Ce protocole décrit comment générer une lignée cellulaire de drosophile S2 sensible aux inhibiteurs de petites molécules de kinésine-5. L’utilisation de ces cellules dans un test de correction d’erreur basé sur les cellules est également décrite.
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Ce protocole décrit comment générer une lignée cellulaire de drosophile S2 sensible aux inhibiteurs de petites molécules de kinésine-5. L’utilisation de ces cellules dans un test de correction d’erreur basé sur les cellules est également décrite.
Les kinétochores sont de grandes structures à base de protéines qui s’assemblent sur des centromères pendant la division cellulaire et lient les chromosomes aux microtubules fusiformes. La bonne distribution du matériel génétique exige que les kinétochores sœurs de chaque chromosome deviennent biorientées en se fixant aux microtubules des pôles fusiformes opposés avant de progresser vers l’anaphase. Cependant, les états d’attachement erronés et non bia-orientés sont courants et il existe des voies cellulaires pour détecter et corriger ces attachements pendant la division cellulaire. Le processus par lequel les interactions inappropriées entre les kinétochores et les microtubules sont déstabilisées est appelé correction d’erreur. Pour étudier la correction d’erreurs dans les cellules vivantes, des attaches incorrectes sont générées à dessein par l’inhibition chimique du moteur de la kinésine-5, ce qui conduit à l’assemblage monopolaire du fuseau, et la transition de la mauvaise orientation à la biorientation est observée après le lavage du médicament. Le grand nombre de chromosomes dans de nombreux types de cellules de culture tissulaire modèle pose un défi pour l’observation des événements de correction d’erreurs individuels. drosophile Les cellules S2 sont de meilleurs sujets pour de telles études car elles ne possèdent que 4 paires de chromosomes. Cependant, les inhibiteurs de la kinésine-5 à petites molécules sont inefficaces contre la kinésine-5 de la drosophile (Klp61F). Nous décrivons ici comment construire une lignée cellulaire de drosophile qui remplace efficacement Klp61F par la kinésine-5 humaine, ce qui rend les cellules sensibles à l’inhibition pharmacologique du moteur et apte à être utilisée dans le test de correction d’erreur basé sur les cellules.
L'égalité de ségrégation du génome pendant la division cellulaire nécessite des interactions entre l'ADN correctes et broche microtubules répliquées. Microtubules interagissent physiquement avec des chromosomes à travers un ensemble de protéines qui se réunit à centromères connus sous le nom kinetochore 1. La distribution correcte des chromosomes exige que cinétochores sœurs sont bi-orienté, dans lequel chaque sœur est associée à des microtubules provenant opposées pôles du fuseau. Kinetochore microtubules (kt-MT) les pièces jointes qui ne sont pas dans la conformation biorienté sont rapidement et efficacement déstabilisé de fournir l'occasion d'établir biorientation dans un processus connu sous le nom de correction d'erreur. Un essai de correction d'erreur qui a été précédemment mis en place dans des cellules de mammifère 5 nécessite l'assemblage des fuseaux monopolaires utilisant des inhibiteurs de petites molécules contre réversibles Eg5 (kinésine-5). Le traitement de la toxicomanie génère une multitude de pièces jointes syntelic erronées dans lequel botcinétochores h sœurs attachent à la même pôle broche. Un lavage subséquent du médicament permet une visualisation du processus de correction d'erreur. L'essai de correction d'erreur peut être fait en présence d'inhibiteurs de petites molécules ou des passes rabattues pour étudier la contribution des protéines candidates à corriger erronées pièces jointes kt-MT.
La capacité à visualiser la correction d'erreurs dans les cellules vivantes est un outil puissant pour mieux comprendre le mécanisme moléculaire impliqué dans ce processus complexe. Toutefois, le grand nombre de chromosomes présents dans la plupart des lignées de cellules constitue un défi en observant individuelles jointes kt-MT. Des cellules de Drosophila S2, il est idéal pour l'application de l'essai de correction d'erreur, car ils contiennent aussi peu que quatre chromosomes 6, mais de petites molécules inhibitrices de kinésine 5 tels que S-trityl-L-cystéine (STLC) et Monastrol 7-9 ne touchent pas ensemble broche ou kinésine-5 fonction motrice dans les cellules de drosophile. Nous avons donc genresTed une lignée de cellules de Drosophila S2 exprimant kinésine-5 humain sous un promoteur inductible qui est sensible à la kinésine-5 inhibiteurs. Ce protocole décrit comment le knockdown endogène Drosophila kinésine-5 homologue, Klp61F, et en utilisant cette lignée cellulaire dans l'essai de correction d'erreur basé sur des cellules.
