В данной статье описывается адаптируемый экс виво протокол для визуализации Ca 2+ во время активации яйца у дрозофилы.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В данной статье описывается адаптируемый экс виво протокол для визуализации Ca 2+ во время активации яйца у дрозофилы.
Активация яйцеклетки — это универсальный процесс, включающий в себя ряд событий, позволяющих оплодотворенной яйцеклетке завершить мейоз и начать эмбриональное развитие. Одним из аспектов активации яйцеклеток, сохраняющимся у всех исследованных организмов, является изменение внутриклеточной концентрации кальция (Ca2+), часто называемое «волной Ca2+». В то время как скорость и количество колебаний волны Ca2+ варьируются у разных видов, изменение внутриклеточного Ca2+ является ключом к возникновению важных событий для эмбрионального развития. Эти изменения включают возобновление клеточного цикла, регуляцию мРНК, экзоцитоз корковых гранул и перестройку цитоскелета.
В зрелом яйце дрозофилы активация происходит в яйцеводе самки перед оплодотворением, инициируя сериюCa2+-зависимых событий. Здесь мы представляем протокол визуализации волны Ca2+ у дрозофилы. Этот подход обеспечивает манипулируемую систему моделей для изучения механизма волны Ca2+ и связанных с ней изменений в нисходящем потоке.
Изменение внутриклеточного Са 2+ концентрации в яйце (ооцитов) активации является сохраняющимся компонентом всех изученных организмов 1,2. Это событие инициирует широкий спектр Ca 2+ -зависимые процессов, в том числе возобновление клеточного цикла и трансляции сохраненных мРНК. В связи с этим требованием , Ca 2+, визуализируя переходные изменения внутриклеточной концентрации Са 2+ является ключевой интерес.
Исторически сложилось так, модельные организмы были отобраны для исследования по активации яиц на основе размера и доступности их яиц. Различные подходы к визуализации были использованы , чтобы следовать и количественной оценки изменений во внутриклеточной концентрации Са 2+ в этих системах, в том числе: Фотобелок акворина в Оризии рыбы 3; Ca 2+ чувствительные флуоресцентные красители , такие как Fura-2 в морских ежей и хомяка 4,5; и кальций - зеленый-1-декстрана в Xenopus 6.
Генерация и улучшение генетически кодируемых показателей кальция (GECIs) превратило способность визуализировать динамику Ca 2+ в естественных условиях 7. Эти генетические конструкции выражаются в конкретных тканях и ограничить потребность в препаратах инвазивного ткани 8.
GCaMPs являются зеленый флуоресцентный белок (GFP) , класс , основанный на GECIs , которые были очень эффективны в связи с их высоким сродством Ca 2+, отношение сигнал-шум и способность быть настроены 9-11. В присутствии ионов Са 2+, комплекс GCaMP претерпевает ряд конформационных изменений, начиная с связывание Са 2+ с кальмодулин, что приводит к увеличению флуоресцентной интенсивности GFP компонента 9.
GCaMPs широко используются в исследованиях Drosophila нейронов визуализировать изменения внутриклеточного кальция 12. Недавние Applicatiпо технологии GCaMP визуализации Ca 2+ в зрелых яиц дрозофилы показал одну переходную Ca 2+ волну при активации яйца 13,14. Волны Ca 2+ могут быть визуализированы при малом увеличении во время овуляции в естественных условиях 13 или при большем увеличении с использованием ех естественных условиях анализа активации 13,14. В естественных условиях экс анализа, отдельные зрелые ооциты выделяют из яичников и активируют с использованием гипотонического раствора, именуемых активации буфера, которое было показано , чтобы резюмировать события активации 15-17 в естественных условиях.
Этот анализ ех естественных условиях позволяет легко визуализировать с высоким разрешением Са 2+ волны при различных экспериментальных условиях , включая фармакологическую нарушения, физических манипуляций и генетических мутантов. Эта статья демонстрирует получение зрелых яиц дрозофилы для активации экс естественных условиях и гое последующая микроскопия используется для визуализации волны Ca 2+ с помощью GCaMP. Такой подход может быть использован для тестирования инициации и контроля волны Ca 2+ и зондировать вниз по течению результатов.
