de método
Esses protocolos descrevem como caracterizar a organização e a função de oclusão das junções do septo plissado no epitélio embrionário de Drosophila no controle e mutante.
O objetivo desses protocolos é avaliar a organização e a função barreira das junções septadas plissadas (pSJs) nos tecidos epiteliais derivados da ectodermia dos embriões de Drosophila. A pSJ forma uma barreira oclusiva na membrana lateral dos tecidos ectodérmicos, incluindo epiderme, glândulas salivares, traqueia e intestino posterior, que é funcionalmente semelhante à junção apertada nos tecidos vertebrados. Em Drosophila, foram identificadas 30 proteínas necessárias para a formação de pSJs. As proteínas pSJ centrais são inicialmente localizadas ao longo do comprimento da membrana lateral, mas se enriquecem fortemente na região apical lateral da junção, apenas basal à junção aderente, no estágio 16 da embriogênese. No final do estágio 15 da embriogênese, esses tecidos possuem uma junção oclusora totalmente funcional. Este artigo descreverá protocolos de imunocoloração e permeabilidade a corantes que podem ser usados para investigar a organização e função dos pSJs em embriões controle e mutantes. O uso bem-sucedido desses protocolos pode ser usado para demonstrar a função de oclusão das pSJs e para testar se um gene desconhecido codifica um componente central da junção.
Uma função crítica dos tecidos epiteliais é compartimentalizar regiões distintas dentro de um organismo. A criação desses ambientes distintos é essencial para o funcionamento dos órgãos e para proteger o organismo de ameaças externas. A junção oclusora formada entre as células de um epitélio é responsável por estabelecer e manter esses ambientes, prevenindo o fluxo paracelular de solutos entre os lados apical e basal desseepitélio 1,2. Em organismos vertebrados, a junção oclusora é chamada de junção apertada, enquanto em invertebrados como Drosophila melanogaster 1,3 é chamada de junção septata. Existem dois tipos de SJ em artrópodes, distinguidos por sua distribuição tecidular eultraestrutura 4. As junções do septo plissado (pSJs) são encontradas em tecidos derivados da ectoderme, como epiderme, glândulas salivares, traqueia e intestino posterior. Eles são caracterizados ultraestruturalmente por uma matriz em forma de escada de material denso em elétrons no espaço extracelular entre as células, que fica logo basal à junçãoaderente 3,5. Em contraste, as junções septato lisas (sSJ) são encontradas em tecidos derivados endodermicamente, como os túbulos do intestino médio e de Malpighi, e não apresentam septos densos em elétrons entreas células 6.
Estudos genéticos em Drosophila identificaram 30 proteínas necessárias para a estrutura e função do pSJ e identificaram proteínas adicionais que residem na junção, mas que não parecem ter função em seu estabelecimento ou manutenção (revisado nocapítulo 7). A partir dessas análises, os cientistas categorizaram as proteínas SJ em três classes. As proteínas SJ centrais residem na junção e são necessárias para o estabelecimento e manutenção da junção. Dezessete proteínas foram identificadas como proteínas centrais pSJ, incluindo Coracle (Cora), Neurexin IV, complemento relacionado à macroglobulina (Mcr), Kune-kune e ATPasealfa 8,9,10,11,12. Nove proteínas foram identificadas como proteínas pSJ acessórias necessárias para o estabelecimento e/ou manutenção da junção, mas que não necessariamente residem na junção. Essa classe inclui proteínas como Rab5, Rab11 eCoiled 13,14. Por fim, proteínas residentes em pSJ localizam-se na pSJ, mas são dispensáveis para o estabelecimento e manutenção da junção. Exemplos dos quatro membros desse grupo incluem Discs Large e FasciclinIII 15,16.
