Çalışma, hücresel bir siliogenez modelinde SHH agonisti kullanılarak primer kirpi aracılı Sonic Hedgehog (SHH) sinyal yolu aktivasyonu için kantitatif PCR tabanlı bir testi göstermektedir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Çalışma, hücresel bir siliogenez modelinde SHH agonisti kullanılarak primer kirpi aracılı Sonic Hedgehog (SHH) sinyal yolu aktivasyonu için kantitatif PCR tabanlı bir testi göstermektedir.
Siliyopati, mikrotübül bazlı hücre çıkıntıları olan hareketli veya hareketsiz (birincil) kirpiklerin yapısının veya işlevinin sapması nedeniyle ortaya çıkan multisistemik ve poligenik insan hastalıkları ve bozuklukları topluluğunu ifade eder. Primer kirpikler (PC), çoğu insan epitel ve endotel dokusunda bulunur ve Sonic Hedgehog (SHH) sinyali de dahil olmak üzere fizyolojik sinyal iletimi için bir merkez görevi görür. Çeşitli durumlar, neredeyse tamamen PC'nin aracılık ettiği kanonik SHH sinyal yolunun ölçülmesiyle elde edilebilecek PC'nin işlevinin incelenmesini gerektirir. Burada, çoğunlukla PC içeren hareketsiz hTERT-RPE1 (veya RPE1) hücrelerinde SHH yolağı genlerinin transkripsiyonel seviyesini ölçmek için kantitatif PCR (qPCR) tabanlı bir teknik geliştirilmiştir. RPE1 hücrelerinde sessizlik, 48 saat boyunca serum açlığı ile elde edilirken, SHH yolunun aktivasyonu spesifik bir agonist tarafından desteklenir. Bu hücre kültürü bazlı testin takip edilmesi kolay ve hassastır. Bu testin siliyer RPE1 hücrelerinde başarılı bir şekilde gösterilmesi, çeşitli siliyopatilerle ilişkili olabilecek bir veya daha fazla genin genetik veya epigenetik değişikliği üzerine PC'nin uygun işlevini incelemek için bir in vitro test olarak muazzam potansiyelini gösterir.
Bir silyum, bir bazal gövde1 üzerine monte edilen, hücre yüzeyinden mikrotübül bazlı ve zarla kaplı bir çıkıntıdır. Omurgalılarda hareketli ve hareketsiz olmak üzere iki tür kirpik görülür. Hareketli kirpikler özel dokularda bulunur ve hareketlilik sağlar. Hareketsiz primer kirpikler (PC) çoğu omurgalı hücresinde bulunur ve duyusal işlevleri yerine getirir ve hücre dışı ortamdan hücrelerin içine kritik sinyalleri iletir2. Bir kez monte edildikten sonra, siliyer uzamaya, kinesinler (anterograd hareket) ve dynein-II motor proteinleri (retrograd hareket) tarafından tahrik edilen kargoyu taşıyan çift yönlü bir taşıma sistemi olan intraflagellar taşıma (IFT) makinesi yardımcı olur3,4. Hareketli veya primer kirpiklerdeki yapısal veya fonksiyonel kusurlar, topluca siliopatiler olarak bilinen çok sayıda multisistemik insan hastalığına yol açabilir 5,6.
