Bu protokol, maya hücresi döngüsü durdurma ve isteğe bağlı salım için iki yöntemi detaylandırır ve hücre döngüsüne bağlı süreçleri incelemek için floresan mikroskobunun kullanımını detaylandırır.
Method Article
* These authors contributed equally
Bu protokol, maya hücresi döngüsü durdurma ve isteğe bağlı salım için iki yöntemi detaylandırır ve hücre döngüsüne bağlı süreçleri incelemek için floresan mikroskobunun kullanımını detaylandırır.
Ökaryotik hücreler, DNA bakımı ve organel homeostazı dahil olmak üzere çeşitli süreçleri düzenleyen korunmuş bir hücre döngüsünü takip eder. Hücresel süreçleri hücre döngüsüne bağlı bir şekilde incelemek, deneysel sonuçları doğru bir şekilde yorumlamak için genellikle gereklidir. Omurgalı modelleri de dahil olmak üzere geniş bir organizma yelpazesinde kültürlenmiş hücrelerde hücre döngüsü senkronizasyonu üretmek için hücre döngüsüne bağlı süreçlerin incelenmesini sağlayan kimyasal ve genetik yöntemler mevcuttur. Bununla birlikte, model organizmalar arasında tomurcuklanan maya, özellikle sağlam senkronizasyon yöntemleri, kısa üretim süresi ve genetik izlenebilirliği nedeniyle hücre döngüsü analizi için bir güç merkezi olmaya devam etmektedir. Maya, çekirdek hücre döngüsü mekanizmasını diğer ökaryotlarla paylaşır ve bu da hücre döngüsü düzenlemesinde dönüm noktası niteliğindeki keşifleri mümkün kılar. Bu protokol, suş yapımı, kültür hazırlama ve mikroskopi dahil olmak üzere G1 tutuklama-serbest bırakma ve mitotik tutuklama-bırakma deneylerine odaklanarak mayada hücre döngüsü analizi yöntemlerini detaylandırır. Hücre döngüsü tutuklamaları ve floresan mikroskobu için uygun suşların üretilmesine yönelik PCR etiketleme yöntemleri sunulmaktadır. Peptit feromon α faktörü kullanılarak bir G1 tutuklaması elde edilir ve kısa yıkamalar senkron salınım ve hücre döngüsü ilerlemesi ile sonuçlanır. Numuneler, hücre döngüsüne salındıktan sonra farklı zaman noktalarında alınır ve mikroskopi için sabitlenir. İkinci bir yöntem, metafaz tutuklu bir popülasyon elde etmek için hücre döngüsü düzenleyicisi Cdc20'yi tüketerek ve ayrıca isteğe bağlı olarak anafaza salınarak maya hücrelerini mitozda durdurur. Numuneler sabitlenir ve serbest bırakma öncesi ve sonrası görüntüleme için hazırlanır ve görüntülenir ve analiz edilir. Görüntü analizi, hücre döngüsündeki proteinlerin dinamik lokalizasyonunu ve popülasyon bolluğu değişikliklerini kataloglamaya odaklanır. Bu senkronizasyon yöntemleri, çeşitli hücre döngüsü manipülasyonları için uygundur ve burada sabit hücrelerin görüntülenmesinde kullanımları vurgulanırken, canlı hücre görüntülemenin yanı sıra biyokimyasal ve moleküler analizler de dahil olmak üzere diğer birçok analiz için uyarlanabilirler.
