Анализ фагоцитоза для апоптозных клеток в<em> Drosophila</em> Эмбрионы
Summary
Мы здесь описываем анализ фагоцитоза с использованием дисперсных эмбриональных клеток Drosophila . Это позволяет нам легко и точно определять уровни фагоцитоза in vivo и идентифицировать новые молекулы, необходимые для фагоцитоза апоптозных клеток.
Abstract
Молекулярные механизмы, лежащие в основе фагоцитоза апоптозных клеток, должны быть выяснены более подробно из-за его роли в иммунных и воспалительных трудноизлечимых заболеваниях. Мы разработали экспериментальный метод количественного исследования фагоцитоза с использованием фруктовой мухи Drosophila , в которой генная сеть, контролирующая реакции поглощения, эволюционно сохраняется у млекопитающих. Для точного обнаружения и подсчета поглощающих и не поглощающих фагоцитов с использованием целых животных эмбрионы дрозофилы гомогенизировали для получения диспергированных клеток, включая фагоциты и апоптотические клетки. Использование дисперсных эмбриональных клеток позволяет измерять уровни фагоцитоза in vivo, как если бы мы проводили анализ фагоцитоза in vitro, в котором можно наблюдать все фагоциты и апоптотические клетки целых эмбрионов и точно определять уровень фагоцитоза. Мы подтвердили, что этот метод воспроизводит результаты предыдущих исследованийКоторые идентифицировали гены, необходимые для фагоцитоза апоптозных клеток. Этот метод позволяет анализировать поглощение мертвых клеток и в сочетании с мощной генетикой дрозофилы выявит сложные фагоцитарные реакции, связанные с миграцией, распознаванием, поглощением и деградацией апоптотических клеток фагоцитами.
Introduction
В метазоановых животных, например, нематод Caenorhabditis elegans , фруктовая муха Drosophila melanogaster и мыши и люди, большое количество клеток подвергается апоптозу во время развития, чтобы сформировать свои тела и в зрелом возрасте поддерживать гомеостаз 1 , 2 . Апоптотические клетки необходимо быстро удалить, потому что они индуцируют воспаление в окружающих тканях путем высвобождения иммуногенных внутриклеточных материалов, если они не полностью удалены 3 . Чтобы облегчить быстрое удаление, апоптотические клетки представляют собой так называемые сигналы питания, которые распознаются поглощающими рецепторами фагоцитов и устраняются фагоцитозом 3 , 4 , 5 , 6 . Таким образом, фагоцитоз играет решающую роль в поддержании гомеостаза хозяина и, следовательно, выясняет молекулу Важные механизмы, лежащие в основе фагоцитоза апоптозных клеток, имеют важное значение.
Механизмы, ответственные за фагоцитоз апоптотических клеток, по-видимому, эволюционно сохраняются среди видов у нематод, мух и мышей 7 . В настоящее время доступно несколько анализов фагоцитоза для оценки охвата апоптотических клеток у этих модельных животных. У C. elegans 131 соматические клетки подвергаются запрограммированной гибели клеток во время развития, а трупы клеток фагоцитируются соседними клетками, которые являются непрофессиональными фагоцитами 8 . Таким образом, подсчет количества оставшихся трупы клеток у C. elegans указывает на уровень фагоцитоза in vivo . Путем поиска мутантов нематод, которые показывают увеличенное количество мертвых клеток, было идентифицировано несколько генов, необходимых для фагоцитоза, и генетически характеризуются 9 , 10 ,S = "xref"> 11 , 12 .