O estabelecimento de uma pSJ funcionalmente intacta é um processo em múltiplas etapas que começa no meio da embriogênese, quando todas as proteínas centrais da pSJ estão totalmente expressas. Alguns genes centrais do pSJ são expressos maternamente, mas todos apresentam forte expressão zigótica nos estágios12-17. No estágio 12, as proteínas centrais da pSJ se localizam ao longo de toda a extensão da membrana lateral. Durante os estágios 13-16, as proteínas centrais da pSJ são endocitadas e depois recicladas de volta para a membrana lateral na região da pSJ. Esse processo requer proteínas acessórias de pSJ, incluindo Rab5 eRab1111 14. No estágio 16, as proteínas centrais da pSJ estão localizadas de forma estreita na região da pSJ ao longo da membrana lateral. De acordo com essas observações, a função total de oclusão da junção ocorre no estágio final 15 daembriogênese 12. Isso é melhor demonstrado usando um ensaio de permeabilidade a corantes. Antes da formação da junção, uma esfera de dextrano de 10 kDa, marcada com um marcador fluorescente, como rodamina, pode passar pelo espaço paracelular entre as células. Se o dextrano marcado for injetado no hemocel, ele se acumulará rapidamente no lúmen dos epitélios tubulares, como a traqueia, glândula salivar e intestino posterior. Após o pSJ ficar fisiologicamente tenso ao final do estágio 15, o dextrano injetado fica restrito ao lado basal do epitélio e não pode se acumular no lúmen (domínio apical) desses órgãos.
As proteínas pSJ centrais compartilham uma característica característica em que cada proteína pSJ central requer a presença de todas as outras proteínas pSJ centrais para a localização subcelularcorreta 18,19. Essa interdependência na formação de pSJ é uma característica definidora das proteínas centrais de pSJ e está na base dos protocolos apresentados neste artigo. Mutações nos genes pSJ centrais ou acessórios levam à letalidade embrionária e são caracterizadas pela deslocalização de outras proteínas pSJ centrais ao longo da membrana lateral em embriões do estágio 16, em vez de estarem fortemente localizadas em sua região apical lateral normal. Em contraste, mutações em genes residentes em pSJ não levam à deslocalização das proteínas centrais depSJ 15. A perturbação funcional da pSJ em mutações do gene pSJ central e acessório é revelada pelo acúmulo de dextrano marcado de 10 kDa no lúmen da traqueia, glândulas salivares ou intestinos posteriores em embriões mutantes de estágio 16 ou 17. Por fim, a característica distintiva entre uma proteína pSJ central e uma proteína acessória é sua localização subcelular. As proteínas pSJ centrais estão fortemente associadas à pSJ uma vez formadas, enquanto proteínas pSJ acessórias são críticas para a montagem da junção, mas não necessariamente residem na junção. Os melhores exemplos de proteínas pSJ acessórias são Rab5 e Rab11. Ambas são proteínas citoplasmáticas que auxiliam no transporte de carga da membrana plasmática para a fase inicial e na reciclagem de endossomos e depois de volta à membranaplasmática 14. Para distinguir se uma nova proteína potencial de pSJ é um componente central ou uma proteína acessória, geralmente é útil criar um anticorpo específico ou expressar uma proteína recombinante marcada fluorescente para determinar onde essas proteínas se localizam em vários pontos do processo de maturação de pSJ.
O objetivo desses protocolos é distinguir de forma inequívoca as potenciais proteínas centrais e acessórias pSJ das proteínas residentes em pSJ. Diversos estudos revelaram papéis adicionais e não ocluentes para as proteínas pSJ durante o desenvolvimento, incluindo papéis na morfogênese e na polaridadeapical-basal 17,20,21,22. À medida que o interesse pela biologia da pSJ aumenta e mais proteínas potenciais da pSJ são identificadas, os protocolos simples e facilmente interpretáveis apresentados aqui ajudarão os pesquisadores a caracterizar corretamente a organização da pSJ e as funções de oclusão dessas proteínas. Na literatura, muitas