15 Haziran 2017
Bu protokol, hücre farklılaşması ve Xenopus embriyonik gelişimi sırasında mitojenle aktive protein kinaz (MAPK) aktivitesini modüle etmek için bir optogenetik strateji tanımlamaktadır. Bu yöntem, yüksek mekansal ve zamansal çözünürlüğe sahip Xenopus embriyoları gibi memeli hücre kültüründe ve çok hücreli canlı organizmalarda MAPK sinyal yolağının geri dönüşümlü aktivasyonuna izin verir.
Bu deneyin genel amacı, sağlam hücrelerde ve Xenopus embriyolarında mitojenle aktive olan protein kinaz sinyal yolunu kontrol etmek için ışık kullanmaktır. Bu yöntem, kinaz aktivitesinin zamansal modülasyonlarının hücre farklılaşması ve embriyonik gelişim sırasında kendi kaderini tayin etmeyi nasıl düzenlediği gibi hücresel ve gelişimsel biyolojideki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, mitojenle aktive olan protein kinaz aktivitesinin, sağlam hücrelerde ve gelişmekte olan embriyolar gibi çok hücreli organizmalarda geri dönüşümlü olarak kontrol edilebilmesidir.
Bu yöntem, Xenopus embriyonik gelişmeleri sırasında sinyal kinetiği hakkında bilgi sağlayabilir. Sokotra, zebra balığı veya fare gibi diğer model sistemlere de uygulanabilir. Bugün, laboratuvarımdan bir yüksek lisans öğrencisi olan Vishnu Krishnamurthy prosedürü gösterecek.
Ve laboratuvarımda bir post-star olan Aurora Turgeon, Xenopus embriyolarında yer alan tüm prosedürleri gösterecek. İlk olarak, 60 mm'lik bir petri kabında steril PLL kaplı bir kapak kızağı üzerine bir otoklavlanmış steril PDMS odası yerleştirerek hücre kültürü cihazını monte edin. Daha sonra, pHK21 hücrelerini 6 oyuklu bir doku kültürü plakasının bir oyuğundan ayırmak için 0,5 mL% 0,25 tripsin kullanın.
Hücre yoğunluğunu hemositometre ile saydıktan sonra, 200 mikrolitre hücre kültürü ortamında 20.000 hücre ile odayı tohumlayın. Hücre kaplamasından 24 saat sonra, hücreleri üreticinin protokolüne göre 50 ila 100 nanogram CRY2-mCherry-Raf1 2A2CIBMG PCaA X plazmidi ile transfekte edin. Transfeksiyondan üç saat sonra, ortamı 200 mikrolitre taze kültür ortamına değiştirin ve kültürü 37 santigrat derece ve yüzde beş karbondioksit inkübatörde inkübe ederek hücrelerin gece boyunca iyileşmesine izin verin.
Ertesi gün, önce hücre kültürü ortamını 200 mikrolitre karbondioksitten bağımsız ortamla değiştirerek optogenetik indüksiyon ve görüntülemeye başlayın. Ardından veri toplama protokolünü ayarlayın. Optogenetik stimülasyon için 488 nonmetre uyarma FITC kanalını ve mCherry etiketli proteinin hücresel lokalizasyonunu izlemek için 561 nanometre uyarma CRITC kanalını seçin.
Objektif penceresinin yakınına bir güç ölçer yerleştirerek mavi ışığın gücünü ölçün. CIBN CRY2-PHR ilişkisini indüklemek için toplam iki mikrowatt'lık bir güç yeterlidir. Beş saniyelik aralıklarla bir zaman damgası alımı ayarlayın.
Ve iki dakikalık toplam edinme süresi. Hedef penceresine uygun dizin eşleştirme malzemesini uygulayın. Hücre odasını mikroskop tablasına yerleştirin ve göz merceklerini kullanarak lamel yüzeyindeki hücrelere odaklanmak için parlak alan modunu kullanın.
Ardından, yeşil ışık altında transfekte edilmiş bir hücreyi bulmak için mikroskop aşamasını hareket ettirin. Hem FITC hem de CITC kanallarında bir dizi zaman damgalı görüntü kaydedin. Temel örnek görüntü, plazma zarı üzerinde lokalize CIBNGPCAAX'ı göstermektedir.
Bu, mavi ışık simülasyonundan önce CRY2 mCherry raf1'in bir anlık görüntüsüdür, oysa bu görüntü, on mavi ışık stimülasyonu darbesinden sonra CRY2 mCherry raf'ın bir anlık görüntüsünü göstermektedir. Ton mavisi LED'leri iki devre tahtasına yerleştirerek ve akım sınırlama dirençlerine bağlayarak LED dizisini oluşturun. Breadboard'ları alüminyum bir kutuya yerleştirin.
Kartları güç kaynağına bağlamak için iki metal kablo yerleştirin. Işık kutusu bir karbondioksit inkübatörünün içine yerleştirildiğinde telin uzunluğunun yeterli olduğundan emin olun. Ardından, ışık kutusunun kapağı olarak işlev görmesi için şeffaf bir ışık difüzörü yerleştirin.
Son olarak, her bir LED'in güç çıkışını bir dizi voltaj girişinde kalibre edin. 24 saatlik PC12 hücre farklılaşma testi için santimetre kare başına iki miliwatt sıfır noktası gücü kullanın. LED dizisini yüzde beş karbondioksit ile desteklenmiş 37 derecelik bir inkübatöre yerleştirin.