PC, Kanatsız (Wnt), G-proteinine bağlı reseptörler (GPCR), reseptör-tirozin kinazlar (RTK'lar), Dönüştürücü büyüme faktörü β (TGFβ) ve Trombositten türetilmiş büyüme faktörü (PDGF) gibi çeşitli gelişimsel sinyalleme süreçleri için merkez görevi görür 7,8. Memelilerde, Sonic Hedgehog (SHH) sinyali, PC 9,10,11 içeren hücrelerde neredeyse yalnızca PC tarafından dönüştürülen kritik bir sinyaldir. PK'nin anormal yapısı veya işlevi, konjenital kalp kusurları, polikistik böbrek hastalığı, kraniyofasiyal anormallikler, retina distrofisi gibi hastalıklarla ve Bardet-Biedl Sendromu (BBS), Joubert Sendromu (JBTS), Alström Sendromu, Jeune Asfikizan Torasik Displazi (JATD) gibi birkaç nadir hastalıkla ilişkili zayıflamış sinyal yolaklarına yol açar12,13,14,15. Bunların çoğu epitelyal veya endotel dokularının poligenik hastalıklarıdır ve bu hastalıkların erken tanı ve tedavisinde zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Bu tür mutasyonların bir hücre kültürü modelinde zayıflatılmış PC aracılı sinyallemeye nasıl katkıda bulunduğunu belirlemek, yalnızca bu sinyal yolunun moleküler karmaşıklığı hakkında bilgi sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çeşitli siliyopatilerin teşhisini kolaylaştırır ve terapötik müdahaleler önerebilir. Bu düşünceyle, insan telomeraz ters transkriptaz (hTERT) ölümsüzleştirilmiş retina pigment epitel hücrelerinde (hTERT-RPE1, burada RPE1 olarak anılacaktır) PC aracılı SHH sinyal yolundaki değişikliği belirlemek için kantitatif PCR (qPCR) tabanlı bir test geliştirilmiştir. RPE1 hücreleri, siliogenez için hücresel model olarak yaygın olarak kullanılan diploide yakın, transforme edilmemiş insan hücreleridir, çünkü bu hücrelerin yaklaşık% 75-80'i, 24-48 saat boyunca serum açlığı üzerine (serumsuz ortamda hücrelerin inkübe edilmesi) PC'yi birleştirir, asenkron olarak büyüyen bir RPE1 hücresi kültüründe sadece% 15 -% 18 kirpiklenmeye kıyasla16.
Kirpi sinyali (HH), embriyonik gelişim için omurgalılar arasında korunur17. Memelilerde, üç farklı Kirpi sinyalizasyonuna tanık olunur: Sonic (SHH), Indian (IHH) ve Desert (DHH), bunlardan SHH ve IHH, doku seviyesindeörtüşen işlevler gösterir 11. SHH sinyali, sinir sistemindeki uzuvların desenlenmesini ve hücre tipi spesifikasyonunu düzenleyerek ve yetişkin doku homeostazını koruyarak embriyonik gelişim sırasında kilit rol oynar 10,11,18. SHH sinyalizasyonu karmaşık olmasına rağmen, kanonik SHH sinyalizasyonunun, Gli transkripsiyon faktörlerinin (Gli1, Gli2 ve Gli3) kolektif fonksiyonlarının aracılık ettiği PC 7,11,19'a bağlı olduğunu gösteren artan kanıtlar vardır. HH sinyalizasyonu ve PC'nin, düşük ligand oranlarına11 etkili tepkiler sağlamak için silyumun ucundaki kompakt hacimde yoğunlaşan kritik sinyalizasyon bileşenleri ile birlikte evrimleştiği öne sürülmüştür.
SHH ligandlarının yokluğunda, PC membranı üzerinde lokalize olan Patched1 (Ptch1), muhtemelen lipid taşınmasını içeren kötü anlaşılmış bir mekanizma yoluyla Düzleştirilmiş (Smo) aktivitesini inhibe eder, böylece yolu baskılanmıştutar 7,20. G-bağlı bir protein reseptörü ve sistemin negatif bir düzenleyicisi olan yapısal olarak aktif siliyer GPR161, protein kinaz A'nın (PKA) aktivitesini artıran yüksek seviyelerde siliyer siklik AMP (cAMP) koruyarak baskının sürdürülmesini sağlar.21 ve PKA7'nin siliyer lokalizasyonunu koruyarak. PKA aktivitesi, kazein kinaz 1 (CK1) ve glikojen sentaz kinaz 3 β (GSK3β) ile birlikte, PC içindeki Gli proteinlerinin, Gli2 ve Gli3'ün çoklu kalıntılarını fosforile eder. Gli2 ve Gli3, hedef genlerin transkripsiyonunun hem aktivatörleri hem de baskılayıcıları olarak işlev görebilir. PKA aracılı fosforilasyon, Gli2'nin aktivatör fonksiyonunun inhibisyonuna neden olurken, fosforile Gli3, Gli3R22 baskılayıcı formunu üretmek için proteazlar tarafından parçalanır. Genel olarak, SHH hedef genlerinin ekspresyonu bu tür koşullarda baskılanır.