Экс- фагоцитоз ex vivo с фагоцитами первичной культуры, обычно макрофагами, часто используют у мышей. Апоптотические клетки получают с использованием клеточных линий, таких как клетки Jurkat, и смешивают с первичными фагоцитами. После инкубации в течение нескольких часов подсчитывают общее количество фагоцитов и поглощающих фагоцитов для оценки уровня фагоцитоза. В качестве сложной модификации этого метода группа Nagata разработала анализ фагоцитоза ex vivo с клетками, экспрессирующими резистентный к каспазе ICAD (ингибитор активированной каспазой ДНКазы), в которой апоптотические клетки не подвергаются апоптотической фрагментации ДНК, но ДНК все еще расщепляется, когда Клетки фагоцитированы. Когда эти клетки используются в качестве апоптотических мишеней в анализе фагоцитоза, только ДНК поглощенных апоптотических клеток фрагментируется и окрашивается опосредованной TdT опорой концевого звена dUTP (TUNEL). Следовательно,L популяции апоптотических клеток измеряется путем подсчета сигналов TUNEL в смеси фагоцитов и апоптотических клеток 13 .
В D. melanogaster профессиональные фагоциты, названные гемоцитами, макрофагами Drosophila , ответственны за фагоцитоз апоптотических клеток 14 , 15 . В дополнение к анализу фагоцитоза di vitro с клеточными линиями клеток доступны анализы фагоцитоза in vivo с целыми эмбрионами дрозофилы . Зародыши дрозофилы являются мощным инструментом для изучения уровня апоптотического захвата клеток, поскольку многие клетки подвергаются апоптозу и фагоцитируются гемоцитами во время эмбрионального развития 14 , 15 , 16 . Примером анализа фагоцитоза in vivo является метод, разработанный группой Франка. В их методе гемоциты являютсяПри помощи иммуноокрашивания пероксидазина маркер гемоцитов апоптотические клетки окрашиваются с использованием ядерного красителя, 7-амино актиномицина D у всех эмбрионов дрозофилы , а число двойных положительных клеток считается сигналом фагоцитоза 17 . Другой пример анализа фагоцитоза на эмбрионах основан на концепции описанного выше метода Нагаты; Однако фагоцитоз in vivo оценивается с использованием эмбрионов мутантов dCAD ( дрозофила каспазы-активированной ДНКазы) 18 , 19 . Эти анализы фагоцитоза in vivo полезны для непосредственного наблюдения фагоцитоза in situ . Однако трудности связаны с исключением любого возможного смещения на этапе подсчета фагоцитозирующих клеток, потому что из-за его толщины трудно наблюдать все фагоциты и апоптотические клетки у всех эмбрионов.
Чтобы преодолеть это ограничение, мы развиваемсяОпубликовал новый анализ фагоцитоза у эмбрионов дрозофилы . В нашем методе, чтобы легко подсчитать фагоцитозирующие гемоциты, целые эмбрионы гомогенизируют для получения дисперсных эмбриональных клеток. Фагоциты обнаруживают путем иммуноокрашивания маркера фагоцитов, а апоптотические клетки обнаруживают TUNEL с этими диспергированными эмбриональными клетками. Использование дисперсных эмбриональных клеток позволяет измерять уровни фагоцитоза in vivo, как если бы мы провели анализ фагоцитоза in vitro, который точно определяет уровень фагоцитоза. Все генотипы мух могут быть использованы в этом анализе, если они развиваются до стадии 16 эмбрионов 20 , стадии развития, при которой апоптотический клиренс клеток фагоцитозом является наиболее распространенным. Этот метод имеет то преимущество, что количественно оценивает уровень фагоцитоза и, таким образом, может способствовать идентификации новых молекул, участвующих в фагоцитозе апоптотических клеток in vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы описали анализ фагоцитоза с использованием эмбрионов дрозофилы . Используя диспергированные эмбриональные клетки для количественного измерения фагоцитоза, гемоциты, профессиональные фагоциты Drosophila , иммуноокрашены для маркера гемоцитов Croquemort или srpHemo- driven…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарны Каз Нагаосе и Акико Ширацути за их советы.
