Óptica pH cuantificación de intracelular en epitelios de túbulos de Malpighi de Drosophila melanogaster con fluorescentes genéticamente codificado pH indicador

Summary

Transporte iónico celular a menudo puede evaluarse mediante el control de pH intracelular (pH). Genéticamente codificada pH-indicadores (GEpHIs) ofrecen cuantificación óptica de pH intracelular en las células intactas. Este protocolo detalla la cuantificación de pH intracelular a través de celular ex vivo vivo-proyección de imagen de los túbulos de Malpighi de la Drosophila melanogaster con pHerry, un pseudo-radiométrica genéticamente codificada en indicador de pH.

Abstract

Transporte iónico epitelial es fundamental para la homeostasis de iones sistémica así como el mantenimiento de gradientes electroquímicos celulares esenciales. PH intracelular (pH) está influenciado por muchos transportadores de iones y así control de pH es una herramienta útil para evaluar la actividad de transportista. Moderno codificado genéticamente pH-indicadores (GEpHIs) ofrecen cuantificación óptica de pH en las células intactas a escala celular y subcelular. Este protocolo describe la cuantificación en tiempo real del pH celular Reglamento en túbulos de Malpighi (MTs) de Drosophila melanogaster por ex vivo vivo-proyección de imagen de pHerry, un pseudo-radiométrica GEpHI con un pK_un adecuadas para el seguimiento de los cambios de pH en el citosol. Mosca adulta extraída MTs se componen de secciones morfológicamente y funcionalmente distintas de epitelios capa unicelular y pueden servir como un modelo accesible y genéticamente manejable para la investigación del transporte epitelial. GEpHIs ofrece varias ventajas sobre los convencionales tintes fluorescentes sensibles a pH y electrodos ion-selectivos. GEpHIs puede etiquetar poblaciones celulares distintas siempre elementos promotor apropiado están disponibles. Este etiquetado es particularmente útil en ex vivo, en vivoy en situ preparados, que son inherentemente heterogéneos. GEpHIs también permiten la cuantificación de pH_i en tejidos intactos en el tiempo sin necesidad de externalización de tratamiento o tejido tinte repetidas. El principal inconveniente de GEpHIs actual es la tendencia a agregar en inclusiones citosólicas en respuesta al daño tisular y construir sobre expresión. Estas deficiencias, sus soluciones y las ventajas inherentes de GEpHIs se demuestran en el presente Protocolo mediante la evaluación del transporte de protones (H⁺) basolateral en células principales y radiadas funcionalmente distintas de mosca extraído MTs. Las técnicas y análisis descritos son fácilmente adaptables a una amplia variedad de vertebrados e invertebrados preparados y la sofisticación del análisis puede ampliarse desde laboratorios a intrincados determinación del flujo de iones a través de transportadores específicos de enseñanza.

Introduction

El objetivo de este protocolo es describir cuantificación de pH intracelular (pH_i) utilizando un genéticamente codificado-indicador de pH (GEpHI) y demostrar cómo este método puede utilizarse para evaluar transporte basolateral H⁺ un insecto modelo (D. melanogaster) estructura renal, los túbulos de Malpighi (TM). MTs sirven como los órganos excretores de la mosca de la fruta y son funcionalmente similares a la nefrona mamífera en varios aspectos clave¹. MTs se arreglan como 2 pares de túbulos (anteriores y posteriores) en el tórax y el abdomen de la mosca. El sola célula epitelial tubo de cada MT está compuesto por metabólicamente activas principales células con distinta apicales (luminal) y basolateral (hemocoel) polaridad así como células radiadas intercaladas. Anteriores MTs se componen de 3 morfológico, funcional, y con distintos segmentos, en particular la inicial dilatada segmento, segmento de transición y secretor principal segmento, que une el uréter². En la escala celular transporte trans epitelial ion en el lumen se logra por una membrana plasmática apical V-ATPasa³ y un intercambiador⁺ de álcali-metal/H así como un basolateral Na⁺-K⁺–⁴de la ATPasa, hacia adentro-rectificador K⁺ canales⁵, Na⁺-conducido Cl⁻/HCO₃⁻ intercambiador (NDAE1)⁶y Na⁺-K⁺-2 Cl⁻ cotransporter (NKCC; Ncc69)⁷, mientras que células radiadas median Cl^– y agua transporte^8,9. Este sistema fisiológico complejo pero accesible ofrece excelentes oportunidades para la investigación de mecanismos de transporte iónico endógeno cuando se combinan con los diversos conjuntos de herramientas genéticas y de comportamiento de Drosophila.