SHH ligandı mevcut olduğunda, Ptch1 ona bağlanır ve GPR161 PC'den ayrılır ve G proteinine bağlı reseptör (GPCR) kinaz 2 (GPRK2) ve CK1 tarafından fosforile edilen Smo, β-arrestin ve mikrotübül motoru KIF3A23 ile birlikte PC'ye aktarılır. Konserde, siliyer uçta Gli2/3, Fused Suppressor (SUFU) ve Kif7'nin lokalizasyonu teşvik edilir ve azalmış Gli2/3 bölünmesi ile bağlantılıdır, böylece Gli2/3'ün aktivatör fonksiyonunu arttırır24,25. Bir kez aktive edildiğinde, Gli2 / 3, yalnızca bir aktivatör olarak işlev görebilen Gli1'in ekspresyonunu indükler ve böylece SHH yolu22'nin yanıtını yükseltir. SHH'nin Ptch1'e bağlanması, onkogenler (CDO), CDO'nun kardeşi (BOC), büyüme durmasına özgü 1 (GAS1) ve düşük yoğunluklu lipoprotein reseptörü ile ilişkili protein 2 (LRP2) tarafından CAM ile ilişkili / aşağı regüle edilerek kolaylaştırılır. Tersine, Kirpi ile etkileşime giren protein (HHIP), SHH ile doğrudan etkileşime girerek SHH'yi tecrit edebilir ve ayrıca SHH26 ile etkileşime girerek Ptch1 ile rekabet eder. Daha da önemlisi, GLI1, HHIP ve PTCH1, SHH yolu aktivasyonu üzerine kopyalanırken, son ikisi SHH yolunun negatif regülasyonuna katılır.
Önceki çalışmalar, SHH hedef genlerinin transkript seviyelerinin, farklı hücre tiplerinde önemli ölçüde değişebilmesine rağmen, SHH yolunu değerlendirmek için ölçülebileceğini göstermiştir27,28. SHH yolağı yanıtındaki bu tür bir varyasyon, muhtemelen PC'nin yokluğunda, hücre zarının aracılık ettiği PC aracılı SHH sinyallemesi ve SHH sinyalinin farklı kombinasyonlarına bağlanabilir. SAG, bu yöntemde, büyük ölçüde kirpikli olan seruma aç RPE1 hücrelerinde SHH sinyal aktivasyonunu taklit etmek için kullanılan bir Smo agonistidir. HHIP, GLI1 ve PTCH1 gibi SHH hedef genlerinin ve hedef olmayan bir gen SMO'nun transkript seviyeleri, kontrol ve SAG ile tedavi edilen hücrelerde qPCR kullanılarak ölçüldü ve SHH yolunun aktivasyonunu belirlemek için karşılaştırıldı. PC aracılı SHH sinyalini ölçmek için bu hücre kültürüne dayalı hassas testin başarılı bir şekilde gösterilmesi, primer silia fonksiyonu ile ilişkili biyomedikal araştırmalarda umut verici bir uygulama olduğunu göstermektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Hücre kültürü
2. Hücre büyümesi, serum açlığı ve SAG tedavisi
3. Hücre toplama
4. Toplam RNA ve cDNA'nın hazırlanması
5. Kantitatif PCR
6. Floresan mikroskobu kullanarak immün boyama ve görüntü elde etme
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
PC aracılı SHH sinyal iletim yolunun aktivasyonu, PC7'nin uygun işlevini anlamanın bir yoludur. Burada, SHH yolu hedef genlerinin nispi ekspresyonu, çoğunlukla kirpikli olan RPE1 hücrelerinde SHH yolunun SAG aracılı aktivasyonu üzerine RT-qPCR testi kullanılarak ölçülür. SHH yolunun doğrudan transkripsiyonel çıktıları GLI1 ve PTCH1, bu yol11'in aktivitesini ölçmek için sıklıkla kullanılır. Bu protokol aynı zamanda SHH yolu tarafından düzenlenen HHIP transkriptini de içerir....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
