Canlı Drosophila yumurtalık dokusu içinde folikül kök hücre soyundan Imaging hücre içi pH için yöntemleri
Summary
Hücre içi pH bir epitel kök hücre soydan canlı Drosophila yumurtalık dokusu içinde görüntüleme için bir protokol sağlar. Transgenik sinekler bir pH Biyoalgılayıcı, mCherry::pHluorin, görüntü kantitatif floresan Imaging’i kullanma Biyoalgılayıcı ifade oluşturmak, standart eğriler oluşturmak ve pH değerleri Floresans yoğunluk değerleri dönüştürmek için yöntemleri açıklanmaktadır.
Abstract
Hücre içi pH (pHi) değişimler, metabolizma, yayılmasını önleme ve farklılaşma da dahil olmak üzere birçok hücresel fonksiyonların yönetmelikte önemli rol oynarlar. Genellikle, pHi dynamics ölçme ve deneysel olarak pHi değiştirmeye mükellef bulunmaktadır kültürlü hücrelerdeki belirlenir. Ancak, son gelişme metodolojileri ve yeni araçlar pHi dynamics bozulmamış, canlı doku içinde çalışmaya mümkün kıldı. Drosophila araştırma için bir önemli gelişme pHi Biyoalgılayıcı taşıyan bir transgenik satır nesil oldu mCherry::pHluorin. Burada, biz düzenli olarak görüntüleme canlı Drosophila ovarioles için epitel folikül kök hücre (FSC) soy mCherry::pHluorin transgenik vahşi türü satırlarındaki pHi ölçmek için kullandığımız bir protokol tanımlamak; Ancak, yöntem tanımlamak burada kanat diskler ve göz epitel de dahil olmak üzere diğer dokular için kolayca adapte edilebilir. Biz FSC soy mCherry::pHluorin ifade etmek için teknikleri yumurtalık dokusu canlı görüntüleme ve edinme ve pHi değerler elde etmek için görüntüleri analiz sırasında korumak açıklar.
Introduction
Son yıllarda yapılan çalışmalarda bir rol pHi değişimler için hücresel farklılaşma displazi vivo içinde1,ve2sırasında ortaya koydu. Bu çalışmalar bir aşamasından geçiş hücreleri olarak değişir ama bu o pHi son derece tutarlı farklılaşma, aynı tür aynı aşamada hücrelerde bulunur. Bazı durumlarda, pHi değişimler kısmen engelleme farklılaşma, pHi değişikliği sadece bir hücre kader değişimler sonucu değil ama bunun yerine belki de pH duyarlı düzenleyici etkisi ile hücre kaderi değiştirmek tanıtmak için yardımcı olur düşündüren bozan proteinler veya kimyasal reaksiyonlar farklılaşması için gerekli. Gelecekteki çalışmalar pHi dynamics vivo içindebirçok farklı rolleri içine daha fazla fikir ortaya potansiyeline sahip. Ancak, doğru ölçümler Phi pHi sırasında farklılaşma vivo içinde eğitim zorluklardan biri almaktır. Diğer şekil-in hücresel morfoloji ve gen ekspresyonu, değişiklikler gibi farklılaşma pHi bir değişken kimyasal özelliği sabit ve standart yöntemlerle permeabilized hücrelere korunmaz hücre benzemez. Buna ek olarak, pHi istikrarlı streslisin hücrelerdeki veya deneysel manipülasyon sonucu ölen olmayabilir. Böylece, pHi ölçerken hücreleri canlı ve mümkün olduğu kadar sağlıklı tutmak önemlidir. Birkaç hayati boya iş hücre kültür3ama birçok pHi ölçme durumlarda için onlar iyi ki uygun değildir çünkü onların doku derin veya eşit nüfuz değil in vivo çalışmalar için kullanılabilir doğru ölçümler sağlamak yeterli .