abordagens experimentais adicionais para caracterizar proteínas pSJ foram descritas, incluindo a Recuperação de Fluorescência Após Fotobranqueamento (FRAP) e a microscopia eletrônicade transmissão 6,23. Embora essas abordagens sejam frequentemente muito úteis, o ensaio de imunocoloração apresentado aqui fornece visualização rápida da localização da proteína pSJ sem métodos ultraestruturais caros e demorados, enquanto o ensaio de permeabilidade do corante oferece uma leitura funcional da integridade da pSJ que não é alcançável apenas por imagem. Além disso, esses ensaios podem ser realizados usando equipamentos laboratoriais padrão, como um microscópio de fluorescência de boa qualidade e um sistema rudimentar de microinjeção. Deve-se notar que esses ensaios são otimizados para análise de embriões de Drosophila estágio 16 e não são adequados para avaliar a organização ou função dos SJs.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
1. Estadiamento de embriões
2. Fixação e imunocoloração de embriões
3. Imagem e análise de dados de embriões imunocoloridos
4. Preparação para a injeção do corante
5. Montagem dos embriões e injeção de corante
6. Imagem e análise de dados
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Os protocolos apresentados aqui são usados para investigar a organização e função das pSJs em tecidos ectodérmicos em embriões de Drosophila estágio 16. Esses protocolos são aplicáveis apenas a pSJs e não podem ser usados para interrogar sSJs. Uma mutação em um gene que resulta na falha em localizar outras proteínas pSJ na região pSJ em embriões do estágio 16 e na criação de uma junção oclusora no estágio 16 está em um gene central pSJ ou em um gene pSJ acessório. A principal diferença e...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Aqui apresentamos um protocolo para identificar proteínas pSJ centrais e acessórias usando dois ensaios relativamente simples que podem ser realizados em laboratórios modestamente designados com capacidades de microscopia de fluorescência. O primeiro ensaio examina a organização molecular da pSJ em epitélios polarizados maduros usando imagens confocais de embriões mutantes fixos. O segundo ensaio testa a integridade da função de oclusão do pSJ injetando moléculas de dextrano marcadas com...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Os autores não têm conflitos de interesse a revelar.
Agradecemos ao Centro de Estoques de Drosophila de Bloomington pelos estoques usados neste estudo. Agradecemos ao Banco de Estudos do Desenvolvimento pelo uso dos anticorpos no estudo. Também agradecemos ao Departamento de Biologia da Case Western Reserve University pelo uso do estereoscópio de fluorescência Leica MZ10F para genotipagem e estadiamento de embriões para dissecação, e do microscópio de fluorescência invertida DMi8 para os experimentos de injeção de corantes. Agradecemos a Helen Salz, Professora de Genética e Ciência do Genoma da CWRU School of Medicine, por fornecer o micromanipulador e por retirar várias das agulhas usadas no experimento de injeção de corante apresentado neste estudo. Este projeto foi apoiado por uma bolsa da National Science Foundation (IOS 2111069) para a REW.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tubo capilar para agulhas (Boro 1 X 0,5/Fibra) | FHC | 30-30-1 | |
| Microscópio confocal | Leica | Stellaris 5 | |
| Cobrir vidro com espessura 22 x 22 para injeções | Fisher Scientific | 12-540-B | |
| Cobertura de vidro 22 x 30 com espessura de 1,5 para imagem | Corning | 2980-233 | |
| Tubo de cultura para imunocoloração (6 x 50 mm) & nbsp; | Fisher Scientific | 14-958-A | |
| Gaula de coleta de embriões | Genesee Scientific | 59-100 | |
| Estereoscópio de fluorescência | Leica | MZ10 F | |
| Óleo de halocarbonetos (700) | Genesee Scientific | 59-131 | |
| Heptano | Fisher Scientific | H350-4 | |
| Microscópio de fluorescência invertida | Leica | DMi8 | |
| Cestos de malha para embriões decoriionizantes | Genesee Scientific | 46-101 | |