PC'nin işlevselliğini incelemek, siliasyon dinamiklerini ve PK'nin disfonksiyonu ile ilişkili hastalıkları veya bozuklukları anlamak için çok önemli bir adımdır. Siliyer belirteçler veya florofor etiketli siliyer yapısal bileşenler için immün boyama yoluyla siliyerin incelenmesinin yanı sıra, PC'nin işlevi yaygın olarak, floresan mikroskobu27,31 kullanılarak dokularda ve hücrelerde Smo'nun siliyer translokasyonunu ölçerek kanonik...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar, rekabet eden herhangi bir mali çıkarları olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Hindistan Hükümeti Biyoteknoloji Departmanı (DBT) tarafından SM'ye Ramalingaswami bursu ve Hindistan Hükümeti Bilim ve Mühendislik Araştırma Kurulu'ndan (SERB) araştırma bursu ile desteklenmektedir (CRG/2020/004042). PH Bursu, Hindistan Hükümeti Üniversite Hibe Komisyonu (UGC) tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, Cumhurbaşkanlığı Sağlık Bilimleri Enstitüsü RNABio Laboratuvarı'ndan Dr. Chandrama Mukherjee ve Bay Avik Mukherjee'ye sırasıyla qPCR cihazına erişim ve cihazla ilgili eğitim için içtenlikle teşekkür eder.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| DMSO, steril filtreli | Sigma | D2650 | |
| Eşek, anti-Fare IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | ThermoFisher Scientific | A21202 | |
| Eşek, anti-Tavşan IgG (H+L) Alexa Fluor 568 | ThermoFisher Scientific | A10042 | |
| Dulbecco'nun Modifiye Kartal Ortamı (DMEM) | Gibco, ThermoFisher Scientific | 41965039 | |
| Dulbecco'nun fosfat tamponlu salin (DPBS) | Gibco, ThermoFisher Scientific | 14190144 | |
| Fetal sığır serumu (FBS) | Himedia | RM1112 | |
| Floresan Mikroskobu, 60X objektif | Carl Zeiss ile donatılmıştır; | Axio gözlemci colibri 5 | |
| hTERT-RPE1 hücreleri | ATCC | CRL-4000 | |
| iScript cDNA Sentez Kiti | Bio-Rad Laboratuvarları | 1708891 | |
| Fare, monoklonal anti-asetillenmiş tübülin antikoru | Milipore Sigma-Aldrich | T7451 | Son seyreltme 1:1000 |
| Penisilin-Streptomisin, 100X | Gibco, ThermoFisher Scientific | 15140122 | |
| Kantitatif PCR makinesi, CFX 96 | Bio-Rad Laboratuvarları | ||
| Tavşan, poliklonal Arl13B antikoru | ProteinTech | 17711-1-AP | Son seyreltme 1:250 |
| Tavşan, poliklonal Cep135 antikoru | ProteinTech | 24428-1-AP | Son seyreltme 1:500 |
| SlowFade altın Antifade moutant | ThermoFisher Scientific | S36940 | |
| Yumuşatılmış Agonist (SAG) | Abmole | M4865 | Stok çözümü: DMSO'da, 5 mM |
| SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad Laboratuvarları | 1725271 | |
| TRIzol Reaktifi | Invitrogen | 15596026 | |
| TrypLE | Gibco, ThermoFisher Scientific | 12605028 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.