Ökaryotik hücre bölünmesi, hücre döngüsü adı verilen bir program aracılığıyla yüksek oranda düzenlenir. Hücre döngüsünde meydana gelen yüksek oranda korunmuş ve dinamik süreçler, kendi içinde çalışmayı ilginç kılar, ancak aynı zamanda diğer hücre biyolojik süreçlerinin araştırmalarını bilgilendiren geniş kapsamlı çıkarımlara sahiptir - örneğin, birçok organel, hücre bölünmesi sırasında dramatik bir yeniden şekillenmeye uğrar ve birçok proteinin bolluğu ve lokalizasyonu, 1,2,3 boyunca yüksek oranda düzenlenir. Metazoan sistemlerinde, maya ile karşılaştırıldığında, daha çeşitli düzenleyici kinazlar ve proteinlerin yanı sıra metazoanlarda dış sinyalleşmeden ek girdiler de dahil olmak üzere bazı ek karmaşıklık katmanları bulunmasına rağmen, hücre bölünmesi genel olarak tüm ökaryotlarda 4,5 çok yüksek oranda korunur. Mayada hücre döngüsü ilerlemesi ve önemli düzenleyici adımlar hakkında önemli bilgiler oluşturan birçok temel çalışma yapıldı ve birçok nedenden dolayı hücre döngüsü ile ilgili soruları incelemek için son derece çekici bir organizma olmaya devam ediyor 6,7. Bunların başında, hücre döngüsünü manipüle etmek için mevcut olan, çeşitli aşamalarda tutuklamaya ve hücrelerin senkronizasyonuna olanak tanıyan çok çeşitli yöntemler gelir. Ek avantajlar arasında mayanın kısa hücre döngüsü (sıcaklık ve ortam koşullarına bağlı olarak ~90-150 dakika), genetik manipülasyon kolaylığı ve aksi takdirde vahşi tip bir bağlamda çalışmayı mümkün kılan çok çeşitli koşullu aleller yer alır.
Hücre döngüsünün farklı aşamaları boyunca ilerleme, her yerde bulunan Sikline bağımlı kinaz (Cdk), Polo benzeri kinaz ve Aurora kinazlar dahil olmak üzere birkaç anahtar kinazın aktivitesi tarafından yönlendirilir. Hücre döngüsü kontrol noktaları, hücre döngüsü boyunca ilerlemeyi düzenleyerek, belirli koşullar karşılanmadıkça hücrelerin bir sonraki bölünme aşamasına geçmemesini sağlar 8,9. Bu kontrol noktaları ve düzenledikleri geçişler, araştırmacılar tarafından uzun süreli tutuklama veya bir hücre popülasyonunu senkronize etmek için geçici tutuklama ve serbest bırakma elde etmek için ele geçirilebilir (Şekil 1). Örneğin, hücre döngüsü taahhüt kontrol noktası (Kısıtlama noktası veya mayada başlangıç), hücrenin DNA replikasyonuna10 başlamadan önce bölünmeye devam etmek için yeterli besine sahip olmasını sağlar. Bu kontrol noktası, hücre döngüsü ile etkileşime giren maya çiftleşme programından yararlanarak bir G1 tutuklaması elde etmek için haploid mayada manipüle edilebilir. Ekmek mayasında (Saccharomyces cerevisiae), haploid hücreler, genetik olarak bir çiftleşme tipi lokus tarafından belirlenen MATa veya MATα olmak üzere iki çiftleşme tipinden birine sahiptir. Bir çiftleşme tipindeki maya, diğer çiftleşme tipinin çiftleşme feromonuna duyarlıdır ve Cln1/2-Cdk kompleksine bağlanarak ve aktivitesini bloke ederek hücre döngüsü girişini önleyen Cdk inhibitörü Far1'i nihai olarak fosforile eden ve stabilize eden bir MAP kinaz sinyal kaskadını aktive ederek yanıt verir 11,12,13. Çiftleşme feromonlarına yanıt veren hücreler, bir çiftleşme projeksiyonu veya shmoo'nun varlığı ile görsel olarak belirlenebilir (Şekil 1). Böylece, bir G1 tutuklaması elde etmek için MATa hücrelerinin kültürlerine kimyasal olarak sentezlenmiş α faktörü eklenebilir. Araştırmacıların maya hücrelerini senkronize etmek için hedefleyebilecekleri bir başka hücre döngüsü geçişi, metafazdan anafaza geçiştir. Mitoz sırasında, İş Mili Düzeneği Kontrol Noktası (SAC), kinetokorların mikrotübüllere bağlanmasını izler ve bağlanmamış kinetokorlar tespit edildiğinde aktivatörü Cdc20'yi sekestre ederek anafazı teşvik eden kompleksi/siklozomu (APC/C) inhibe eder. APC/C, anafaz girişi için gerekli olan bir E3 ligaz kompleksidir. SAC tatmin edildiğinde, Cdc20 daha sonra APC/C'yi bağlar ve APC/C, başta securin ve siklin B olmak üzere çeşitli proteinleri her yerde bulunur, bu da onları bozunma için hedefler ve kromozom ayrımını ve mitotik çıkışıdestekler 14,15. Cdc20'nin kendisi SAC'nin bir bileşeni olmasa da, inhibisyonu SAC aktivasyonunun hedefidir; bu nedenle, metafazda bir maya kültürünü durdurmak için Cdc20'nin indüklenebilir tükenmesinden yararlanılabilir (Şekil 1)16.
