أساليب للأس الهيدروجيني "التصوير داخل الخلايا" من "سلالة الخلايا الجذعية جريب" في "أنسجة المبيض" المورفولوجية لايف
Summary
نحن نقدم بروتوكولا للتصوير pH داخل الخلايا النسب طلائي الخلايا الجذعية في أنسجة المبيض المورفولوجية حية. يصف لنا طرق لتوليد الذباب وراثيا معربا عن بيوسينسور درجة الحموضة، mCherry::pHluorin، والصورة بيوسينسور استخدام imaging fluorescence الكمية وتوليد المنحنيات القياسية، وتحويل قيم الكثافة الأسفار لقيم الأس الهيدروجيني.
Abstract
التغيرات في درجة الحموضة داخل الخلايا (pHi) دوراً هاما في تنظيم العديد من الوظائف الخلوية، بما في ذلك التمثيل الغذائي وانتشار والتمايز. عادة، يتم تحديد ديناميات pHi في الخلايا المستزرعة، وقابلة للقياس والتلاعب pHi تجريبيا. ومع ذلك، مؤخرا تطوير الأدوات والمنهجيات الجديدة جعلت من الممكن لدراسة ديناميات pHi داخل أنسجة سليمة، ويعيش. للبحوث المورفولوجية ، وكان أحد التطورات الهامة توليد خط المحورة وراثيا تحمل biosensor pHi، mCherry::pHluorin. هنا، يمكننا وصف بروتوكول التي نستخدمها بشكل روتيني للتصوير أوفاريوليس المورفولوجية حية لقياس pHi في نسب الخلايا الجذعية (FSC) جريب الظهارية في خطوط المعدلة وراثيا البرية نوع mCherry::pHluorin؛ ومع ذلك، الأساليب الموصوفة هنا يمكن تكييفها بسهولة للأنسجة الأخرى، بما في ذلك أقراص الجناح وظهاره العين. يصف لنا تقنيات للتعبير عن mCherry::pHluorin في النسب منتدى التعاون الأمني، المحافظة على أنسجة المبيض أثناء التصوير، والعيش واكتساب وتحليل الصور للحصول على قيم pHi.
Introduction
كشفت الدراسات التي أجريت مؤخرا بدور للتغييرات في pHi خلال الخلوي والتمايز وخلل التنسج في فيفو1،2. تبين هذه الدراسات أن pHi يتسق ملحوظ في الخلايا من نفس النوع في نفس المرحلة من التمايز، ولكن أن يتحول كما الخلايا الانتقال من مرحلة إلى أخرى. وفي بعض الحالات، منع التغييرات في pHi جزئيا يعطل التمايز، مما يوحي بأن التغيير في pHi ليس فقط كنتيجة للتغييرات في مصير الخلية ولكن بدلاً من ذلك يساعد على تشجيع التغيير في مصير الخلية، ربما من خلال الآثار على الأس الهيدروجيني الحساسة التنظيمية بروتينات أو التفاعلات الكيميائية المطلوبة للمفاضلة. دراسات المستقبل لديها القدرة على الكشف عن مزيد من التبصر في أدوار مختلفة كثيرة من pHi الديناميات في فيفو. ومع ذلك، واحداً من التحديات لدراسة pHi أثناء التفريق في فيفو هو الحصول على قياسات دقيقة من pHi. خلافا للميزات الأخرى من التمايز، مثل التغييرات في مورفولوجيا الخلوية والتعبير الجيني، وهو pHi خاصية كيميائية مجا الخلية التي لا يتم الاحتفاظ في الخلايا التي تم إصلاحها وبيرميبيليزيد مع الأساليب القياسية. وبالإضافة إلى ذلك، قد لا يكون pHi مستقرة في الخلايا التي هي أكد أو يموتون نتيجة للتلاعب التجريبية. وبالتالي، من المهم إبقاء الخلايا حية وصحية قدر الإمكان عند قياس pHi. تتوفر العديد من الأصباغ الحيوية أن تعمل بشكل جيد لقياس أي الخلايا في ثقافة3، ولكن في كثير من الحالات أنها ليست مناسبة للدراسات في فيفو نظراً لأنها لا تخترق الأنسجة العميق أو بالتساوي بما يكفي لتوفير قياسات دقيقة .