| Metanol | Fisher Scientific | A412-4 | |
| Micromanipulador | Narishige | MN151 | |
| Lâminas de microscópio | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
| Puxador de agulha | Instrumentos David Kopf | Modelo 720 | |
| Soro de Burro Normal | Jackson ImmunoRecherch | 017-000-121 | |
| Malha de nylon (120 um) | Genesee Scientific | 57-102 | |
| Lente objetiva HC PL FLUOTR 10X/0.32 PH 1 | Leica | 11506537 | |
| Lente objetiva HC PL APO 10x/0.40 CS2 | Leica | 15506407 | |
| Lente objetiva HC PL APO 40x/1.30 CS2 | Leica | 15506358 | |
| Placas de Petri 60 x 15 mm | Corning | 351007 | |
| Balanço plataforma | Globe Scientific | GTR-FS | |
| Anticorpo primário (Coracle) | DSHB | C566.9 | |
| Anticorpo primário (Coracle) | DSHB | C615.16 | |
| Anticorpo primário (E. cadherina) | DSHB | DCAD2 | |
| Anticorpo primário (Mcr) | Laboratório de enfermaria, CWRU | Policlonal de porquinho-da-índia | |
| Rodamina rotulada como dextrano de 10 kDa | Sondas Moleculares | D1824 | |
| Anticorpo secundário (anti-porquinho-da-índia Cy3) | Jackson ImmunoRecherch | 706-165-148 | |
| Anticorpo secundário (Cy2 anti-rato donkey) | Jackson ImmunoRecherch | 715-225-151 | |
| Anticorpo secundário (anti-rato de burro Cy5) | Jackson ImmunoRecherch | 712-175-150 | |
| Agitador de mesa | New Brunswick Scientific | Agitador de plataforma C2 | |
| Tegosept (metil 4-hidroxibenzoato) | TCI | H0216 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151500 | |
| Frascos para fixação (20 ml frascos de cintilação líquida WHEATON) | Fisher Scientific | 03-341-73C | |
| Whatman 3MM Artigo sobre Cromatografia | Fisher Scientific | 05-716-6H | |
| Ações de mosca | Genótipo completo | estoque | Fonte |
| cor4 | w*; P{neoFRT}43D cora4/CyO | 52232 | BDSC |
| W1118 | w[1118] | 5905 | BDSC |
| Solução | Receita | ||
| 10x PBS | Misture 90 g de NaCl, 20 g de Na2HPO4 e 8,3 g de NaH2PO4.H2O e dH20 a 1L. Esterilize com o filtro. Dilua para 1X com dH2O para as etapas de lavagem na imunocoloração. | ||
| Solução 10% Triton X-100 | Misture 1 ml de Triton X-100 a 9 ml de dH2O em um balancim plataforma até dissolver. Armazene em temperatura ambiente. | ||
| 50% de água sanitária | Misture 10 ml de água sanitária comercial (hipoclorito de sódio 7,5%) com 10 ml de água antes de descoriar os embriões. | ||
| Pratos de suco de maçã | Ferva 15 g de ágar Drosophila em 725 ml de dH2O. Adicione 25 g de açúcar e 250 ml de suco de maçã e misture até que esteja tudo ilibado. Deixe a solução esfriar até 55°C e depois adicione 1,3 g de tegosept e misture suavemente. Despeje em placas de Petri de 60 x 15 e deixe esfriar. Armazene em 4°C. | ||
| Solução de bloqueio | Misture 9,8 ml de 1X PBS com 100 ul de 10% de Triton X-100 e 100 ul de Soro de Burro Normal em um tubo cônico de 15. | ||
| Solução de lavagem embrionária | Prepare 10 vezes a solução de lavagem embrionária misturando 70 g de NaCl e 2 ml de Triton X-100 a 1L de dH2O. Dilua para 1X com dH2O para a solução funcional. | ||
| Corrigir | Pré-aqueça 10 ml de 1X PBS no micro-ondas. Adicione 0,4 g de paraformaldeído e pipeta para misturar. Adicione 10 ul de NaOH 14N para dissolver a velocidade. Coloque em um bloco de calor de 90°C até dissolver. Quando não restar paraformaldeído sólido, adicione 10 ul de 14N HCL para ajustar o pH para neutro. Sempre use jaleco, luvas e óculos ao usar paraformaldeído. | ||
| Mídia de montagem | Misture 9 ml de glicerol e 1 ml de base 1M Tris pH 8,0. Adicione 0,05 g de n-propil-galato, Misture e aqueça para dissolver. Aliquot 0,5 ml em tubos eppendorf. | ||
| Solução de dextrano de rodamina | Faça uma solução de corante fresca dissolvendo Dextrano 10 kDa marcado com Rodamina em 1 mg/ml em fosfato de sódio 0,5M, pH 7,5 e 5 mM de cloreto de potássio. | ||
| Pasta de fermento | Misture 50 g de levedura comercial (Red Star) com uma pitada de sacarose e água suficiente para fazer uma pasta espessa. Armazene em 4°C. |
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou as figuras deste artigo JoVE
Solicitar permissão