Summary

I metodi per esaminare le ghiandole linfatiche e ematociti concentrati in<em> Drosophila</em> Le larve

Published: November 28, 2016
doi:

Summary

Sistemi ematopoietiche mammiferi Drosophila e condividono molte caratteristiche comuni, rendendo Drosophila un modello genetico interessante per lo studio ematopoiesi. Qui mostriamo dissezione e montaggio del grande organo ematopoietico larvale per immunoistochimica. Descriviamo anche metodi per saggiare i vari compartimenti ematopoietici larvali tra emociti circolanti e le cellule di cristallo sessili.

Abstract

Molti paralleli esistenti tra i sistemi ematopoietiche mammiferi Drosophila e, anche se Drosophila manca il lignaggio linfoide che caratterizzano mammiferi immunità adattativa. Drosophila e mammiferi emopoiesi si verificano in spazialmente e temporalmente distinte fasi per la produzione di diverse linee cellulari del sangue. Entrambi i sistemi mantengono riserve di progenitori di cellule del sangue con il quale espandere o sostituire linee maturi. Il sistema ematopoietico permette Drosophila e mammiferi per rispondere e di adattarsi alle sfide del sistema immunitario. È importante sottolineare che i regolatori trascrizionali e vie di segnalazione che controllano la generazione, la manutenzione, e la funzione del sistema ematopoietico sono conservati dalle mosche ai mammiferi. Queste somiglianze consentono Drosophila da utilizzare per geneticamente modello di sviluppo ematopoietiche e la malattia.

Qui dettaglio test per esaminare il sistema ematopoietico di Drosophila larve. Inparticolare, si delineano i metodi per misurare il numero di cellule del sangue e la concentrazione, visualizzare una specifica stirpe maturo in vivo, ed eseguire immunoistochimica sulle cellule del sangue in circolazione e nell'organo ematopoietiche. Questi test possono rivelare cambiamenti nell'espressione genica e dei processi cellulari tra cui la segnalazione, la sopravvivenza, la proliferazione e la differenziazione e può essere utilizzato per indagare su una serie di domande riguardanti emopoiesi. In combinazione con gli strumenti genetici disponibili in Drosophila, questi test possono essere utilizzati per valutare il sistema ematopoietico su alterazioni genetiche definiti. Sebbene non specificamente qui delineato, questi saggi possono anche essere utilizzati per esaminare l'effetto di alterazioni ambientali, come infezioni o dieta, sul sistema ematopoietico.

Introduction

I complessi meccanismi che regolano i fattori di trascrizione e vie di segnalazione che coordinano lo sviluppo del sistema ematopoietico e che malfunzionamento malattie ematologiche sono ancora poco chiare. Questi fattori di trascrizione e vie di segnalazione, così come la loro regolamentazione, sono altamente conservati tra Drosophila e mammiferi emopoiesi 1-5. Così il sistema ematopoietico Drosophila rappresenta un ottimo modello genetico per definire i meccanismi molecolari che controllano l'emopoiesi e malattie ematologiche sottostanti.

Simile a mammiferi, Drosophila generare cellule del sangue, chiamate ematociti concentrati, in spazialmente e temporalmente distinte fasi di emopoiesi. Tradizionalmente, Drosophila emopoiesi è stato pensato per essere limitato alle fasi del mesoderma embrionale e nella ghiandola linfatica larvale. Recenti studi dimostrano che emopoiesi si verifica anche in larvale clu sessilisters e nell'adulto addome 6-8. Tutte le fasi ematopoietiche producono due tipi di ematociti concentrati mature: plasmatocytes e cellule di cristallo. Plasmatocytes sono cellule macrofagi come coinvolti nella fagocitosi, l'immunità innata, e la guarigione della ferita. celle a cristalli contengono pro-phenoloxidases necessari per melanizzazione, una reazione usato in risposte immunitarie insetti e la guarigione delle ferite. Emopoiesi larvale può generare un terzo tipo hemocyte maturo, chiamato lamellocyte, in risposta ad alcune sfide immunitario come parassitoide vespa infezione 9,10. Lamellocytes sono grandi, cellule aderenti che funzionano, in collaborazione con plasmatocytes e le cellule di cristallo, per incapsulare e neutralizzare le uova di vespa di cui in Drosophila larve. In assenza di parassitizzazione, lamellocytes non si trovano nel wild-type larve. masse melanotic assomigliano melanized, uova vespa incapsulati; molti ceppi mutanti di Drosophila sviluppano masse melanotici in assenza di parassitizzazione. La presenza di Lamellociti e / o masse melanotici possono essere indicativi di anomalie ematopoietiche. In realtà, il fenotipo di massa melanotico è stato utilizzato per identificare i geni e meccanismi coinvolti nella emopoiesi 11-14.