1. Les cellules transfectant S2
2. Interférence ARN
3. imagerie de cellules vivantes
4. Correction d'erreur de dosage
Klp61F est nécessaire pour former des broches bipolaires. La kinésine-5 humaine, Eg5, peut sauver la fonction de Klp61F dans des cellules de Drosophila S2 (figure 1A et D). Lors de l'addition de l'inhibiteur de la kinésine-5 (STLC), le niveau de la chute de moteur (Figure 1B et E), et les effondrements de broche associées aux microtubules, ce qui entraîne un monopôle (Figure 1C et F) dans des cellules manquant endogène Klp61F sur l'ARNi réussi (film supplémentaire 1). Il est à noter que les broches bipolaires effondrement lors de l'addition de STLC dans les cellules S2 humanisés kinésine-5 parce que l'activité ne soit pas nécessaire pour maintenir la bipolarité de la broche dans les cellules humaines. Cet écart peut être intéressant en raison de différences de chevauchement et / ou la stabilité des microtubules interpolaire dans les deux systèmes modèles 14. Kinesin-5 inhibition (figure 2A et E) peuvent être Rêve RSED par lavage de la drogue et de la récupération d'un fuseau bipolaire peuvent être suivies au fil du temps. Lors du retrait de l'inhibiteur (figure 2B et F), Eg5-mCherry nouveau associés avec les microtubules comme un bipolaires assemble de broche (figure 2C et G), et les cellules peut évoluer vers une anaphase bipolaire (figure 2D et H, film supplémentaire 2 ).

Figure 1. Ajout de 1 uM STLC conduit à des fuseaux monopolaires dans les cellules S2 de drosophile. Des images représentatives de l'imagerie time-lapse d'une cellule de Drosophila S2 exprimant Eg5-mCherry (AC) et GFP-α-tubuline (DF) pendant plus de 1 pm STLC. L'inhibiteur Eg5 a été ajouté à 3 min. Barre d'échelle = 5 um. Timestamp = min: sec. w.jove.com/files/ftp_upload/53594/53594fig1large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2. A bipolaires des réformes de la broche lors du retrait de STLC. Des images représentatives de l'imagerie time-lapse d'une cellule de Drosophila exprimant 2 Eg5-mCherry (AD) et GFP-α-tubuline (EH) lors d'une expérience STLC de lavage. STLC a été emporté à 5 min. A bipolaires réformes de broche à moins de 1 h de retirer le STLC. Barre d'échelle = 5 um. Timestamp: min. Sec S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

ww.jove.com/files/ftp_upload/53594/addin.mov "target =" _ blank "> Film supplémentaire 1. (clic droit pour télécharger). Widefield imagerie de fluorescence d'un exemple représentatif d'une cellule de Drosophila S2 exprimant Eg5-mCherry ( à gauche) et GFP-α-tubuline (à droite). 1 uM STLC a été ajouté à 2 min, et les formes de la broche un monopôle à moins de 10 minutes après l'addition de l'inhibiteur. Les images ont été acquises toutes les 1 mn pris à raison de 10 images par seconde. La barre d'échelle = 5 um.

Film supplémentaire 2. (clic droit pour télécharger). D'imagerie de fluorescence Widefield d'un exemple représentatif d'une cellule de Drosophila S2 exprimant Eg5-mCherry (à gauche) et GFP-α-tubuline (à droite). Médias contenant 1 uM STLC a été enlevé etrincés à 5 min. A bipolaires réformes de broche à moins de 1 h d'éliminer l'inhibiteur. Les images ont été acquises chaque 1 min et ont joué à une vitesse de 10 images par seconde. Barre d'échelle = 5 um.
Visualisation correction d'erreur est une technique précieuse pour étudier les étapes impliquées dans ce processus cellulaire importante et complexe. Pour ce faire, les pièces jointes erronées sont générées en utilisant des inhibiteurs réversibles, et la correction d'erreur est observée sur lavage de la drogue. Cet essai a été développé à l'origine en utilisant des cellules de culture de tissu de mammifère 5. Cependant, la présence d'un grand nombre de cinétochores dans de nombreux types de cellules de mammifères modèle pose un défi à l'observation des événements individuels de correction d'erreur. Des cellules de Drosophila S2 possèdent aussi peu que 4 paires de cinétochores, ce qui en fait une lignée cellulaire plus préférable pour l'observation de correction d'erreur. Cependant, un inconvénient majeur est que de nombreux inhibiteurs ne sont pas efficaces dans des cellules S2 de Drosophila. Ainsi, la capacité de générer une lignée de cellules de Drosophila S2 humanisé exprimant kinésine-5 humaine constitue un outil précieux pour étudier la correction d'erreur.