للالتفاف على مشكلة اختراق صبغ الفقيرة، نحن وآخرون قد استخدمت تحقيق وراثيا مرمزة، mCherry::pHluorin4،5،،من67، التي يمكن التعبير عنها على وجه التحديد في الخلية أنواع الفائدة والمصورة في الأنسجة الحية. فلورين هو البديل للتجارة والنقل مع pKa أعلى (~ 7.0 مقابل ~ 4.0) أن يطوي بسهولة أكبر على درجة الحموضة أعلى؛ حتى يزداد كثافة fluorescence الإجمالية المنبعثة من أن جزيئات فلورين في الخلية مع تزايد pHi8. الأهم من ذلك، الفلورية الخطية داخل نطاق القيم pHi سيتوسوليك العادية. وفي المقابل، الأسفار مشري (pKa ~ 4.5) هو حساس لتغيرات درجة الحموضة داخل النطاق سيتوسوليك. هذه اثنين من الصحفيين تساهمي ترتبط معا بروتين تشيميريك واحد، مرمزة بواسطة إطار قراءة مفتوحة واحدة، حيث تكون دائماً موجودة بكميات متساوية. ولذلك، يوفر نسبة فلورين إلى مشري fluorescence كثافة قياس pHi هو تطبيع لتركيز التحقيق في كل خلية. ثم يمكن تحويل النسب إلى تقديرات القيم pHi استخدام منحنى قياسية التي يتم إنشاؤها بواسطة الحصول على فلورين نسب مشري من الأنسجة التي قد تم اكويليبراتيد لقيم الأس الهيدروجيني المعروفة.
هنا، يمكننا وصف الأساليب لاستخدام mCherry::pHluorin لقياس pHi سلالة FSC الظهارية في المبيض المورفولوجية . قد استخدمت هذا النسيج تتسم جيدا لنموذج العديد من الجوانب المختلفة للبيولوجيا الظهارية، مثل الخلايا الجذعية الذاتي تجديد والتمايز9،10،11، الهجرة الجماعية الخلية12 ، وتطوير وصيانة الخلية القطبية13،14. ظهارة جريب ينتج اثنين التابعة الموجودة في الحافة الأمامية للأنسجة في بنية تسمى ال15،جيرماريوم16. انقسام هذه الخلايا بشكل منتظم خلال مرحلة البلوغ تجديد نفسها وتنتج ذرية، تسمى خلايا بريفوليكلي (pFCs)، الذي يمكنه إعادة إدخال المكانة وتصبح منتدى التعاون الأمني أو تفرق في واحدة من ثلاثة أنواع الخلايا جريب مختلفة: الخلايا القطبية، وساق الخلايا، أو خلايا الجسم الرئيسي جريب. أظهرنا سابقا أن في الأنسجة wildtype، pHi يزيد مطردا خلال المراحل المبكرة من التمايز، من pHi حوالي 6.8 في التابعة إلى 7.0 في الهيدروكربون المشبع بالفلور، إلى 7.3 في جريب الخلايا2. حظر هذه الزيادة بواسطة [رني] ضربة قاضية مبادل الصوديوم/بروتون أعرب عن أوبيكويتوسلي، DNhe2، شدة يضعف التمايز الهيدروكربون المشبع بالفلور، بينما زيادة pHi overexpression من DNhe2 الأسباب تفريق الزائد خفيف النمط الظاهري. تبين هذه النتائج أن pHi ثابت يحتفظ في النسب منتدى التعاون الأمني مبكرا، وأنه يمكن أن يكون تجريبيا تزيد أو تنقص في فيفو. يمكن استخدام الأساليب المذكورة هنا لقياس pHi في الأنسجة wildtype أو أشكال مختلفة من الأنسجة متحولة، بما في ذلك [رني] ضربة قاضية أو أوفيريكسبريسيون باستخدام Gal4 الفائدة، واستنساخ الانقسامية.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا، يمكننا وصف طريقة لقياس أي الخلايا في النسب منتدى التعاون الأمني داخل الأنسجة wildtype. تم تطوير هذا البروتوكول وصقلها على مدى السنوات الخمس الماضية، منذ أن بدأنا أولاً بدراسة pHi في أنسجة المبيض المورفولوجية . وخلال ذلك الوقت، استخدمت بنجاح البروتوكول المحققين متعددة في لدينا مختبر ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر براين أولمشنيدير لجمع التبرعات للبروتوكول والحلاق ديان من اقتراحات بشأن المخطوطة. تم تمويل هذا العمل من معهد وطني للصحة منحة GM116384 نيستول آثاريا والحلاق D.L..
