Цикл деления клеток включает фазу G1 (первая фаза зазора), репликативную/S-фазу, G2 (вторая фаза разрыва) и M(митотическую) фазу. Проходя через эти фазы, клетка претерпевает драматические изменения в клеточной транскрипции, трансляции и реорганизации цитоскелетного аппарата1,2. В ответ на сигналы развития и окружающей среды клетки могут временно перестать делиться и становиться покоящимися (G0) или дифференцироваться и постоянно переставать делиться3. Другие сценарии, такие как повреждение ДНК, могут вызвать преждевременную дифференцировку или апоптоз3,4. Реакция на такие сигналы опосредована контрольными точками клеточного цикла, которые действуют как система наблюдения для обеспечения целостности основных клеточных процессов до того, как клетка перейдет к следующей фазе цикла деления5. Поэтому исследования генов, регулирующих репликацию ДНК, контрольные точки и митотический механизм, должны анализировать возможные дефекты прогрессирования клеточного цикла, которые могут возникать в мутантных клетках или при нокдауне siRNA этих генов. Кроме того, такие анализы могут быть использованы для проверки общего здоровья клеток, а также клеточных реакций на медикаментозное лечение.
5-бром-2'-дезоксиуридин (BrdU) является аналогом тимидина, который включается в ДНК во время репликации6. Этот метод широко использовался для идентификации клеток в S-фазе. Однако затем клетки подвергаются жестким процедурам денатурации ДНК, чтобы позволить обнаружить BrdU с помощью антител против BrdU6. Это жесткое лечение может повредить клеточные эпитопы и предотвратить дальнейшую характеристику образца путем иммуноокрашивания. Включение EdU и последующее обнаружение катализируемой медью «щелкающей реакции» с небольшими, проницаемыми клетками, флуоресцентно мечеными азидными красителями устраняет необходимость в жестких процедурах денатурации7. Таким образом, этот метод стал более практичной альтернативой инкорпорации BrdU.
Кроме того, pH3 был описан как надежный маркер для митотических /М фазовых клеток8. Гистон H3 представляет собой ДНК-ассоциированный основной гистоновый белок, который фосфорилируется примерно в конце фазы G2 до ранней фазы M и дефосфорилируется к концу анафазы8. Несколько коммерческих антител могут быть использованы для обнаружения pH3 с использованием стандартных протоколов иммуноокрашения. Таким образом, двойное окрашивание EdU и pH3 позволит обнаруживать клетки как в S-фазе, так и в М-фазе. Кроме того, клетки в фазе G1 и ранней фазе G2 не окрашиваются положительно ни для одного из маркеров.
Нервные стволовые клетки Drosophila или нейробласты (NB) предлагают хорошо охарактеризованную модель стволовых клеток, в которой клетки делятся асимметрично, чтобы произвести один идентичный самообновляющийся NB и ганглиозную материнскую клетку (GMC), которая предназначена для дифференцировки9. Кроме того, несколько генетических инструментов и NB-специфических антител делают эту систему подходящей для генетических манипуляций и визуализации живых клеток. Следовательно, в нескольких исследованиях использовались NB для изучения генов, регулирующих асимметричные деления и определение судьбы клеток9. Различные популяции NB существуют в центральном мозге (CB) и зрительной доле (OL) личиночного мозга9; Для текущего исследования использовались CB NB. Эти третьи личинки CB NB представляют собой крупные клетки, которые также подходят для изучения факторов, регулирующих сборку митотического веретена. Протокол для анализа дефектов прогрессирования клеточного цикла будет жизненно важным инструментом в таких исследованиях.
Протоколы, опубликованные ранее, использовали коммерческие наборы, такие как Click-iT EdU Alexa Fluor Cell Proliferation Kit, которые предоставляют несколько реакционных компонентов и азидных красителей, помеченных различными красителями Alexa Fluor для включения и обнаруженияEdU 10. Однако реагенты, поставляемые с такими наборами, не совместимы с некоторыми флуоресцентными метками, часто используемыми со вторичными антителами. Этот набор для обнаружения EdU (Click-iT EdU Alexa Fluor Cell Proliferation Kit, поставляемый с Alexa Fluor 647-конъюгированным азидным красителем) был протестирован на Drosophila third instar NB, и было предпринято совместное окрашивание антителами против pH3 и Miranda, маркером для NB. Кроме того, вторичные антитела, помеченные Alexa Fluor 568 или Cy3, были использованы для обнаружения маркировки Miranda на плазматической мембране NBs11. Однако ожидаемая интенсивность сигнала и картина окрашивания (неопубликованные результаты) не наблюдались с этими вторичными антителами при иммуноокрашивании после обнаружения EdU.
Для включения EdU протокол, описанный Даулом и его коллегами, требовал кормления личинок средой Канкеля-Уайта, смешанной с EdU и бромфеноловым синим (BPB)10. Личинки питались пищей с шипами EdU и BPB, что можно было увидеть по их синему цвету при проглатывании в личиночном кишечнике. Хотя этот метод был использован для включения EdU в mms19 потеря функции(Mms19P)третьими личинками звезды, личинки Mms19P, по-видимому, не питались, поскольку в личиночной кишке почти не было обнаружено синего цвета (неопубликованные результаты). Личинки Mms19P демонстрируют резкие деформации развития и в конечном итоге останавливаются на третьей стадии. Это может каким-то образом повлиять на пищевое поведение личинок третьей звезды и сделать протокол кормления EdU непригодным для таких случаев.
После изучения имеющейся литературы и обширной работы над стандартизацией основных этапов был предложен альтернативный подход для двойной маркировки EdU/pH3 у Drosophila NBs, которая не требует кормления EdU личинкам. Предыдущее исследование использовало двойное окрашивание EdU/pH3 для анализа клеточного цикла в NB, но не представило подробного протокола4. Это представляет собой ненужное препятствие для лабораторий, пытающихся реализовать этот метод. Кроме того, оценка совместимости различных реагентов с комплектом EdU и выполнение дальнейшей оптимизации могут быть трудоемким процессом. В этой статье представлен пошаговый протокол, который охватывает включение EdU в рассеченный личиночный мозг и иммуноокрашивание антителами против pH3, за которым следует конфокальная микроскопия и анализ изображений для выделения NB по четырем различным категориям: фаза G0 / G1, фаза S, S>G2 / M (прогрессия от S до G2 / M) и фаза M. Описаны шаги, требующие оптимизации, и приведены советы по анализу изображений больших наборов данных. Кроме того, анализируются показания EdU/pH3 в НБ дикого типа и сравниваются с Mms19P NB, которые, как недавно сообщалось, показывают задержку клеточного цикла11.