Il sistema ematopoietico larvale è il più ampiamente studiato fino ad oggi. Si compone di ematociti concentrati circolanti nel emolinfa, i cluster hemocyte sessili fantasia sotto la cuticola, e ematociti concentrati che risiedono nella ghiandola linfatica. La ghiandola linfatica è una serie di lobi bilaterali collegati al vaso dorsale. Ogni lobo principale della ghiandola linfatica è diviso in tre zone principali. La zona più esterna è conosciuta come la zona corticale e contiene maturazione hemocytes. La zona più interna viene chiamata zona midollare e comprende precursori hemocyte quiescenti. La terza zona, la segnalazione posteriori centro, è un piccolo gruppo di cellule alla base della ghiandola linfa che agiscono come una cellula simile nicchia stelo. I primi lavori stabilito funzioni critiche per Notch 15-18 </sup>, Riccio 19,20, JAK-STAT 18 e ali 21 attività per regolare lo sviluppo della ghiandola linfa larvale. Studi più recenti hanno dimostrato che BMP 22, FGF-Ras 23, e Hippo 24,25 funzione di segnalazione anche all'interno della ghiandola linfatica larvale.

Quattro saggi ematopoietiche larvali qui esposti descrivono 1) misura la concentrazione hemocyte circolazione, definito come numero di cellule per unità di volume, 2) l'isolamento e il fissaggio di circolazione hemocytes per immunoistochimica, 3) la visualizzazione di cellule di cristallo in vivo, e 4) dissezione, il fissaggio e il montaggio ghiandole linfatiche per immunoistochimica. Questi test possono essere utilizzati come letture ematopoietiche per valutare le funzioni ei regolamenti dei percorsi di segnalazione nel sistema ematopoietico larvale. Mentre questi metodi sono stati utilizzati in precedenza nel campo, documentazione visiva di questi saggi ha iniziato solo recentemente 8,26-30. Diverse pubblicazioni citate qui ci sono di aiutorisorse ful che descrivono metodi simili e marcatori ematopoietici 26,31-33. Inoltre, Trol e Viking sono marcatori utili della membrana linfatico della ghiandola seminterrato.

Protocol

1. circolazione Concentrazione hemocyte Per ottenere larve di circa la stessa fase di sviluppo per questa analisi, limitare la raccolta delle uova da garantire che le femmine di deporre le uova per un periodo di tempo fisso di 2-6 ore. Raccogliere le larve nel sezionare pozzi piatto pieno di 1x tampone fosfato (PBS, Tabella 1). Per ogni larva, mettere 10 microlitri 1x PBS in una provetta su ghiaccio e 10 microlitri 1x PBS su un rilievo da dissezione pulito. Posizionare il …

Representative Results

Di circolazione hemocyte Concentrazione Numeri hemocyte aumentano durante lo sviluppo larvale 35. Per illustrare che questo metodo rileva le differenze nei numeri hemocyte e concentrazione, indipendentemente dalla causa biologica, abbiamo misurato concentrazioni hemocyte di ritardo e non ritardata larve. Perdita di ormone prothoracicotropic (ptth) per l'ablazione genetica dei neuroni ptth produttrici (ptth> cupo…

Discussion

Su alterazione genetica o ambientale, i quattro metodi descritti qui possono essere utilizzati singolarmente o in combinazione di analizzare i processi distinti durante emopoiesi, come la segnalazione, la sopravvivenza, la proliferazione e la differenziazione Drosophila emopoiesi è un processo dinamico.; il numero di hemocytes per animale aumenta 35 e la struttura e l'espressione genica della ghiandola linfatica variazioni 32 durante lo sviluppo. Prima di eseguire questi test, quindi,…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Matthew O’Connell, Maryam Jahanshahi, and Andreas Jenny for assistance. We thank István Andó for plasmatocyte-specific antibodies, Utpal Banerjee for dome-meso-EBFP2 flies, Julian Martinez-Agosto for antp>GFP flies, and Michael O’Connor for ptth and ptth>grim flies. These methods were developed with support by the Kimmel Foundation, the Leukemia & Lymphoma Society, NIH/NCI R01CA140451, NSF 1257939, DOD/NFRP W81XWH-14-1-0059, and NIH/NCI T32CA078207.