Bu protokol, iki maya hücre döngüsü manipülasyonu yöntemini ve ayrıca her yöntemin örnek bir uygulamasını kapsar. İlkinde, G1'deki hücreleri tutuklamak için α faktörü kullanılır, ardından hücreleri tutuklamadan serbest bırakmak için bir yıkama adımı izlenir ve bu da senkron hücre döngüsünün yeniden girişiyle sonuçlanır. Senkronize hücreler tüm hücre döngüsü boyunca devam edecek ve araştırmacıların her hücre döngüsü aşamasındaki hücreleri izlemesine ve incelemesine olanak tanıyacak. Bu yöntemde, ilgilenilen GFP etiketli bir protein olan Stu2'nin dinamik lokalizasyonu baştan sona izlenir ve mitotik iğ ile ilişkisi izlenir. Bu yöntem aynı zamanda mitotik iğ uzunluğunun ölçülmesini sağlayan ve hücre döngüsü ilerlemesi17 için mükemmel bir vekil olan etiketli bir iğ direği gövdesi (SPB) bileşeni olan Spc110-mCherry'den yararlanır. Bu yöntem, hücre döngüsünün durdurulması ve serbest bırakılmasının hücre popülasyonlarının senkronizasyonunu nasıl mümkün kıldığını ve hücre döngüsü boyunca bir proteinin veya ilgilenilen başka bir bileşenin incelenmesini nasıl kolaylaştırdığını gösterir.
İkinci yöntemde, oksin ile indüklenebilir bir degron (AID) sistemi18 kullanılarak Cdc20'nin tükenmesi yoluyla bir mitotik tutuklama gerçekleştirilir. TIR1'i (bitki kökenli bir F-box proteini) eksprese eden hücrelerde, AID etiketine sahip herhangi bir protein, oksin ilavesi üzerine her yerde bulunacak ve bozulacaktır. Burada, Cdc20'nin indüklenebilir bozunmasını sağlamak için AID etiketli bir Cdc20 kullanıyoruz, böylece metafazda bir durmaya neden oluyoruz. Bu hücre popülasyonu daha sonra, etiketli kinokor proteini Mtw1-mCherry'yi referans belirteç olarak kullanarak, etiketli SAC bileşeni Bub1-GFP'nin kinetokorlara alınması için izlenir. Bub1, kinetokorlarda SAC'den bağımsız roller oynamasına ve erken mitozda kinetokorlara lokalize olmasına rağmen, tutuklanmış hücrelerdeki kalıcı kinetokor lokalizasyonu, uygun olmayan kinetokor-mikrotübül bağlantılarına işaret eder19. Bunu, hücreleri, kinetokor-mikrotübül bağlantılarını bozan mikrotübül zehiri nokodazol ile tedavi ederek gösterdik. Bu deney, farklı bir hücre döngüsü fazına özgü süreçlerin, yüksek düzeyde ayarlanabilir tutuklama yöntemleri kullanılarak nasıl incelenebileceğini vurgulamaktadır. Ayrıca, oksinin cdc20-AID kültürlerinden yıkanabileceğini, anafaza salınıma ve yeni bir hücre döngüsüne girişe izin verebileceğini gösterdik, ancak deneyimlerimize göre, bu kültürler α faktörlü bir tutuklama-salınım kadar eşzamanlı olarak salınmıyor. Bu iki tutuklama-serbest bırakma yöntemi hem etkili hem de uygulanması kolaydır, ancak mayadaki araştırmacılar için farklı hücre döngüsü aşamalarında hücreleri tutuklamak için birçok başka yöntem mevcuttur 20,21,22,23. Bu yöntemlerin daha fazla ayrıntısı Tartışma'da bulunabilir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Hücre döngüsü analizi ve görüntüleme için suşların oluşturulması