Bien que les cellules S2 de Drosophila peuvent être unmeilleure lignée cellulaire pour étudier la correction d'erreur, les multiples étapes nécessaires à l'obtention de la lignée cellulaire et abattre des gènes essentiels pose des défis à cette technique. Par exemple, l'efficacité de transfection peut être très faible. Si moins de 20% des cellules expriment la Eg5-mCherry, la transfection doit être répété que le processus de sélection prendra plus de temps. En outre, le pourcentage de cellules exprimant deux protéines fluorescentes peut diminuer au fil du temps. Ceci peut être surmonté en fractionnant des cellules en présence de HCl et la blasticidine S hygromycine B pour sélectionner des cellules exprimant Eg5-mCherry et GFP-α-tubuline, respectivement. Il est également important de noter que les cellules S2 de Drosophila ont orthologues de nombreuses protéines humaines et; par conséquent, il est essentiel d'optimiser les conditions démontables pour les protéines endogènes. Knockdown conditions optimales peuvent varier de la quantité de l'ARN double brin et la durée du traitement. Considérant l'émergence et l'amélioration rapide de CRISPR-cas9 technologies 15 à 17, la génération d'une lignée de cellules de Drosophila avec le gène remplacé par Klp61F Eg5 humain présente une alternative puissante que permettrait de surmonter les limitations de l'approche et la transfection effet de choc. Notre travail démontre que la mouche à humain remplacement d'un gène doit être une option viable dans ce cas, bien que les réactifs nécessaires pour le faire dans les cellules S2 de drosophile sont actuellement en cours d'élaboration.
Ce procédé ne se limite pas à Eg5, mais peut être appliquée pour étudier la fonction d'autres protéines d'intérêt. Si l'utilisation d'inhibiteurs qui ont déjà été mis en place pour être inefficace dans les cellules S2 de drosophile, ce protocole peut être modifié pour étudier l'effet direct des inhibiteurs dans des cellules vivantes, sans crainte des effets hors cible. La lignée cellulaire produit en utilisant ce protocole pourrait également être utilisé dans le criblage à haut débit des analyses pour identifier les médicaments potentiels ciblant les protéines impliquées dans la correction d'erreur.
Les auteurs déclarent qu'ils ont aucun intérêt financier concurrentes.
Nous tenons à remercier Patricia Wadsworth pour le don de la kinésine-5 construction. Ce travail a été soutenu par une subvention du NIH (5 R01 GM107026) de TJM et par une subvention de recherche n ° 5 FY13-205 de la Mars de Dimes Foundation de TJM, ainsi que le soutien de la Fondation Charles H. capot, Inc., Boston, MA. à TJM
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Réactif de transfection d’effectine | Qiagen | 301425 | |
| Klp61F cDNA | Drosophila Genomic Resource Center | 13690 | Nom du gène LD15641 |
| Schneider' s Media | Invitrogen | 21720-024 | |
| Sérum de veau fœtal, certifié | Invitrogen | 10082-147 | Inactivé par la chaleur, origine américaine |
| Sulfate de cuivre(II) (CuSO4) | Sigma | C8027-500G | 500 ; mM stock |
| S-trityl-L-cystéine | Sigma | 164739-5G | 1 ; stock mM de DMSO |
| Blasticidin HCl | Invitrogen | R21001 | 5 ; mg/ml stock dans 1x PBS |
| Hygromycine B | Invitrogen | 10687010 | |
| T7 Système de production d’ARN à grande échelle | Promega | P1320 | La concentration approximative d’ARNdb de chaque réaction est d’environ 5-15 ; et micro ; g/µ ; l |
| Klp61F ARNi F amorce | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGTA-TTTGCGCATTATTTTAAAA | |
| Klp61F RNAi R amorce | Invitrogen | TAATACGACTCACTATAGGGAT-ATTGATCAATTGAAAC | |
| PCR kit de nettoyage | Mo Bio Laboratories, Inc | 1250 | |
| Concanavalin A | Sigma | C5275 | 0.5 ; mg/ml solution obtenue par dissolution dans 1x PBS. |
| Sérum d’âne bouilli | Jackson ImmunoResearch Labs | 017-000-121 | Solution mère à 5 % dans 1x tampon PHEM, porter la solution à ébullition. Stocké dans 4 ; ° ;C. |
| Support de montage | 20 ; mM Tris pH 8, ; 0,5 % N-gallate de propyle, 90 % de glycérol. Stocké dans 4 ; ° ;C. | ||
| 1x BRB-80 | 80 mM TUYAUX pH 6,9 ; 1 ; mM EGTA ; 1 mM MgCl2 | ||
| Source de lumière blanche | Lumencor Inc | ||
| ET EGFP Cube | Chroma | 49002 | |
| Filtre DSRed Cube | Chroma | 49005 | |
| anti-NDC80 anticorps ; | Fabriqué sur mesure par le Maresca Lab | ||
| DM1&alpha ; (anti-&alpha ;-tubuline) | Sigma | T6199 | |
| anticorps anti-CID | AbCam | ab10887 |
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