Примечание: Выполнить все операции, при комнатной температуре, если не указано иное.
1. Подготовка к Dissection
Примечание: Описанные здесь шаги в соответствии с E. Гавис, Принстонский университет и Weil и др. и др. 18. Выполните следующие шаги, за два дня до съемки.
2. Режущая Drosophila Яичники
Примечание: Описанные здесь шаги в соответствии с Weil и др. и др. 18.
3. Индивидуальные изолируя Зрелые яйца
4. Подготовка к визуализации
5. визуализации Ex Vivo Яйцо активации
6. после приобретения Обработка изображений
Вот мы продемонстрировали , как подготовить зрелые яйца дрозофилы для активации экс естественных условиях. Яйца , выражающие Geci включить визуализацию Ca 2+ динамика при активации яйца и начало эмбрионального развития (рисунок 1). Следует отметить , что в зависимости от GCaMP используется, в частности , наличие миристоил группы, результаты могут иметь небольшие качественные отличия 13 14. Кроме того, мы продемонстрировали роль функциональной актина во время активации яиц путем добавления ингибитора полимеризации актина, цитохалазином D, в буфер активации (рисунок 2) 14.
Требование к цитоскелета при активации яиц сохраняется. В С. Элеганс, после оплодотворения, цитоскелета компоненты реорганизованы для подготовки эмбриона одноклеточных для первого асимметричного деления 21,22. В морских ежей, нарушение cytoskeleTal реорганизации после активации было показано , что влияет на клеточный цикл путем предотвращения образования цикла сократительную 23. Роль актина в опосредовании волну Са 2+ и ее вниз по течению функцию при активации яиц у дрозофилы остается полностью выяснены.
У Drosophila, со-визуализация Са 2+ волн и цитоскелета может быть достигнуто с помощью этого анализа , исключая виво активации. Временные ряды нескольких каналов могут быть приобретены и динамика внутриклеточного Ca 2+ могут быть сопоставлены с изменениями в организации актина в ооцитах (рисунок 3).

Рисунок 1:. Единый Ca 2+ волна в серии Drosophila Яйцо Время активации экс естественных условиях зрелых Drosophila яйца , выражающую UASt- myrGCaMP5 следуя аddition буфера активации (АГ). Повышение цитоплазматического Са 2+ берет свое начало в заднем полюсе (B) , а затем распространяет (BF) со средней скоростью около 1,5 мкм / с. Инициирование волны, как правило, наблюдается в течение 3 мин после добавления буфера активации. После активации внутриклеточных уровней кальция зрелого яйца возвращается к предварительной активации уровней (G, H). См дополнительный фильм 1 (общее время 33 мин). Шкала бар = 50 мкм. Максимальная проекция = 40 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Добавление Цитохалазин D к активации буфера возмущает Ca2+ Распространение волн. Временных рядов экс виво зрелых Drosophila яйцеклетку , выражающую UASt- myrGCaMP5 после добавления активации буфера , содержащего 10 мкг / мл цитохалазином D конечной концентрации (AH). В то время как 2+ волна Са инициируется на заднем полюсе (а), она скомпрометирована и не доходит переднюю часть яйца (F) (белые головки стрелок обозначают фронт волны). Никаких дополнительных не наблюдалось изменения Са 2+ в течение 30 мин). См дополнительный фильм 2 (общее время 30 мин). Шкала бар = 50 мкм. Максимальная проекция = 40 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Co-визуализация актин и Са 2+ при ЕАктивация в GG серии дрозофилы. Время экс естественных условиях зрелых Drosophila яйца , выражающую UASt- myrGCaMP5 (Cyan) и UASP -F-Tractin.tdTomato (Magenta) после добавления буфера активации (AH). Са 2+ волна инициирует от заднего полюса и восстанавливается как показано на рисунке 1. Актина , похоже, меняется с течением времени, белые наконечники стрел (А против Н). Отсутствие Ca 2+ детектирования сигнала в центре зрелого яйца из - за перемещения образца во время захвата изображения. Шкала бар = 50 мкм. Максимальная проекция = 40 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Первым важным шагом в этом протоколе является изоляция зрелых яйцеклеток без повреждений. Это может быть достигнуто путем нееврейского маневрирования яйцеклетками с помощью рассекающего зонда. Практика даст возможность выполнить эту манипуляцию без повреждения яиц. Вторым важным шагом является предотвращение потери образца при нанесении активационного буфера на зрелую яйцеклетку в масле. Нанесение активационного буфера должно производиться медленно и без контакта с покровным стеклом. Этот шаг может быть сложным, если микроскоп не обеспечивает легкий доступ к образцу. Рекомендуется перемещать подмышечные части микроскопа, такие как температурный инкубатор.