Materials
| Fly Stocks | |||
| UAS-mCherry::pHluorin[1] | |||
| y1 w*;P{GawB}10930/CyO | Bloomington Stock Center | 7023 | |
| Act-Gal4 flipout stock | Bloomington Stock Center | 4409 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals for Buffer preparation | |||
| NaCl | Sigma Aldrich | S5886 | |
| KCl | Sigma Aldrich | P-3911 | |
| glucose | Mallinckrodt | 4912 | |
| HEPES | Thermo Fisher Scientific | BP310 | |
| MgSO4 | Thermo Fisher Scientific | M63 | |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | C-5080 | |
| HCO3 | Sigma Aldrich | S-5761 | |
| MgCl2 | Sigma Aldrich | M-9272 | |
| NMDG+ | Sigma Aldrich | M-2004 | |
| K2HPO4 | Mallinckrodt | 7088 | Use to Make KHPO4 pH 7.4 |
| KH2PO4 | Thermo Fisher Scientific | BP362 | Use to Make KHPO4 pH 7.4 |
| Concanavalin A, Alexa Fluor 647 Conjugate | Thermo Fisher Scientific | C21421 | 0.25 mg/ml dilution |
| Nigericin | Thermo Fisher Scientific | N1495 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dissection and mounting tools | |||
| 2 Dumont Inox forceps (Size 5) | Thermo Fisher Scientific | NC9473431 | |
| 2 23-gauge syringe needles | Sigma Aldrich | Z192457 | |
| 9-well glass dissecting dish | Thermo Fisher Scientific | 13-748B | |
| Vacuum Grease | Dow Corning | 1018817 | |
| 22 X 40 mM glass coverslips | Thermo Fisher Scientific | 12545C | |
| Round Glass Coverslips, 12mm diameter, 0.13-0.16mm thickness | Ted Pella, Inc. | 26023 | |
| 3-D mounting chamber | custom manufactured | .stl and .ipt files for 3-D printer included as supplemental files | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Other equipment | |||
| pH meter | Thermo Fisher Scientific | 13-620-183A | Model: Accumet AB15 |
| Dissection microscope | Olympus Corporation | 0H11436 | Model: SZ2-ST |
| Confocal Microscope | Leica Biosystems | SP5 or SP8 laser-scanning confocal microscope with a 40× objective with a numerical aperture of 1.3 |
References
- Grillo-Hill, B. K., Choi, C., Jimenez-Vidal, M., Barber, D. L. Increased H+ efflux is sufficient to induce dysplasia and necessary for viability with oncogene expression. eLife. 03270, (2015).
- Ulmschneider, B., Grillo-Hill, B. K., Benitez, M., Azimova, D. R., Barber, D. L., Nystul, T. G. Increased intracellular pH is necessary for adult epithelial and embryonic stem cell differentiation. J. Cell Biol. 215 (3), 345-355 (2016).
- Han, J., Burgess, K. Fluorescent Indicators for Intracellular pH. Chemical reviews. 110 (5), 2709-2728 (2010).
- Koivusalo, M., Welch, C., et al. Amiloride inhibits macropinocytosis by lowering submembranous pH and preventing Rac1 and Cdc42 signaling. J. Cell Biol. 188 (4), 547-563 (2010).
- Choi, C. -. H., Webb, B. A., Chimenti, M. S., Jacobson, M. P., Barber, D. L. pH sensing by FAK-His58 regulates focal adhesion remodeling. J. Cell Biology. 202 (6), 849-859 (2013).
- Rossano, A. J., Chouhan, A. K., Macleod, G. T. Genetically encoded pH-indicators reveal activity-dependent cytosolic acidification of Drosophila motor nerve termini in vivo. J. Phys. 591 (7), 1691-1706 (2013).
- Grillo-Hill, B. K., Webb, B. A., Barber, D. L. Ratiometric imaging of pH probes. Methods in Cell Biol. 123, 429-448 (2014).
- Miesenböck, G., De Angelis, D. A., Rothman, J. E. Visualizing secretion and synaptic transmission with pH-sensitive green fluorescent proteins. Nature. 394 (6689), 192-195 (1998).
- Kirilly, D., Xie, T. The Drosophila ovary: an active stem cell community. Cell research. 17 (1), 15-25 (2007).
- Sahai-Hernandez, P., Castanieto, A., Nystul, T. G. Drosophila models of epithelial stem cells and their niches. Wiley interdisciplinary reviews. Dev. Biol. 1 (3), 447-457 (2012).
- Losick, V. P., Morris, L. X., Fox, D. T., Spradling, A. Drosophila stem cell niches: a decade of discovery suggests a unified view of stem cell regulation. Dev. Cell. 21 (1), 159-171 (2011).
- Pocha, S. M., Montell, D. J. Cellular and molecular mechanisms of single and collective cell migrations in Drosophila: themes and variations. Ann Rev. of Gen. 48, 295-318 (2014).
- St Johnston, D., Ahringer, J. Cell polarity in eggs and epithelia: parallels and diversity. Cell. 141 (5), 757-774 (2010).
- Castanieto, A., Johnston, M. J., Nystul, T. G. EGFR signaling promotes self-renewal through the establishment of cell polarity in Drosophila follicle stem cells. eLife. 3, (2014).
- Margolis, J., Spradling, A. Identification and behavior of epithelial stem cells in the Drosophila ovary. Development. 121 (11), 3797-3807 (1995).
- Nystul, T. G., Spradling, A. An epithelial niche in the Drosophila ovary undergoes long-range stem cell replacement. Cell stem cell. 1 (3), 277-285 (2007).
- Morris, L. X., Spradling, A. C. Long-term live imaging provides new insight into stem cell regulation and germline-soma coordination in the Drosophila ovary. Development. 138 (11), 2207-2215 (2011).
- Lee, T., Luo, L. Mosaic analysis with a repressible cell marker (MARCM) for Drosophila neural development. Trends in neuro. 24 (5), 251-254 (2001).