Zavallı boya penetrasyon sorunu aşmak için biz ve diğerleri genetik olarak kodlanmış bir sonda, özellikle hücreye ifade mCherry::pHluorin4,5,6,7, kullanmıştır faiz ve içinde görüntülü canlı doku türleri. pHluorin olduğunu GFP bir değişken ile daha yüksek bir pKa (~ 7.0 vs ~ 4.0) bu kıvrımlar daha kolay daha yüksek pH; Bu yüzden pHluorin moleküllerinin hücredeki bir popülasyondan yayılan toplam floresan yoğunluğu pHi8artan ile artar. Önemlisi, Floresans pHi değerleri normal sitozolik aralıkta doğrusal. Buna karşılık, mCherry floresan (pKa ~ 4.5) sitozolik aralığındaki pH değişimlerine duyarsız. Bu iki gazetecilere kovalent bir tek chimeric protein, böylece her zaman eşit miktarlarda mevcut tek açık okuma çerçevesi tarafından kodlanmış olarak birbirine bağlı. Bu nedenle, pHluorin için mCherry floresan yoğunluğu oranı her hücrede sonda konsantrasyon için normalleştirilmiş Phi bir ölçüm sağlar. Oranları tahminleri pHi değerleri bilinen pH değerine equilibrated dokulara gelen pHluorin mCherry oranları elde ederek oluşturulan standart bir eğri kullanarak dönüştürülebilir.
Burada, Drosophila yumurtalık içinde epitel FSC soyundan pHi ölçmek için mCherry::pHluorin kullanma yöntemleri açıklanmaktadır. Bu iyi karakterize doku epitel biyoloji, kök hücre kendini yenileme ve farklılaşma9,10,11, toplu hücre göç12 gibi birçok farklı yönleri model oluşturmak için kullanılan , geliştirme ve bakım hücre polarite13,14. Folikül epitel doku ön kenarında germarium15,16adı verilen bir yapısında bulunan iki FSCs tarafından üretilmektedir. Sırasında düzenli olarak yetişkinlik kendini yenilemek ve döl, niş yeniden girebilir ve bir FSC olmak veya üç farklı folikül hücre türden birine ayırt prefollicle hücreleri (PFC) denilen üretmek için bu hücreleri Böl: kutup hücreleri, SAP hücreler, veya Ana gövde folikül hücreleri. Biz daha önce wildtype dokusunda pHi farklılaşma yaklaşık FSCs yılında 6,8 PFC, 7.0 pHi üzerinden 7,3 folikül hücreleri2için erken aşamalarında giderek artar gösterdi ki. Bu artış bir ubiquitously ifade sodyum/proton değiştirici, DNhe2, RNAi nakavt tarafından engelleme ciddi pFC farklılaşma bozar, pHi DNhe2 overexpression tarafından artan ise hafif bir aşırı farklılaşma neden olur fenotip. Bu bulgular pHi stabil erken FSC lineage korunur ve deneysel olarak olabilir artırılması veya azaltılması vivo içindegöstermektedir. Yöntem tanımlamak burada pHi wildtype doku ya da mutant dokular, RNAi nakavt veya faiz ve Mitotik klonları bir Gal4 kullanarak overexpression da dahil olmak üzere çeşitli formları ölçmek için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, biz FSC Silsilesi içinde wildtype doku hücrelerinin pHi ölçmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu iletişim kuralı geliştirilmiştir ve ilk pHi Drosophila yumurtalık dokusu içinde çalışmaya başlamasından bu yana son beş yılda rafine. Bu süre içinde protokol başarıyla birden fazla müfettişler laboratuarımızın içinde ve en az dört farklı iplik disk ve mikroskoplar tarama lazer tarafından kullanılmıştır. PHi artar FSC lineage hücrelerinde folikül hücre durumuna pFC i…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bryne Ulmschneider Protokolü ve Diane Barber telkin üstünde el yazması için katkılarından dolayı teşekkür ediyoruz. Bu eser sağlık grant GM116384 T.G. Nystul ve D.L. Kuaför için Ulusal Enstitüsü tarafından finanse edildi.
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).