2. Maya kültürü ve hücre döngüsü senkronizasyonu: α faktörlü tutuklama-serbest bırakma
3. Maya kültürü ve hücre döngüsü senkronizasyonu: Cdc20 tükenme durdurma-serbest bırakma
4. Maya fiksasyonu
5. Slaytları görüntüleme için hazırlama
6. Görüntüleme
7. Görüntü analizi
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Floresan mikroskobu ile hücre döngüsüne bağlı protein lokalizasyonundaki değişikliklerin analiz edilmesi, burada açıkladığımız yöntemler kullanılarak kolayca gerçekleştirilebilir. Grubumuz uzun zamandır mitotik milin dinamik düzenlenmesi ve işleviyle ilgilenmektedir. Mayada, iğ kutup gövdeleri (bileşen Spc110 ile işaretlenmiştir), mitotik iğin30 yapisini olusturmak için mikrotübül filamentlerinin yayildigi mikrotübül düzenleme merk...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Tomurcuklanan mayada hücre döngüsü senkronizasyonunun kullanılması, çeşitli hücresel süreçler için önemli mekanizmaların incelenmesini sağlar. G1 tutuklama salımlarının α faktörlü tedavi ile kullanılması, hücre döngüsünün aşamaları boyunca bir hücre popülasyonunun senkronize ilerlemesine izin verir ve gösterdiğimiz gibi, Stu236 gibi hücresel düzenleyicilerin dinamik lokalizasyon modellerini ortaya çıkarabilir. Hücre döngüsü tutuklamaları, metafazdaki hücreleri dur...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar herhangi bir rakip mali çıkar beyan etmemektedir.
Delta Vision mikroskop tesisini koruduğu için Utah Üniversitesi Hücre Görüntüleme Çekirdeğine teşekkür ederiz. Bu çalışma kısmen NIH hibeleri F31CA2717405 (MGS'ye) ve T32GM141848 (MGS ve TCS'ye), 5 For the Fight (MPM'ye), Pew Biomedical Scholars (MPM'ye) ve NIH hibe R35GM142749 (MPM'ye) tarafından desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| ?-etken | Utah Üniversitesi Çekirdek Sentez Tesisi | Dizili: WHWLQLKPGQPMY | |
| 1.5 mL Eppendorf Tüpleri | Axygen | MCT-175-C | |
| 10mM dNTP karışımı | Termo Bilimsel | R0193 | |
| 50 mL konik borular | Greiner Bio-One | 227 261 | |
| 5x Phusion HF reaksiyon tamponu | New England BioLabs | B0518S | |
| Asetik Asit, Buzul | Fisher Chemical | BP2401C-212 | |
| Adenin hemisülfat tuzu | Sigma-Aldrich | A9126-100G | |
| Agar, Granüllü | Apex Kimyasalları ve Reaktifleri | 20-275 | |
| agaroz | Apex Bioresearch Ürünleri | 20-102GP | |
| Otoklav Amsco Yüzyıl Buharlı Sterilizatör | Steris | SV-1262 | |
| otoklavlanmış DI su | |||
| Auxin | Sigma-Aldrich | Cat#I3750-5G-A; CAS: 87-51-4 | |
| Cargille Lazer Sıvısı | Cargille Laboratuvarları | 20130 | |
| D-Sorbitol | Sigma-Aldrich | S1876-500G | |
| DAPI (40, 6-Diamidino-2-Fenilindol, Dihidroklorür) | Moleküler Problar | Cat#D1306 | |