Materials
| whole swine serum | MP Biomedicals | 55993 | For bloking |
| Treff micro test tube(easy fit) Dnase, Rnase free tube, 1.5 mL | TreffLab | 96. 4625. 9. 01 | For homogenization |
| pellet mixer 1.5 mL | TreffLab | 96. 7339. 9. 03 | For homogenization |
| Collagenase | Sigma-Aldrich | C-0130 | For preparation of embryonic cells |
| Trypsin | Thermo Fisher SCIENTIFIC | 27250-018 | For preparation of embryonic cells |
| Kpl Anti-Rat IgG (H+L) Ab MSA, AP | KPL | 475-1612 | secondary antibody for stainig hemocytes with an anti-Croquemort antibody |
| 5-bromo-4-chloro- 3-indolyl-phosphate |
Roche | 11383221001 | BCIP, For staining of hemocytes |
| nitro blue tetrazolium | Roche | 11383213001 | NBT, For staining of hemocytes |
| Anti-Croquemort antibody | described previously in Manaka et al, J. Biol. Chem., 279, 48466-48476 | ||
| Anti-GFP from mouse IgG1κ (clones 7.1 and 13.1) |
Roche | 11814460001 | For staining of hemocytes |
| Goat Anti-Mouse IgG-AP Conjugate | Bio-Rad | 170-6520 | secondary antibody for stainig hemocytes with an anti-Croquemort antibody |
| Apop Tag Peroxidase In Situ Apoptosis Detection Kit | Millipore | S7100 | For staining of apoptoitc cells. This kit includes Equilibration buffer, Reaction buffer, STOP/Wash buffer, TdT enzyme, and Anti-Digoxigenin-Peroxidase. |
| 3,3'-diaminobenzidine tetrahydrichloride |
nacalai tesque | 11009-41 | DAB, For staining of apoptoitc cells |
| Table of Fly Strains | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| w1118 | Control flies, described in Freeman et al., Neuron, 38, 567-580 | ||
| drprΔ5 | drpr mutant, described in Freeman et al, Neuron, 38, 567-580 | ||
| Itgbn2 | Itgbn mutant, described in Devenport et al., Development, 131, 5405-5415 | ||
| srpHemoGAL4 UAS-EGFP | described in Brückner et al., Dev. Cell., 7, 73-84 | ||
| UAS-drpr-IR | VDRC | 4833 | – |
| UAS-Itgbn-IR | NIG-fly | 1762R-1 | – |
Riferimenti
- Danial, N. N., Korsmeyer, S. J. Cell death: critical control points. Cell. 116 (2), 205-219 (2004).
- Vaux, D. L., Korsmeyer, S. J. Cell death in development. Cell. 96 (2), 245-254 (1999).
- Savill, J., Fadok, V. Corpse clearance defines the meaning of cell death. Nature. 407 (6805), 784-788 (2000).
- Lauber, K., Blumenthal, S. G., Waibel, M., Wesselborg, S. Clearance of apoptotic cells: getting rid of the corpses. Mol Cell. 14 (3), 277-287 (2004).
- Ravichandran, K. S., Lorenz, U. Engulfment of apoptotic cells: signals for a good meal. Nat Rev Immunol. 7 (12), 964-974 (2007).
- Ravichandran, K. S. Beginnings of a good apoptotic meal: the find-me and eat-me signaling pathways. Immunity. 35 (4), 445-455 (2011).
- Nakanishi, Y., Nagaosa, K., Shiratsuchi, A. Phagocytic removal of cells that have become unwanted: implications for animal development and tissue homeostasis. Dev Growth Differ. 53 (2), 149-160 (2011).
- Reddien, P. W., Horvitz, H. R. The engulfment process of programmed cell death in caenorhabditis elegans. Annu Rev Cell Dev Biol. 20, 193-221 (2004).
- Hedgecock, E. M., Sulston, J. E., Thomson, J. N. Mutations affecting programmed cell deaths in the nematode Caenorhabditis elegans. Science. 220 (4603), 1277-1279 (1983).