La justificación de este protocolo fue describir un sistema genéticamente maleable para el estudio de transporte iónico epitelial con potencial para la integración de la célula de a conducta y exportación de herramientas para otros sistemas modelo. Expresión de pHerry¹⁰, un GEpHI derivada de una fusión de verde pH-sensible Super eclíptica pHluorin^11,12 (SEpH) y rojo mCherry insensible pH¹³, MTs permite la cuantificación del transporte de H⁺ en MT las células a través de la alta K⁺/nigericin calibración técnica¹⁴. Medida que muchos transportadores de iones equivalentes de H⁺ , cuantificación de pH intracelular sirve como una representación funcional de movimiento de iones a través de una variedad de transportadores. El sistema de modelo de Drosophila MT también ofrece potentes herramientas genéticas en tejidos específicos del transgén¹⁵ y RNA de interferencia (ARNi)¹⁶ expresión, puede combinarse con la proyección de imagen de celular y todo órgano ensayos^{17 , 18 , 19} de la función del túbulo para crear un sólido conjunto de herramientas con integración vertical de las moléculas al comportamiento. Esto contrasta con muchos otros protocolos para evaluar biología epitelial, como históricamente tales medidas han confiado en el intrincado y difícil electrodos ion-selectivos micro disección, sofisticado^20,21, y caro pH-sensible tintes²² con requisitos de carga restrictiva y pobre especificidad celular en tejidos heterogéneos. GEpHIs se han utilizado para medir el pH en una gran variedad de tipos de célula²³extensivamente. Trabajo temprano explota la inherente sensibilidad al pH de la proteína fluorescente verde (GFP) para controlar el pH en células epiteliales cultivadas²⁴ pero las dos últimas décadas han visto utilizado en neuronas²⁵, glia²⁶, hongos^{27 GEpHIs} , y²⁸de las células de la planta. La combinación de las posibilidades de orientación celular de construcciones genéticas a través de la expresión de GAL4/UAS sistema¹⁵ y la accesibilidad fisiológica de la Drosophila MT hacen de esta una preparación ideal para las investigaciones de pH_i regulación y transporte iónico epitelial.

regulación de pH ha sido estudiado durante décadas y es vital para la vida. La preparación de MT ofrece un modelo robusto para enseñar fisiología de la regulación de pH pero también realizar sofisticadas investigaciones de pH_i regulación ex vivo e in vivo. Este protocolo describe la cuantificación del movimiento de la H⁺ a través de la membrana basolateral de las células epiteliales de la Drosophila MT con NH₄Cl ácido de pulso carga técnica²¹, pero como el indicador de pH es genéticamente codificada, estos métodos y su marco teórico se pueden aplicar a cualquier preparación favorable a la transgénesis y las imágenes en vivo.

Protocol

Todos los pasos de este protocolo cumplen con las directrices de uso de animales de la Mayo Clinic (Rochester, MN). 1. cría de la mosca Levante vuela y conjunto de cruces según estándar cría29.Nota: La expresión del reportero fluorescente por el sistema de GAL4/UAS es proporcional a la temperatura y así cría de temperatura se puede ajustar para alterar el nivel de expresión. Mientras que niveles altos de expresión a menudo conducen a una mejor rel…

Representative Results

Tejidos sanos y correcta identificación de los MTs anteriores son vitales para el éxito de este protocolo. Durante la disección, debe tenerse cuidado que no toque el MTs y a manija única por el uréter como agarre el MTs directamente conducirá a la rotura (Figura 4A– B). Cuando se barren MTs plana sobre la diapositiva, los túbulos se deben tocar lo menos posible y exceso movimiento evitado ya que esto puede dañar la…

Discussion

El éxito de cuantificación de pH en Drosophila MTs depende totalmente de la salud de MTs extraídos y la calidad del montaje y la disección (Figura A – C). Así, la manipulación cuidadosa del tejido como descrito es indispensable. Diapositivas recién revestidos en PLL substancialmente ayuda MT de montaje ya que tienden a ser mucho más pegamento que las diapositivas que han sido expuestos previamente a solución. Montaje cuidadoso también ay…