Materials

PBS tablets MP Biomedicals 2810305
dissecting dish Corning 7220-85
microcentrifuge tube Denville C2170
silicone dissecting pad, made from Sylgard 184 kit Krayden (distributed through Fisher) NC9644388 (Fisher catalog number) Made in petri dish by mixing components of Sylgard elastomer kit according to manufacturer instructions.
stereomicroscope Morrell Instruments (Nikon distributor) mna42000, mma36300 Nikon models SMZ1000 and SMZ645
tissue wipe VWR 82003-820
forceps Electron Microscopy Sciences 72700-DZ
p200 pipette Eppendorf 3120000054
Countess Automated Cell Counter Invitrogen C10227
Countess cell counting chamber slides Invitrogen C10283
hemocytometer Hausser Scientific 3200
trypan blue stain Life Technologies T10282
formaldehyde Fisher BP531-500
Triton Fisher BP151-500
Tween 20 Fisher BP337-500
bovine serum albumin Rocky Mountain Biologicals BSA-BSH-01K
normal goat serum Sigma G9023-10ML
normal donkey serum Sigma D9663-10ML
200 proof ethanol VWR V1001
N-propyl gallate MP Biomedicals 102747
glycerol VWR EM-4750
DAPI (4’,6-diamidino-2-phenylindole) Fisher 62248
6-well plate Corning 351146
12-well plate Corning 351143
microscope cover glass, 22 mm square Fisher 12-544-10
microscope cover glass, 18mm circular Fisher 12-545-100
glass microscope slides Fisher 22-034-980
thermal cycler Eppendorf E950010037 Mastercycler EP Gradient S
PCR tubes USA Scientific 1402-2700
24-well plate Corning 351147
disposable transfer pipet Fisher 13-711-9AM
fluorescence microscope Zeiss Axio Imager.Z1