Metal kabloları kullanarak güç kaynağına bağlayın ve LED'in gücünü santimetre kare başına iki miliwatt sıfır noktasına ayarlayın. Transfekte edilmiş PC12 hücreleri içeren 12 oyuklu plakayı LED dizisinin penceresine yerleştirin. Plakayı, her kuyu tamamen aydınlatılacak şekilde hizalayın.
24 saat boyunca sürekli ışık aydınlatması uygulayın. Farklılaşmış hücreleri görüntülemek için, tek anlık görüntü veri alımını ayarlayın. Hem GFP hem de TexasRed kanalları için 200 milisaniye kullanın.
Hem GFP hem de TexasRed kanallarında transfekte edilmiş hücrelerin görüntülerini yakalayın ve dosyaları veri analizi için kaydedin. Bu prosedüre, cam kılcal damarları bir kılcal çektirme ile çekerek RNA mikroenjeksiyonu için iğneler üreterek başlayın. Jöle kaplamayı, 15 dakika boyunca 0.2 XMMR'de seyreltilmiş yüzde üç sistein ile muamele ederek embriyolardan çıkarın.
Embriyoları yüzde üç polisakaroza ve mikroenjeksiyon için sıfır nokta beş XMMR çözeltisine aktarın. Her embriyoya bir nanogram CRY2-mCherry-Raf1-2A-2CIBN-GFP-CaaX RNA'ya 500 pikogramı doğru bir şekilde enjekte edin. Daha sonra mikroenjekte edilen embriyoları oda sıcaklığında mikroenjeksiyon solüsyonunda kültürleyin.
Embriyolar med gastrula aşamasına ulaştığında, onları 0.2x MMR çözeltisine aktarın ve istenen gelişim aşamasına kadar kültüre devam edin. Ardından, mavi ışık tedavisi için 12 oyuklu plakayı ev yapımı LED dizisine yerleştirin. Embriyoların tam mavi ışıkla aydınlatılmasını sağlamak için 12 oyuklu plakanın üzerine bir ayna yerleştirin.
İstenilen süre mavi ışığa maruz kaldıktan sonra histolojik, western blot veya gen ekspresyon analizi için embriyoları hasat edin. Bu görüntü, santimetre kare başına iki miliwatt sıfır noktasında 24 saatlik mavi ışık stimülasyonundan sonra CRY2-2A-2CIBN ile aktarılan PC12 hücrelerinin çok kanallı anlık görüntülerini göstermektedir. Hem GFP hem de mCherry muhabirleri görülüyor.
Daireler farklılaşmış hücreleri, kareler ise farklılaşmamış hücreleri işaretler. Burada hücreler, mavi ışık stimülasyonu kullanılmaması dışında, önceki görüntüdekilerle aynı şekilde muamele edildi. Herhangi bir farklılaşma görülmez.
Bu hücreler, yapısal olarak aktif bir raf1 olan raf1 GFPCaaX ile transfeksiyondan sonra temsili sonuçlar gösterir. Daireler ve dikdörtgenler sırasıyla farklılaşmış ve farklılaşmamış hücreleri işaretler. Bu histogram, CA-Raf1 ile transfekte edilen, CRY2 mCherry raf1 ve CIBN GFP Caax ile birlikte transfekte edilen ve CRY2A 2CIBN ile tek başına transfekte edilen PC12 hücrelerinin farklılaşma oranlarını gösterir.
Sadece mavi ışığa maruz kalan hücreler önemli farklılaşma gösterdi. Bu görüntü, MRNA enjeksiyonu yapılmadan ve ışık tedavileri yapılmadan normal Xenopus embriyolarının morfolojisini göstermektedir. Bu görüntü, CRY2 2A2CIBN MRNA enjekte edilen ve mavi ışık stimülasyonuna maruz kalan embriyoları göstermektedir.
CRY2 2A2CIBN enjekte edilen embriyoların mavi ışıkla tedavi edilmesiyle raf1'in aktivasyonu, baş bölgesinde ektopik kuyruk benzeri yapıları indükler. Bu prosedürü takiben, mitojenle aktive edilen protein kinaz yolunun aşamaya özgü aktivasyonunun gen ekspresyonunu nasıl düzenlediği gibi ek sorular cevaplanabilir. Bu optogenetik yöntem, benzer aktivasyon mekanizmalarına sahip diğer sinyal yollarını kontrol etmek için genelleştirilebilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Bu protokol, hücre farklılaşması ve Xenopus embriyonik gelişimi sırasında mitogen-aktive protein kinaz (MAPK) aktivitesini modüle etmek için bir optogenetik stratejiyi tanımlar. Bu yöntem, memeli hücre kültüründe ve Xenopus embriyoları gibi çok hücreli canlı organizmalarda MAPK sinyal yolağının tersine çevrilebilir aktivasyonunu yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükle sağlar.
Reversible control of kinase signaling addresses a critical bottleneck in target validation by enabling precise interrogation of pathway dynamics in physiologically relevant systems. This optogenetic approach enhances predictive confidence in early discovery by linking transient MAPK modulation to differentiation outcomes in mammalian cells and vertebrate embryos. The method supports mechanistic de-risking prior to lead identification by providing quantitative, temporally resolved readouts of kinase activity.
The method integrates into early discovery workflows by providing a tunable input for pathway interrogation before committing to compound screening or lead optimization.