| Somon testislerinden alınan deoksiribonuklein asit sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | D1626 | |
| Dekstroz | Fisher Chemical | D16-10 | |
| Disodyum Etilendiamin Tetraasetat | Fisher Chemical | S811-10 | |
| DMSO | Termo Bilimsel | 20688 | |
| FIJI/ImageJ2 vs 2.14.0/1.54f | ImageJ2 | https://imagej.net/software/fiji/ | |
| Sabit Hızlı Vortex Mikser | VWR | https://dabos.com/product/vortex-mixers-vwr-fixed-speed-vortex-mixer-00001-24763?srsltid=AfmBOoo5TH0aoExvrrrphDaFt8XAsDqLvkjxtEUj1QWlFbWh7_gwzMObLT4&gQT=2 | |
| Floresan mikroskop DV Ultra | Leica | https://www.leica-microsystems.com/c/am/lsr-w/fluorescence-microscope-wf/?nlc=20250214-SFDC-022570&utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=25-AM-LSR-L3-LSPO-LSWF-SE-Google-Ads-WF-Thunder-Search&utm_content=text_ad&utm_term=fluorescence%20microscopes&gad_source=1&gad_campaignid=170130111&gbraid=0AAAAADrbsAF-dGDbxzgT8m_cvXSlf4BB0&gclid=CjwKCAjwmenCBhA4EiwAtVjzmkMJUGFksaHezZvlBUlbbS1tR8RqXP24dbSRzcRgTT8RmJy7nyeThBoC3yQQAvD_BwE | Seri #: NV01063. Artık desteklenmiyor |
| Formaldehit | Fisher Chemical | Cat#F79-500 | |
| Jel Cihazı | Termo Bilimsel | Baykuş Kolay Döküm B1 | |
| GeneRuler DNA Merdiven Karışımı | Fermentalar | SM0333 | |
| cam boncuklar | Fisher Scientific | 11312A | |
| Cam Kaydıraklar | VWR | 48300-026 | |
| Innova 2300 Platform Shaker | New Brunswick | NB-2300 | |
| Kimwipe | Kimtech | 06-666 | |
| 1.5 mL tüpler için laboratuvar santrifüj | Eppendorf | 2525 | |
| 50 mL tüpler için laboratuvar santrifüj | Eppendorf | 5804 | |
| Lityum asetat dihidrat | Sigma-Aldrich | L4158-250G | |
| Master cycler nexus X2 | Eppendorf | https://www.eppendorf.com/us-en/Products/PCR/Thermocyclers/Mastercycler-nexus-X2-p-PF-82586 | |
| Mikro-pipetler p2, p20, p200 ve p1000 ile ilgili uçlar | Rainin | L-2XLS+R, L-20XLS-R, L-200XLS-R, L-1000XLS-R | |
| Mikroskop Kapak Camı | Fisher Scientific | 12541014 | |
| Nokodazol | Calbiochem | Cat#487928; CAS: 31430-18-9; Lot#B35705 | |
| Turuncu G | Sigma-Aldrich | O7252 | |
| PİM | Hampton Araştırmaları | HR2-591 | |
| Peptone granüllü | Fisher Biyoreagentleri | BP9725-5 | |
| Füzyon HF DNA Polimeraz | New England BioLabs | M0530L | |
| Pipet-X | Rainin | PX-100R | |
| Potasyum fosfat, dibazik | Termo Bilimsel | 424195000 | |
| Potasyum fosfat, monobazik | Termo Bilimsel | 424200025 | |
| Güç kaynağı | Bio-Rad | 23786 | |
| Başlat Ultra 1.2.2 Edin. | softWoRx Cytiva | DV Ultra ile Elde Edin | |
| Tris Üssü | Fisher Biyoreagentleri | BP152-10 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| Tüp rotatörü | VWR | 10136-084 | |
| su banyosu | VWR | WBE10A11B | |
| Su, Ultra Saf | Apex Bioresearch Ürünleri | 18-194 | |
| Maya Ekstraktı Granüllenmiş | Fisher Biyoreagentleri | BP9727-5 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission