분석, 동적, 안정과 초기 Microtubules Zebrafish 태아에 있는 Immunolabeling의 사용
Summary
Immunolabeling 방법 개발 zebrafish 두뇌에 microtubules의 명료한 인구를 분석 하는 다른 조직에 광범위 하 게 적용 되는 여기에, 설명 됩니다. 첫 번째 프로토콜 immunolabeling 안정적이 고 동적 microtubules에 대 한 최적화 된 방법을 설명합니다. 두 번째 프로토콜 이미지와 초기 microtubules 구체적으로 정량화 하는 방법을 제공 합니다.
Abstract
Microtubules (MTs)는 역동적이 고 연약한 구조는 이미지에 vivo에서, 특히 척 추가 있는 태아에에서 게 도전 하는. Immunolabeling 메서드는 zebrafish 태아의 개발 신경 관에서 MTs의 명백한 인구 분석 여기 설명 되어 있습니다. 신경 조직에 포커스를 실행 하는 동안이 방법론은 다른 조직에 광범위 하 게 적용 됩니다. 그러나 절차는 일찍 중반 somitogenesis 단계 배아 (1 somite 12 somites에), 그들은 수 다른 단계 비교적 사소한 조정의 범위에 적응을 위해 최적화 됩니다. 첫 번째 프로토콜에는 안정적이 고 동적 MTs의 공간적 분포를 평가 하 고 이미지 처리 소프트웨어와 함께 이러한 인구의 정량 분석을 수행 하는 방법을 제공 합니다. 이 방법은 기존 도구 이미지 microtubule 역학 및 실시간, 사용 유전자 변형 라인 또는 태그 구문 과도 식에서 배포를 보완합니다. 그러나 사실, 이러한 도구는 매우 유용 합니다, 쉽게 역동적이 고 안정적인 MTs 사이 구분 하지 않습니다. 이미지 분석이 고유한 microtubule 인구를 셀 분극 및 morphogenesis 기본 이해 메커니즘에 대 한 중요 한 의미를 갖는다. 두 번째 프로토콜 초기 MTs를 구체적으로 분석 하는 기법을 설명 합니다. 이것은 약 nocodazole와 마약 유실 후 복구 기간 microtubule depolymerization 다음 시간이 지남에, MTs의 드 노 보 성장 특성을 포착 하 여 수행 됩니다. 이 기술은 zebrafish 태아에 있는 MTs의 연구에 적용 하지 않은 하지만 microtubule 어셈블리에 연루는 단백질의 기능 vivo에서 조사에 대 한 가치 있는 분석 결과 이다.
Introduction
Microtubules (MTs)는 중합체의 α-및 β-tubulin 선형 protofilaments, 몇 가지는 속이 빈 튜브1,2형태로 결합으로 조립 이다. MTs는 끝 플러스 빠른 성장 하 고 느린-성장 하 고 끝은 centrosome 또는 다른 microtubule 조직 센터 (MTOC)3에서 앵커는 마이너스와 대립 된 구조. 드 노 보 MT 형성 nucleation 복잡 한 γ-tubulin 반지에서 (γ-TURC), 마운트 어셈블리4에 대 한 서식 파일을 제공 하 여 시작 됩니다. 어떤 주어진된 셀에 MTs의 두 인구 구분할 수 그 차례 이상의 서로 다른 속도로. 동적 MTs 성장의 단계 동적 불안정5라고 하는 과정에서 수축으로 전환 하 여 그들의 세포질 환경 탐구. 동적 MTs와 달리 안정적인 MTs 비 성장 고 동적 MTs6보다는 더 긴 반감기.
세포 생물학에 있는 연구의 십 년간은 정교한 배열의 마운트 구조와 기능을 공부 하는 도구를 제공 하 고 이러한 cytoskeletal 요소에 지식의 큰 몸이 귀착되. 예를 들어, MTs 설립 및 유지 보수 뿐만 아니라 안정적인 동적 MTs7, 대의 차동 subcellular 배포에 뿐만 아니라 그들의 본질적인 극성에 기인은 세포 극성의 중심 역할을 담당할 8. 반면, 훨씬 덜은 이해 MT 아키텍처 및 척 추가 있는 태아 같은 더 복잡 한 3 차원 (3 차원) 환경에서 기능에 대 한 부분에서 높은 해상도에서 산 골격을 이미징의 도전 때문. 이 제한에도 불구 하 고 최근 세대 GFP 표현 유전자 변형 라인 라벨 MTs 또는 붙일 태그가 MT 마커의 과도 식 MTs 받 다 동적 변화 및 그들의 휴대에 대 한 우리의 이해를 증가 했다 고 zebrafish 태아에 있는 발달 역할. 전체 MT 네트워크 수 수 몇 군데는 tubulin에 유전자 변형 라인에 직접 레이블된9 또는 tubulin 고분자는 직접 표시 하지 MT 관련 된 단백질을 사용 하는 Doublecortin 같은 키 (Dclk) 또는 Ensconsin (EMTB)10, 11. 다른 선 (및 구문) 생성 된 산 플러스 끝 으로써 특히 산 내장 극성의 평가 활성화 또는 끝11,12,13, 마이너스 centrosome 고정 14. 이러한 도구의 힘 유기 체를 개발, MT의 역학을 공부 하는 능력에 있다. 이러한 연구 결과 밝혀졌다, 예를 들어 특정 세포 인구에서 MTs의 공간 및 동적 배포, mitotic의 방향 스핀 들 겪고 morphogenesis (세포 분열의 비행기의 표시기), 조직에 산 폴리머의 극성 세포 신장 등 마이그레이션 프로세스와 관련 및 MT 성장률 혜성 속도9,,1315에 의해 결정. 이러한 도구의 한계는 그들이 쉽게 안정적이 고 동적 MT 인구 사이 차별 하지 않습니다 이다.
풍부한 세포 생물학 문학에서 그리기, zebrafish 태아에 있는 안정적이 고 동적 MTs 이미지를 immunolabeling 방법 설명, 여기는 유전자 변형 라인의 사용을 보완 합니다. 제 브라에서 같은 immunolabeling 방법의 광범위 한 사용은 고정 절차 동안 MT 무결성을 보존 하기에 있는 어려움에 의해 약간 방해 되었습니다. 프로토콜 1 immunolabeling 총, 동적, 최적화 된 방법을 설명 하 고 있는 안정적인 MTs 개발 zebrafish hindbrain의 횡단면. 또한, 상업적으로 사용 하 여 간단한 메서드 사용 가능한 소프트웨어 계량 이러한 산 인구를 설명 되어 있습니다. 안정적인 MTs는 α-tubulin acetylation, detyrosination, 시간16,17동안 안정적인 MTs에 축적 등의 여러 포스트 번역 상 수정에 따라 동적 MTs에서 구별 된다. Zebrafish 태아 acetylation 속눈썹 및 axonal MTs만 안정적인 interphase MTs18, 안정된 MTs의 하위 집합을이 마커의 유용성을 제한 하지에 발생 합니다. 대조적으로, detyrosination18zebrafish 태아 있는 모든 안정적인 MTs에 나타납니다. 이 포스트 번역 상 수정 α-tubulin (detyrosinated tubulin)18 의 카 터미널 글루탐산을 노출 하 고 안티-Glu-tubulin19를 사용 하 여 검출 될 수 있다. Detyrosination 안정 MTs에 우선적으로 발생 합니다, 하지만 실험적인 증거가 포스트 번역 상 수정 산 안정성16의 원인 보다는의 결과 임을 나타냅니다. 동적 MTs 구성 상호 MT 인구, 항 체, 안티-Tyr-tubulin, 그 구체적으로 인식 하는 α-tubulin19의 tyrosinated 형태를 사용 하 여 구별 된다. 이러한 마커 및 confocal 영상 immunolabeling, 다음 MTs (길이, 번호, 및 관계 되는 풍부)의 정량 분석 개발 신경 튜브의 정의 된 영역에서 수행할 수 있습니다. 효율적인된 방안은 여기 3 차원 이미지 처리 소프트웨어를 사용 하 여이 분석을 수행 하기 위해 제공 됩니다. 이 메서드는 주소 morphogenesis 설립 또는 세포 극성20의 성숙에 관한 질문에 적용할 수 있습니다. 실제로, 안정적인 MTs의 편광 배열의 정교 포토 리셉터 morphogenesis21, 개발 신경 튜브18 및 축 삭 형성8셀의 epithelialization를 포함 하 여 많은 개발 이벤트를 동반 한다.
프로토콜 2 그들의 어셈블리 단계 (nucleation/앵커리지와 성장)22,23동안 MTs를 분석 하는 세포 생물학 분석 실험의 비보에 적응을 설명 합니다. 초기 MTs는 centrosome에서 nucleated 되며 이후 어머니 중심소체23의 subdistal 부속에 고정. Depolymerization를 다음 초기 MT 자라나 분석 하는 방법을 설명 합니다. 이 프로토콜 MTs, 약 희미하게 절차와 치료 후 회복 기간 depolymerize nocodazole 치료에 세부 정보를 제공 합니다. MT 다시 성장에서 정기적 모니터링총 MTs에 대 한 마커 immunolabeling에 의해 s 게시물 유실 (β-tubulin) 안티는 centrosome에 대 한 표시와 함께 (안티 γ-tubulin)과 핵 (4′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)), 프로토콜 1에서 설명 하는 일반 절차에 따라. 이 프로토콜의 MT depolymerization 단계 드 노 보 산 성장에 대 한 평가 보다는 기존 MTs의 확장 하면 필수적 이다. 이 기술은 다른 측정 하 산 성장 속도 (depolymerization의 부재) 끝 트 란 외.와 같이 녹색 형광 단백질 (GFP EB3), 융합 단백질 3을 묶는 등 플러스 팁 마커를 사용 하 여 다른 게시 된 절차 이므로 201211. 또한,이 분석 결과 배아 드 노 보 마운트 어셈블리에 결함 분석에 특히 유용 이전에 보고 된 NEDD1 돌연변이는 γ-tubulin는 centrosome에의 채용은 장애인 등에서 불완전 한 결과 신경 관 형성 및 신경 결함24.
Protocol
Representative Results
Discussion
현재 많은 방법이 있다 초기 zebrafish 개발에서 산 역학 이미징을 위한 조직11,12,,1314고정 태그 분자의 라이브 영상에서의 immunolabeling에 이르기까지. 단일 셀에 MTs 동적 또는 안정 상태에 있을 수 있습니다, 있지만 epithelialization는 MTs는 시간이 지남에 따라 점차적으로 안정화 과정 이다. 안정적이 고 동적…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Confocal 현미경에서는 미국 국립 과학 재단 (NSF), 부여 #DBI-0722569 자금으로 구입 했습니다. 연구로는 미국 국립 연구소의 건강/국립 연구소의 일반 의료 과학 (NIH/NIGMS) 그랜트 #GM085290 및 미국 부서 방어 (국방부) 부여 #W81XWH-16-1-0466 R.M. 브루 스 터에 게 수 여를 지원 했다. E. 생체 전 대학 및 학부 과학 교육 프로그램을 통해 하 워드 휴즈 의학 연구소에서 UMBC에 교부 금에 의해 지원 되었다, # 52008090를 부여. S.P. 브라운에 의해 미국 부의 교육 GAANN 장학금을 지원 했다, #GM055036, 그리고 자금으로 미국 국방부 부여 #W81XWH-16-1-0466 연구 조교 메이어 대학원 친교 NIH/NIGMS 보조금에 의해 자금.
Materials
| Low Melting Point Agarose | IBI scientific | IB70050 | Only used for embedding. Prepare 4% LMP agarose by heating a solution of 4 grams LMP agarose per 100 ml 1X TBS in a microwave until polymerized. Keep warm on a 50 ˚C hot plate with the cap secured |
| Agarose | Used to treat petridishes. Prepare 1% agarose by heating a solution of 1 gram agarose per 100 ml 1X embryo medium in a microwave until polymerized. |
||
| Nocodazole | Sigma | 487928-10MG | Make stock by dissolving entire bottle of powder in distilled water and aliquoting into 500ul aliquots. Store at -20 ˚C. |
| 8% Formaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 157-8-100 | Aliquot and store at -20 ˚C. |
| Kpipes | Sigma | P7643 | |
| NaCl | Sigma | S7653 | |
| Tris-HCl | Sigma | T3253-500G | |
| KCl | Sigma | P9333-500G | |
| CaCl2·2H2O | Sigma | C5080 | |
| NP-40 | American Bioanalyticals | AB01424 | |
| EGTA | Sigma | E3889-25G | |
| MgCl2 | Sigma | M2670-500G | |
| Normal Goat Serum | Millipore | S26-100ml | Aliquot and store at -20 ˚C. |
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher | BP1605 | |
| Triton-x | American Bioanalyticals | AB02025 | |
| Pronase E (non-specific Protease from Streptomyces griseus) | Sigma | P5147-1G | make stock solution by diluting 10mg per ml of ddH2O. Aliquot in 1ml aliquots and store at -20 ˚C. |
| Anti-Fade mounting medium | Invitrogen | P10144 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | Prepare 50 ml DAPI solution by first combining 1 µl DAPI stock with 1 ml sterile water and then adding the DAPI/water mix to 49 ml 1X TBS; store in foil at 4 ˚C for months. |
| Mouse anti-β-tubulin | Developmental studies Hybridoma Bank | E7 | 1/200 |
| Rabbit anti-γ-tubulin | Genetex | GTX113286 | 1/500 |
| Rabbit anti-α-tubulin | Genetex | GTX108784 | 1/1000* |
| Rabbit anti-detyrosinated-tubulin | Millipore | AB3201 | 1/200-1/1000* Titrate antibody with first use of new lot. |
| Rabbit anti-tyrosinated-tubulin | Millipore | ABT171 | 1/500 |
| Mouse anti-centrin | Millipore | 04-1624 | 1/1000 |
| Goat 488 anti-rabbit | Thermofisher | A11008 | 1/500 |
| Goat 594 anti-rabbit | Thermofisher | A11012 | 1/500 |
| Goat 594 anti-mouse | Thermofisher | A11005 | 1/500 |
| Goat 488 anti-mouse | Thermofisher | A11001 | 1/500 |
| Vibratome | Vibratome | 1500 | |
| Forceps | World Precision Instruments | 555227F | |
| 100 mm petri dish | Cell treat | 229693 | |
| 35 mm petri dish | Cell treat | 229638 | |
| 50 ml falcon tube | Fisher | 14-432-22 | |
| Woven nylon mesh 70 um | Amazon.com | B0043D1SZG | |
| Micropipette | Gilson | F123602 | |
| Glass pipette | Fisher | NC-999363-9 | |
| Aquarium sealant | Amazon.com, by MarineLand | Silicone Sealer 1 oz (Tube) | |
| Ring stand | Fisher | 14-675BO | |
| Microbore PTFE Tubing, 0.022"ID | Cole-Parmer | WU-06417-21 | |
| Modeling clay | Amazon.com | Sargent Art 22-4000 | Any wax or oil based non-toxic modeling clay will suffice |
| Clamp | Fisher | 02-215-466 | |
| 60ml syringe | Fisher | 14-820-11 | |
| Embryo medium (E3) | 34.8 g NaCl 1.6 g KCl 5.8 g CaCl2·2H2O 9.78 g MgCl2·6H2O To prepare a 60X stock, dissolve the ingredients in H2O, to a final volume of 2 L. Adjust the pH to 7.2 with NaOH. Autoclave. To prepare 1X medium, dilute 16.5 mL of the 60X stock to 1 L. |
||
| Blocking Solution | 50 ml TBS-NP-40 2.5 ml normal goat serum 1 g BSA 625 µl Triton-X |
||
| TBS-NP-40 (pH 7.6) | 155 mM NaCl 10 mM Tris HCl 0.1% NP-40 |
||
| 2x MAB (pH6.4) | 160 mM KPIPES 10 mM EGTA 2 mM MgCl2 |
||
| Commercial 3-D Image processing Software | PerkinElmer | Volocity (V 6.2) | |
| Dry block heater | VWR | 12621-108 | Used as a hot plate to melt agarose in Protocol 1. |
| Dissecting Microscope | Leica | MZ12 | |
| Confocal Microscope | Leica | SP5 | |
| Flat embedding mold | emsdiasum.com | BEEM 70904-01 | |
| Public domain image processing software | NIH | ImageJ (V 1.5) | |
| * Success varies by lot number |
Riferimenti
- Akhmanova, A., Steinmetz, M. O. Tracking the ends: a dynamic protein network controls the fate of microtubule tips. Nat Rev Mol Cell Biol. 9 (4), 309-322 (2008).
- Conde, C., Cáceres, A. Microtubule assembly, organization and dynamics in axons and dendrites. Nat Rev Neurosci. 10 (5), 319-332 (2009).
- Kaverina, I., Straube, A. Regulation of cell migration by dynamic microtubules. Semin Cell Dev Biol. 22 (9), 968-974 (2011).
- Kollman, J. M., Merdes, A., Mourey, L., Agard, D. A. Microtubule nucleation by γ-tubulin complexes. Nat Rev Mol Cell Biol. 12 (11), 709-721 (2011).
- Howard, J., Hyman, A. A. Growth, fluctuation and switching at microtubule plus ends. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (8), 569-574 (2009).
- Schulze, E., Kirschner, M. Dynamic and stable populations of microtubules in cells. J Cell Biol. 104 (2), 277-288 (1987).