В этот протокол могут быть внесены изменения для визуализации других флуоресцентно помеченных факторов вместо Ca2+ при активации яйца. В более общем плане, различные стадии развития дрозофилы или результаты добавления другого буфера могут быть проанализированы с помощью этого протокола.
Устранение неполадок может потребоваться, если настройки на микроскопе не являются оптимальными для визуализации сигнала от образца. Это может быть достигнуто за счет увеличения или уменьшения мощности лазера, изменения дальности захвата и регулировки параметров Z-стека. Еще одна проблема может заключаться в том, что яйца постоянно выходят из поля зрения при добавлении буфера активации. Если это происходит регулярно, дайте зрелой икре осесть на покровных листочках в течение более длительного периода времени, от 15 до 20 минут. Имейте в виду, что использование масла с более высокой вязкостью приведет к изменению вытеснения масла за счет буфера активации.
Этот метод, представленный здесь, ограничен рабочим расстоянием объектива, обезвоживанием зрелых яйцеклеток и возможностью расчленения зрелых яйцеклеток без повреждений. Однако, по сравнению с методами визуализации in vivo , при которых зрелый ооцит проходит через взрослую самку и откладывается 13, наш метод обеспечивает большее пространственное разрешение, возможность физического манипулирования зрелой яйцеклеткой до активации и возможность проверить роль активации яйцеклетки без оплодотворения.
Существует множество потенциальных будущих применений этого метода, включая тестирование репортерных конструкций для клеточных компонентов при активации яйцеклетки и визуализацию волны Ca2+ на мутантном фоне 14,24. В сочетании с экспериментальными и генетическими инструментами, представленный здесь анализ активации яйцеклеток ex vivo позволяет изучать триггерные, распространяющиеся и нисходящие эффекты универсально консервативной волны Ca2+ .
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Мы благодарны Лаура Bampton, Алекс Дэвидсон, Ричард Партон, Арита Ачарья за помощь при подготовке этой рукописи; Мариана Wolfner для обсуждения активации яйца; Мэтт Wayland для поддержки формирования изображения; и Nan Ху для общей поддержки в лаборатории.
Эта работа была поддержана Кембриджского университета, ISSF в ТТЦ [грант номер 097814].
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Сухие активные дрожжи | Fleischman' s | #2192 | |
| Препарирующий микроскоп | Leica | MZ6 | Различные будут работать |
| Лампа | Mircotec Волоконно-оптический | MF0-90 | Различные будут работать |
| Медицинские салфетки | Kimberly-Clark Corporation | KLEW3020 | |
| Маркер | Stabilo | 841/46 | OHPen универсальный, черный - доступен в большинстве стационарных магазинов. Сверхтонкая ширина 0,4 мм |
| CO2 pad | Genesee Scientific | 59-114 (789060 Dutscher) | |
| Защитный лист No 1.5, 22 x 50 мм | International- No1-VWR Cat=631-0137-22-50mm | Menzel-Glaser-22-50mm-MNJ 400-070T | |
| Галокарбоновое масло, серия 95 | Halocarbon Products Corp. | Дистрибьютор в Европе: | |
| Solvadis (GMBH) | |||
| Масло 10 S | VWR Chemicals | 24627.188 | Можно использовать вместо галоуглеродного масла, серия 95 |
| Щипцы | Fine Science Tools | 11252-00 | Хотя эти инструменты должны быть чистыми, использование автоклава не требуется, этанол будет достаточным. |
| Зонд | Fine Science Tools | 10140-01 | |
| Стеклянная пипетка | Fisherbrand,FB50251 | Пастеровские пипетки, стеклянные, без заглушки, длина 150 мм | |
| Флакон | Regina Industries | P1014 | GPPS 80 мм x 25 мм |