Drosophila Wing Disc'ten Görüntüleme Dpp Salınımı
Summary
Ligandlara maruz kalmanın zamanlaması gelişimsel sonuçlarını etkileyebilir. Burada kanat diskhücrelerinden Dpp adı verilen Drosophila kemik morfogenetik proteininin (BMP) nasıl görüntülenebildiğini gösteriyoruz.
Abstract
Transforming Büyüme Faktörü-beta (TGF-β) süper ailesi, çok hücreli organizmalarda erişkin yapıların erken embriyonik desenleşeme ve gelişimi için gereklidir. TGF-β süper familyası TGF-β, kemik morfogenetik protein (KBP), Aktivinler, Büyüme ve Farklılaşma Faktörleri ve Nodalları içerir. Uzun hücrelere maruz ligand miktarı etkileri için önemli olduğu bilinmektedir. Uzun menzilli konsantrasyon degradelerinin embriyonik desen kurduğu düşünülüyordu. Ancak, son zamanlarda bu ligands maruz kalma zamanlaması da onların downstream transkripsiyonel sonuçları için önemli olduğu ortaya çıkmıştır. TGF-β süper familya ligi, üretildiği hücreden serbest bırakılmadan gelişimsel bir sonucu olamaz. Yakın zamana kadar, bu ligandların hücrelerden ne zaman salınıldığını belirlemek zordu. Burada kanat primordium veya kanat diskhücrelerinden Decapentaplegic (Dpp) adlı bir Drosophila BMP salınımını ölçmek için nasıl göstereceğim. Bu yöntem diğer sistemler veya sinyal ligands için değiştirilebilir.
Introduction
Kemik Morfogenetik Proteinler (KPS) erken embriyogenez ve yetişkin yapıların desenleme için gereklidir. KİP’ler, yanıt veren hücrelerde büyüme ve hücre farklılaşması için gerekli hedef genlerin transkripsiyonunu etkileyecek şekilde üretilir ve salgılanır. Decapentaplegic (Dpp) kanat1gibi embriyonik ve yetişkin yapıların gelişimi için önemli olan BMP4 bir Drosophila homolog,2,3,4. Çeşitli gruplar yetişkin sinek kanatları desenleme Dpp rolü üzerinde duruldu çünkü 1) kanatları kolayca değerlendirilebilir tutarlı bir venasyon desenli iki şeffaf epitel levhaoluşur; 2) kanat diskleri de makul düz, larva dışında kültürlü olabilir ve görüntü ve desen farklılıkları ölçmek için basit; ve 3) kanat desen gelişimi dpp duyarlı dır ki yoldaki küçük tedirginlikler kanat venasyon deseni etkileyecektir.
Dpp kanat diski5,6,7,8ön /posterior sınırında bulunan hücrelerde üretilir. Dpp tip 1 ve tip 2 serine/ threonine kigaz reseptörleri9,10bir komplekse bağlanır. Dpp bağlanması üzerine tip 2 reseptörü, anneleri Dpp (Mad) ile fosforilasyona yol açan tip 1 reseptörü fosforilasyona, bir Smad 1/5/8 homolog. Fosforlu SMAD ek bir co-Smad acemi (Medea), hangi hedef genleri düzenleyen çekirdek girmek sağlar, bu tür çoğalma veya farklılaşma gibi downstream etkilerine yol açan4,11.
Son zamanlarda, Bates Lab kanat diskiçinde Dpp yanlış salınımı Mad fosforilasyon bir azalmaya yol açabilir göstermiştir, hedef gen ekspresyonu azalma, ve kanat desenleme kusurları12,13. Drosophila kanadıve ilişkili yapıların çeşitli iyon kanalları etkisi gelişimi14,15. Bu iyon kanalları da Dpp sürümü dahil olabilir. Morfojen salınım mekanizmasını belirlerken, serbest bırakma olaylarını görselleştirmek için bir yöntem olması önemlidir.
Dr Aurelio Teleman ve Stephen Cohen Dpp kaybı kurtarmak mümkün bir Dpp-GFP füzyon proteini oluşturdu, biyolojik olarak aktif olduğu anlamına gelir ve biyolojik olarak ilgili bir şekilde serbest bırakılır16. Burada, bu Dpp-GFP’yi kullanarak Dpp sürüm olaylarını nasıl görselleştirdiğimizi anlatıyoruz. GFP asidik veziküllerde olduğunda floresan17söndürülür gibi pH duyarlı olduğu için bu füzyon proteini özellikle yararlıdır. Bu nedenle, GFP ile etiketlenmiş bir protein daha nötr hücre dışı ortama bir vezikül serbest bırakıldığında, GFP floresans yoğunluğu artar17. Dpp-GFP’nin asidik veziküllerde olup olmadığını belirlemek için GFP’nin pH duyarlılığından yararlandık. Hücre içi kompartmanları nötralize eden amonyum klorür ilavesinden önce ve sonra Dpp-GFP ifade eden kanat disklerini görüntüledik18. Amonyum klorür ilavesinden sonra puncta floresansında önemli bir artış bulduk, bu da hücre içi Dpp-GFP’nin amonyum klorür18ilavesinden önce söndürüldünden kaynaklandı. Hücre içi Dpp-GFP’nin veziküller gibi asidik membrana bağlı bölmelerde bulunduğu ve hücre içi bölmelerin pH’ını nötralize etmek için amonyum klorür eklenmesi yle söndeğinin olmadığı sonucuna vardık18. Bu dpp-GFP canlı görüntüleme yararlı bir teknik olarak asidik bölmelerden hücre dışı ortama serbest bırakılır gibi Drosophila kanat diskinde Dpp dinamikleri görselleştirmek için yapar.