- Gundersen, G. G., Kalnoski, M. H., Bulinski, J. C. Distinct populations of microtubules: Tyrosinated and nontyrosinated alpha tubulin are distributed differently in vivo. Cell. 38 (3), 779-789 (1984).
- Li, R., Gundersen, G. G. Beyond polymer polarity: how the cytoskeleton builds a polarized cell. Nat Rev Mol Cell Biol. 9 (11), 860-873 (2008).
- Asakawa, K., Kawakami, K. A transgenic zebrafish for monitoring in vivo microtubule structures. Dev Dyn Off Publ Am Assoc Anat. 239 (10), 2695-2699 (2010).
- Wühr, M., Tan, E. S., Parker, S. K., Detrich, H. W., Mitchison, T. J. A model for cleavage plane determination in early amphibian and fish embryos. Curr Biol CB. 20 (22), 2040-2045 (2010).
- Tran, L. D., Hino, H., et al. Dynamic microtubules at the vegetal cortex predict the embryonic axis in zebrafish. Development. 139 (19), 3644-3652 (2012).
- Butler, R., Wood, J. D., Landers, J. A., Cunliffe, V. T. Genetic and chemical modulation of spastin-dependent axon outgrowth in zebrafish embryos indicates a role for impaired microtubule dynamics in hereditary spastic paraplegia. Dis Model Mech. 3 (11-12), 743-751 (2010).
- Yoo, S. K., Lam, P. -. Y., Eichelberg, M. R., Zasadil, L., Bement, W. M., Huttenlocher, A. The role of microtubules in neutrophil polarity and migration in live zebrafish. J Cell Sci. 125 (23), 5702-5710 (2012).
- Andersen, E. F., Halloran, M. C. Centrosome movements in vivo correlate with specific neurite formation downstream of LIM homeodomain transcription factor activity. Development. 139 (19), 3590-3599 (2012).
- Lee, S. -. J. Dynamic regulation of the microtubule and actin cytoskeleton in zebrafish epiboly. Biochem Biophys Res Commun. 452 (1), 1-7 (2014).
- Bulinski, J. C., Gundersen, G. G. Stabilization and post-translational modification of microtubules during cellular morphogenesis. BioEssays. 13 (6), 285-293 (1991).
- Magiera, M. M., Janke, C. Chapter 16 – Investigating Tubulin Posttranslational Modifications with Specific Antibodies. Methods Cell Biol. 115, 247-267 (2013).
- Hong, E., Jayachandran, P., Brewster, R. The polarity protein Pard3 is required for centrosome positioning during neurulation. Dev Biol. 341 (2), 335-345 (2010).
- Westermann, S., Weber, K. Post-translational modifications regulate microtubule function. Nat Rev Mol Cell Biol. 4 (12), 938-948 (2003).
- Jayachandran, P., Olmo, V. N., et al. Microtubule-associated protein 1b is required for shaping the neural tube. Neural Develop. 11, 1 (2016).
- Nam, S. -. C. Role of Tau, a microtubule associated protein, in Drosophila photoreceptor morphogenesis. Genes N Y N 2000. 54 (11), 553-561 (2016).
- Abal, M., Piel, M., Bouckson-Castaing, V., Mogensen, M., Sibarita, J. -. B., Bornens, M. Microtubule release from the centrosome in migrating cells. J Cell Biol. 159 (5), 731-737 (2002).
- Delgehyr, N., Sillibourne, J., Bornens, M. Microtubule nucleation and anchoring at the centrosome are independent processes linked by ninein function. J Cell Sci. 118 (8), 1565-1575 (2005).
- Manning, J. A., Lewis, M., Koblar, S. A., Kumar, S. An essential function for the centrosomal protein NEDD1 in zebrafish development. Cell Death Differ. 17 (8), 1302-1314 (2010).
- Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. F. Stages of embryonic development of the zebrafish. Dev Dyn Off Publ Am Assoc Anat. 203 (3), 253-310 (1995).
- Beck, A. P., Watt, R. M., Bonner, J. Dissection and Lateral Mounting of Zebrafish Embryos: Analysis of Spinal Cord Development. JoVE J Vis Exp. (84), e50703 (2014).
- FÖldes-Papp, Z., Demel, U., Tilz, G. P. Laser scanning confocal fluorescence microscopy: an overview. Int Immunopharmacol. 3 (13-14), 1715-1729 (2003).
- . ImageJ User Guide – IJ 1.46 Available from: https://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/ (2010)
- . Z-functions – ImageJ Available from: https://imagej.net/Z-functions (2017)