References

  1. Evans, C. J., Hartenstein, V., Banerjee, U. Thicker than blood: conserved mechanisms in Drosophila and vertebrate hematopoiesis. Dev Cell. 5 (5), 673-690 (2003).
  2. Crozatier, M., Meister, M. Drosophila haematopoiesis. Cell Microbiol. 9 (5), 1117-1126 (2007).
  3. Crozatier, M., Vincent, A. Drosophila: a model for studying genetic and molecular aspects of haematopoiesis and associated leukaemias. Dis Model Mech. 4 (4), 439-445 (2011).
  4. Gold, K. S., Bruckner, K. Drosophila as a model for the two myeloid blood cell systems in vertebrates. Exp Hematol. 42 (8), 717-727 (2014).
  5. Hartenstein, V. Blood cells and blood cell development in the animal kingdom. Annu Rev Cell Dev Biol. 22, 677-712 (2006).
  6. Ghosh, S., Singh, A., Mandal, S., Mandal, L. Active hematopoietic hubs in Drosophila adults generate hemocytes and contribute to immune response. Dev Cell. 33 (4), 478-488 (2015).
  7. Leitao, A. B., Sucena, E. Drosophila sessile hemocyte clusters are true hematopoietic tissues that regulate larval blood cell differentiation. Elife. 4, (2015).
  8. Makhijani, K., Alexander, B., Tanaka, T., Rulifson, E., Bruckner, K. The peripheral nervous system supports blood cell homing and survival in the Drosophila larva. Development. 138 (24), 5379-5391 (2011).
  9. Crozatier, M., Ubeda, J. M., Vincent, A., Meister, M. Cellular immune response to parasitization in Drosophila requires the EBF orthologue collier. PLoS Biol. 2 (8), 196 (2004).
  10. Markus, R., et al. Sessile hemocytes as a hematopoietic compartment in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (12), 4805-4809 (2009).
  11. Minakhina, S., Steward, R. Melanotic mutants in Drosophila: pathways and phenotypes. Genetics. 174 (1), 253-263 (2006).
  12. Bina, S., Wright, V. M., Fisher, K. H., Milo, M., Zeidler, M. P. Transcriptional targets of Drosophila JAK/STAT pathway signalling as effectors of haematopoietic tumour formation. EMBO Rep. 11 (3), 201-207 (2010).
  13. Avet-Rochex, A., et al. An in vivo RNA interference screen identifies gene networks controlling Drosophila melanogaster blood cell homeostasis. BMC Dev Biol. 10, 65 (2010).
  14. Rodriguez, A., et al. Identification of immune system and response genes, and novel mutations causing melanotic tumor formation in Drosophila melanogaster. Genetics. 143 (2), 929-940 (1996).
  15. Mandal, L., Banerjee, U., Hartenstein, V. Evidence for a fruit fly hemangioblast and similarities between lymph-gland hematopoiesis in fruit fly and mammal aorta-gonadal-mesonephros mesoderm. Nat Genet. 36 (9), 1019-1023 (2004).
  16. Grigorian, M., Mandal, L., Hakimi, M., Ortiz, I., Hartenstein, V. The convergence of Notch and MAPK signaling specifies the blood progenitor fate in the Drosophila mesoderm. Dev Biol. 353 (1), 105-118 (2011).
  17. Lebestky, T., Jung, S. H., Banerjee, U. A Serrate-expressing signaling center controls Drosophila hematopoiesis. Genes Dev. 17 (3), 348-353 (2003).
  18. Krzemien, J., et al. Control of blood cell homeostasis in Drosophila larvae by the posterior signalling centre. Nature. 446 (7133), 325-328 (2007).
  19. Mandal, L., Martinez-Agosto, J. A., Evans, C. J., Hartenstein, V., Banerjee, U. A Hedgehog- and Antennapedia-dependent niche maintains Drosophila haematopoietic precursors. Nature. 446 (7133), 320-324 (2007).
  20. Benmimoun, B., Polesello, C., Haenlin, M., Waltzer, L. The EBF transcription factor Collier directly promotes Drosophila blood cell progenitor maintenance independently of the niche. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (29), 9052-9057 (2015).
  21. Sinenko, S. A., Mandal, L., Martinez-Agosto, J. A., Banerjee, U. Dual role of wingless signaling in stem-like hematopoietic precursor maintenance in Drosophila. Dev Cell. 16 (5), 756-763 (2009).
  22. Pennetier, D., et al. Size control of the Drosophila hematopoietic niche by bone morphogenetic protein signaling reveals parallels with mammals. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (9), 3389-3394 (2012).
  23. Dragojlovic-Munther, M., Martinez-Agosto, J. A. Extracellular matrix-modulated Heartless signaling in Drosophila blood progenitors regulates their differentiation via a Ras/ETS/FOG pathway and target of rapamycin function. Dev Biol. 384 (2), 313-330 (2013).
  24. Ferguson, G. B., Martinez-Agosto, J. A. Yorkie and Scalloped signaling regulates Notch-dependent lineage specification during Drosophila hematopoiesis. Curr Biol. 24 (22), 2665-2672 (2014).
  25. Milton, C. C., et al. The Hippo pathway regulates hematopoiesis in Drosophila melanogaster. Curr Biol. 24 (22), 2673-2680 (2014).
  26. Evans, C. J., Liu, T., Banerjee, U. Drosophila hematopoiesis: Markers and methods for molecular genetic analysis. Methods. 68 (1), 242-251 (2014).
  27. Neyen, C., Bretscher, A. J., Binggeli, O., Lemaitre, B. Methods to study Drosophila immunity. Methods. 68 (1), 116-128 (2014).
  28. Small, C., Paddibhatla, I., Rajwani, R., Govind, S. An introduction to parasitic wasps of Drosophila and the antiparasite immune response. J Vis Exp. (63), e3347 (2012).
  29. Petraki, S., Alexander, B., Bruckner, K. Assaying Blood Cell Populations of the Drosophila melanogaster Larva. J Vis Exp. (105), (2015).
  30. Rizki, M. T. M., Rizki, R. M. Functional significance of the crystal cells in the larva of Drosophila mekmogaster. Journal of Biophysical and Biochemical Cytology. 5, 235-240 (1959).
  31. Kurucz, E., et al. Definition of Drosophila hemocyte subsets by cell-type specific antigens. Acta Biol Hung. 58, 95-111 (2007).
  32. Jung, S. H., Evans, C. J., Uemura, C., Banerjee, U. The Drosophila lymph gland as a developmental model of hematopoiesis. Development. 132 (11), 2521-2533 (2005).
  33. Krzemien, J., Crozatier, M., Vincent, A. Ontogeny of the Drosophila larval hematopoietic organ, hemocyte homeostasis and the dedicated cellular immune response to parasitism. Int J Dev Biol. 54 (6-7), 1117-1125 (2010).
  34. Rizki, T. M., Rizki, R. M. Properties of the Larval Hemocytes of Drosophila-Melanogaster. Experientia. 36 (10), 1223-1226 (1980).
  35. Lanot, R., Zachary, D., Holder, F., Meister, M. Postembryonic hematopoiesis in Drosophila. Dev Biol. 230 (2), 243-257 (2001).
  36. McBrayer, Z., et al. Prothoracicotropic hormone regulates developmental timing and body size in Drosophila. Dev Cell. 13 (6), 857-871 (2007).
  37. Reimels, T. A., Pfleger, C. M. Drosophila Rabex-5 restricts Notch activity in hematopoietic cells and maintains hematopoietic homeostasis. J Cell Sci. 128 (24), 4512-4525 (2015).

Play Video

Cite This Article
Reimels, T. A., Pfleger, C. M. Methods to Examine the Lymph Gland and Hemocytes in Drosophila Larvae. J. Vis. Exp. (117), e54544, doi:10.3791/54544 (2016).

View Video