Burada, Dpp-GFP kullanarak Dpp sürüm olaylarını görselleştirmek için kullandığımız yöntemi açıklıyoruz. Dpp-GFP UAS-GAL4 sistemi19kullanılarak Drosophila kanat diskleri kendi yerli desen ifade edilebilir. Bu, Irk kanallarının Dpp salınımını18’eetkilediğini belirlemek için kullanılan yöntemdir. Bu yöntemi canlı görüntüleme z-yığınları ile doğruladık. Bir odak düzleminde elde ettiğimizde Dpp-GFP puncta’nın zaman serisinde odak düzleminde hareket diğini görmüyoruz. Biz de bir z-yığın görüntülenmiş eğer Dpp-GFP puncta hareketi görmüyorum. Bu yöntemle görülen Dpp-GFP puncta’sının hücre içi veziküllerin hareketi yerine serbest bırakma olayları olduğu sonucuna varıyoruz. Dpp-GFP canlı görüntüleme Bu yöntem potansiyel Dpp dinamikleri üzerindeki etkileri için Dpp sürümü diğer putatif değiştiriciler test etmek için kullanılabilir veya diğer ligands dinamikleri bakmak için değiştirilebilir
Protocol
Representative Results
Discussion
Dpp gibi BmP’ler, komşu veya görünüşte uzak hücrelerde hücre içi sinyal bir çağlayan neden membran bağlı reseptörleri karmaşık bir bağlamak zaman önemli bir etki yapmak. Dr Thomas Kornberg’in laboratuvarı göstermiştir ki, sitokinler15,24,25olarak adlandırılan aktin bazlı ince filapodia benzeri yapılar kullanarak sinyal alan Dpp sinyal temas hücrelerini üreten hücreler . Bu veriler, bu bağlamda gelişi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Sarala Pradhan’a bu protokolün daha önceki bir versiyonu üzerinde çalıştığı için teşekkür ederiz. Bu protokolü geliştirirken finansman için NSF-IOS 1354282’ye teşekkür ederiz. Nih-NIDCR RO1DE025311’e şu anda laboratuvarımızı finanse ettiği için teşekkür ederiz.
Materials
| Baker's yeast | Red Star | ||
| CaCl2 dyhydrate | Fisher Scientific | C79-500 | |
| Coverslips | VWR | 484-457 | |
| Double-sided tape | Scotch | ||
| Drosophila Agar Type II | Apex | 66-104 | |
| Drosophila melanogaster: Dpp-GAL4/TM6 Tb Hu | This stock will soon be made available at Bloomington Drosophila Stock Center | ||
| Drosophila melanogaster: Sp/CyO-GFP; UAS-Dpp-GFP/TM6 Tb Hu | This stock will soon be made available at Bloomington Drosophila Stock Center | ||
| Dumont Tweezers #5 | World Precision Instruments | 500233 | Forceps for dissecting |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | |
| KCl | Fisher Scientific | AC193780010 | |
| Light Corn Syrup | Karo | ||
| Malt Extract | Breiss | ||
| MgCl2 | Fisher Scientific | AC223210010 | |
| Microscope slides | Sigma Aldrich | S8400 | |
| NaCl | Fisher Scientific | S271-500 | |
| NaHCO3 | RPI | S22060-1000.0 | |
| Nail polish | Electron Micsroscopy Sciences | 72180 | |
| Propionic Acid | VWR | U330-09 | |
| Soy Flour | ADM Specialty Ingredients | 062-100 | |
| Sucrose | Fisher Scientific | S5-3 | |
| Sucrose | Fisher | S512 | |
| Tegosept | Genesee Scientific | 20-259 | |
| Trehalose dyhydrate | Chem-Impex International, Inc. | 00766 | |
| Yellow Corn Meal | Quaker | ||
| Zeiss LSM 780 confocal microscope | Zeiss | Microscope for live imaging | |
| Zeiss SteREO Discovery.V8 microscope | Zeiss | Microscope for dissections |
References
- Ferguson, E. L., Anderson, K. V. Decapentaplegic acts as a morphogen to organize dorsal-ventral pattern in the Drosophila embryo. Cell. 71 (3), 451-461 (1992).