Materials

Poly-L-Lysine Solution	Sigma-Aldrich	P4832	Store at 4 °C, can be reused.
Nigericin Sodium Salt	Sigma-Aldrich	N7143	CAUTION: Handle with gloves. Store as aliquots of 20 mM stock solution in DMSO at 4 °C.
Adhesive Perfusion Chamber Covers, adhesive size 1 mm, chamber diameter × thickness 9 mm × 0.9 mm, ports diameter 1.5 mm	Sigma-Aldrich	GBL622105	Can be substituted as needed to match perfusion system.
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit	Ellsworth Adhesives	184 SIL ELAST KIT 0.5KG	Available from multiple vendors.
Helping Hands Soldering Stands	Harbor Freight Tools	60501	Available from multiple vendors.
Open Gravity-fed Perfusion System with Valve Controller, 8 to 1 Manifold and Reserviors	Bioscience Tools	PS-8S	Any comparable perfusion system can be used.
Flow Regulator	Warner Instruments	64-0221	Can be substituted as needed to match perfusion system.
Schneider's Medium	Fisher Scientific	21720024	Store at 4 °C in sterile aliquots.
#5 Inox Steel Forceps	Fine Science Tools	11252-20	Can be substituted based on experimenter comfort.
35 mm x 10 mm polystyrene Petri dish	Corning Life Sciences	Fisher Scientific 08-757-100A	Exact brand and size are unimportant.
75 x 25 mm Microscope Slides	Corning Life Sciences	2949-75X25	Exact brand and size can vary as long as perfusion wells are compatible.
Filimented Borosilicate Capillary Glass, ID 1.5 mm, OD 0.86 mm, thickness 0.32 mm	Warner Instruments	64-0796	Filiment not necessary, glass can be substituted to match perfusion tubing and perfusion wells.
Tygon Tubing, ID 1/16 inch, OD 1/8 inch, thickness 1/32 inch	Fisher Scientific	14-171-129	Available from multiple vendors, can be substituted to match perfusion system.
Vacuum Silicone Grease	Sigma-Aldrich	Z273554	Available from multiple vendors.
Plastic Flow Control Clamp	Fisher Scientific	05-869	Available from multiple vendors, sterility not required
Glass rods, 5 mm diameter	delphiglass.com	9198	Exact size is personal preference, multiple vendors available
PAP Hydrophobic Pen	Sigma-Aldrich	Z377821	Available from multiple vendors.
Sealing Film	Sigma-Aldrich	P7668	Available from multiple vendors.
15 mL Falcon tube	BD Falcon	352096	Available from multiple vendors.
50 mL Falcon tube	BD Falcon	352070	Available from multiple vendors.
HEPES; 4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid	Sigma-Aldrich	H3375	Available from multiple vendors.
MES; 4-Morpholineethanesulfonic acid monohydrate	Sigma-Aldrich	69892	Available from multiple vendors.
TAPS; N-[Tris(hydroxymethyl)methyl]-3-aminopropanesulfonic acid	Sigma-Aldrich	T5130	Available from multiple vendors.
10x/0.45 Air Objective	Zeiss	000000-1063-139	Comparable objectives can be substituted. 40x objectives can be used for single cell imaging.
Dissecting Stereoscope	Zeiss	Discovery.V8	Any dissecting stereoscope can be used.
UAS-pHerry transgenic Drosophila melagnogaster	Available from Romero Lab		First published: Citation 10
capaR-GAL4 driver line Drosophila melagnogaster	Available from Romero Lab		First published: Citation 32
c724-GAL4 driver line Drosophila melagnogaster	Available from Romero Lab		First published: Citation 2
Monochromatic High Sensitivity Digital Camera	Zeiss	Axiocam 506 mono	Exact brand and model can vary, can be replaced with any monochromatic high-sensitivity camera suited to live cellular imaging.
GFP/FITC filter set, 470/40 nm ex., 515 nm longpass em., 500 nm dichroic	Chroma	CZ909	Any GFP/FITC filer set can be substituted.
RFP/TRITC filter set, 546/10 nm ex., 590 nm longpass em., 565 nm dichroic	Chroma	CZ915	Any GFP/FITC filer set can be substituted.
Inverted Epifluoescent Microscope	Zeiss	Axio Observer Z.1	Any comparable microscope with motorized filter switching can be used. Upright microscopes can be used with open perfusion baths and water-immersion objectives.
Statistical Analysis Software	Microcal	Origin 6.0	Any software with comparable functionality can be substituted
Image Analysis Software	National Institutes of Health	ImageJ 1.50i	Any software with comparable functionality can be substituted
Image Acquisition Software	Zeiss	Zen 1.1.2.0	Any software with comparable functionality can be substituted
Single-edged Carbon Steel Razor Blade	Electron Microscopy Sciences	71960	Available from multiple vendors.
Microscopy Slide Folder	Fisher Scientific	16-04	Available from multiple vendors.
Bunsen Burner	Fisher Scientific	50-110-1231	Available from multiple vendors.
Polystrene Drosophila Rearing Vials with Flugs	Genesee Scientific	32-109BF	Comparable items can be substituted.
2.5 L Laboratory Ice Bucket	Fisher Scientific	07-210-129	Available from multiple vendors.
NMDG; N-Methyl-D-glucamine	Sigma-Aldrich	M2004	Available from multiple vendors.
200 uL barrier pipette tips	MidSci	AV200	Available from multiple vendors.
200 uL variable volume pipette	Gilson Incorporated	PIPETMAN P200	Available from multiple vendors.