- Ellis, R. E., Jacobson, D. M., Horvitz, H. R. Genes required for the engulfment of cell corpses during programmed cell death in Caenorhabditis elegans. Genetica. 129 (1), 79-94 (1991).
- Gumienny, T. L. CED-12/ELMO, a novel member of the CrkII/Dock180/Rac pathway, is required for phagocytosis and cell migration. Cell. 107 (1), 27-41 (2001).
- Hsu, T. Y., Wu, Y. C. Engulfment of apoptotic cells in C. elegans is mediated by integrin alpha/SRC signaling. Curr Biol. 20 (6), 477-486 (2010).
- Hanayama, R. Identification of a factor that links apoptotic cells to phagocytes. Nature. 417 (6885), 182-187 (2002).
- Tepass, U., Fessler, L. I., Aziz, A., Hartenstein, V. Embryonic origin of hemocytes and their relationship to cell death in Drosophila. Development. 120 (7), 1829-1837 (1994).
- Gold, K. S., Bruckner, K. Macrophages and cellular immunity in Drosophila melanogaster. Semin Immunol. 27, 357-368 (2015).
- Abrams, J. M., White, K., Fessler, L. I., Steller, H. Programmed cell death during Drosophila embryogenesis. Development. 117 (1), 29-43 (1993).
- Franc, N. C., Heitzler, P., Ezekowitz, R. A., White, K. Requirement for croquemort in phagocytosis of apoptotic cells in Drosophila. Science. 284 (5422), 1991-1994 (1999).
- Mukae, N., Yokoyama, H., Yokokura, T., Sakoyama, Y., Nagata, S. Activation of the innate immunity in Drosophila by endogenous chromosomal DNA that escaped apoptotic degradation. Genes Dev. 16 (20), 2662-2671 (2002).
- Manaka, J. Draper-mediated and phosphatidylserine-independent phagocytosis of apoptotic cells by Drosophila hemocytes/macrophages. J Biol Chem. 279 (46), 48466-48476 (2004).
- Roberts, D. B. . Drosophila: A Practical Approach. , 3868-3878 (1998).
- Kuraishi, T., et al. Pretaporter, a Drosophila protein serving as a ligand for Draper in the phagocytosis of apoptotic cells. Embo j. 28 (24), 3868-3878 (2009).
- Franc, N. C., Dimarcq, J. L., Lagueux, M., Hoffmann, J., Ezekowitz, R. A. Croquemort, a novel Drosophila hemocyte/macrophage receptor that recognizes apoptotic cells. Immunity. 4 (5), 431-443 (1996).
- Kuraishi, T. Identification of calreticulin as a marker for phagocytosis of apoptotic cells in Drosophila. Exp Cell Res. 313 (3), 500-510 (2007).
- Nagaosa, K. Integrin betanu-mediated phagocytosis of apoptotic cells in Drosophila embryos. J Biol Chem. 286 (29), 25770-25777 (2011).
- Nonaka, S., Nagaosa, K., Mori, T., Shiratsuchi, A., Nakanishi, Y. Integrin alphaPS3/betanu-mediated phagocytosis of apoptotic cells and bacteria in Drosophila. J Biol Chem. 288 (15), 10374-10380 (2013).
- Fujita, Y., Nagaosa, K., Shiratsuchi, A., Nakanishi, Y. Role of NPxY motif in Draper-mediated apoptotic cell clearance in Drosophila. Drug Discov Ther. 6 (6), 291-297 (2012).
- Bruckner, K., et al. The PDGF/VEGF receptor controls blood cell survival in Drosophila. Dev Cell. 7 (1), 73-84 (2004).
- Nonaka, S., et al. Signaling Pathway for Phagocyte Priming upon Encounter with Apoptotic Cells. J Biol Chem. 292 (19), 8059-8072 (2017).
- Hanayama, R. Autoimmune disease and impaired uptake of apoptotic cells in MFG-E8-deficient mice. Science. 304 (5674), 1147-1150 (2004).