- Ferguson, E. L., Anderson, K. V. Localized enhancement and repression of the activity of the TGF-beta family member, decapentaplegic, is necessary for dorsal-ventral pattern formation in the Drosophila embryo. Development. 114 (3), 583-597 (1992).
- Wharton, K. A., Ray, R. P., Gelbart, W. M. An activity gradient of decapentaplegic is necessary for the specification of dorsal pattern elements in the Drosophila embryo. Development. 117 (2), 807-822 (1993).
- Raftery, L. A., Twombly, V., Wharton, K., Gelbart, W. M. Genetic screens to identify elements of the decapentaplegic signaling pathway in Drosophila. Génétique. 139 (1), 241-254 (1995).
- Raftery, L. A., Sanicola, M., Blackman, R. K., Gelbart, W. M. The relationship of decapentaplegic and engrailed expression in Drosophila imaginal disks: do these genes mark the anterior-posterior compartment boundary. Development. 113 (1), 27-33 (1991).
- Blackman, R. K., Sanicola, M., Raftery, L. A., Gillevet, T., Gelbart, W. M. An extensive 3′ cis-regulatory region directs the imaginal disk expression of decapentaplegic, a member of the TGF-beta family in Drosophila. Development. 111 (3), 657-666 (1991).
- de Celis, J. F. Expression and function of decapentaplegic and thick veins during the differentiation of the veins in the Drosophila wing. Development. 124 (5), 1007-1018 (1997).
- De Celis, J. F. Pattern formation in the Drosophila wing: The development of the veins. Bioessays. 25 (5), 443-451 (2003).
- Letsou, A., et al. Drosophila Dpp signaling is mediated by the punt gene product: a dual ligand-binding type II receptor of the TGF beta receptor family. Cell. 80 (6), 899-908 (1995).
- Nellen, D., Affolter, M., Basler, K. Receptor serine/threonine kinases implicated in the control of Drosophila body pattern by decapentaplegic. Cell. 78 (2), 225-237 (1994).
- Raftery, L. A., Sutherland, D. J. TGF-beta family signal transduction in Drosophila development: from Mad to Smads. Biologie du développement. 210 (2), 251-268 (1999).
- Dahal, G. R., Pradhan, S. J., Bates, E. A. Inwardly rectifying potassium channels regulate Dpp release in the Drosophila wing disc. Development. 144 (15), 2771-2783 (2017).
- Dahal, G. R., et al. An inwardly rectifying K+ channel is required for patterning. Development. 139 (19), 3653-3664 (2012).
- George, L. F., et al. Ion Channel Contributions to Wing Development in Drosophila melanogaster. G3. 9 (4), 999-1008 (2019).
- Huang, H., Liu, S., Kornberg, T. B. Glutamate signaling at cytoneme synapses. Science. 363 (6430), 948-955 (2019).
- Teleman, A. A., Cohen, S. M. Dpp gradient formation in the Drosophila wing imaginal disc. Cell. 103 (6), 971-980 (2000).
- Miesenbock, 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).
- Dahal, G. R., Pradhan, S. J., Bates, E. A. Inwardly rectifying potassium channels influence Drosophila wing morphogenesis by regulating Dpp release. Development. 144 (15), 2771-2783 (2017).
- Duffy, J. B. GAL4 system in Drosophila: a fly geneticist’s Swiss army knife. Genesis. 34 (1-2), 1-15 (2002).
- Hazegh, K. E., Reis, T. A Buoyancy-based Method of Determining Fat Levels in Drosophila. Journal of Visualized Experiments. (117), e54744 (2016).
- Feng, Y., Ueda, A., Wu, C. F. A modified minimal hemolymph-like solution, HL3.1, for physiological recordings at the neuromuscular junctions of normal and mutant Drosophila larvae. Journal of Neurogenetics. 18 (2), 377-402 (2004).
- Hsiung, F., Ramirez-Weber, F. A., Iwaki, D. D., Kornberg, T. B. Dependence of Drosophila wing imaginal disc cytonemes on Decapentaplegic. Nature. 437 (7058), 560-563 (2005).
- Roy, S., Hsiung, F., Kornberg, T. B. Specificity of Drosophila cytonemes for distinct signaling pathways. Science. 332 (6027), 354-358 (2011).
- Kornberg, T. B., Roy, S. Cytonemes as specialized signaling filopodia. Development. 141 (4), 729-736 (2014).
- Roy, S., Huang, H., Liu, S., Kornberg, T. B. Cytoneme-mediated contact-dependent transport of the Drosophila decapentaplegic signaling protein. Science. 343 (6173), 1244624 (2014).
- Kornberg, T. B., Roy, S. Communicating by touch–neurons are not alone. Trends in Cell Biology. 24 (6), 370-376 (2014).
