Un test cellulare gratuitamente utilizzando<em> Laevis Xenopus</em> Embryo Estrae per studiare i meccanismi del regolamento Size nucleare
Summary
Mechanisms of cellular and intra-cellular scaling remain elusive. The use of Xenopus embryo extracts has become increasingly common to elucidate mechanisms of organelle size regulation. This method describes embryo extract preparation and a novel nuclear scaling assay through which mechanisms of nuclear size regulation can be identified.
Abstract
Una questione fondamentale nella biologia delle cellule è come dimensioni delle celle e organelli sono regolati. È stato riconosciuto che la dimensione del nucleo generalmente diminuisce con la dimensione della cella, in particolare durante l'embriogenesi quando si verificano drammatiche riduzioni sia cella e dimensioni nucleari. Meccanismi di regolazione dimensione nucleare sono in gran parte sconosciuti e possono essere rilevanti per il cancro in cui le dimensioni nucleare alterato è un parametro diagnostico e prognostico chiave. In vivo approcci per identificare i regolatori di dimensioni nucleari sono complicate dalla natura essenziale e complessa della funzione nucleare. L'approccio in vitro descritto qui per studiare il controllo dimensione nucleare sfrutta le normali riduzioni di dimensioni nucleare che si verificano durante lo sviluppo laevis Xenopus. Innanzitutto, nuclei sono assemblati in X. laevis estratto uovo. Poi, questi nuclei sono isolati e risospese nel citoplasma da embrioni in fase avanzata. Dopo un 30 – periodo di incubazione di 90 minuti, la superficie nuclearediminuisce di 20 – 60%, fornendo un test utile per identificare i componenti citoplasmatici presenti negli embrioni fase avanzata che contribuiscono al ridimensionamento dimensione nucleare di sviluppo. Un importante vantaggio di questo approccio è la relativa facilità con cui gli estratti uova e embrioni possono essere manipolati biochimicamente, consentendo l'identificazione di nuove proteine e attività che regolano dimensione nucleare. Come con qualsiasi approccio in vitro, convalida dei risultati in un sistema in vivo è importante, e microiniezione di X. embrioni laevis è particolarmente adatto per questi studi.
Introduction
Le dimensioni di organelli cellulari tipicamente scala con la dimensione della cella, e questo è stato forse meglio documentati per la disincrostazione di dimensioni nucleare con dimensione delle celle 1-10. Questo è particolarmente vero durante l'embriogenesi e la differenziazione cellulare, quando drammatiche riduzioni sia cellulare e dimensione nucleare sono spesso osservate 11,12. Inoltre, la dimensione nucleare alterato è un parametro fondamentale nella diagnosi del cancro e la prognosi 13-17. I meccanismi che contribuiscono alla regolazione di formato nucleare sono in gran parte sconosciuti, in parte a causa della complessità e la natura essenziale della struttura nucleare e funzione. Il metodo descritto qui è stato sviluppato come un test in vitro per il ridimensionamento della dimensione nucleare, che è suscettibile di manipolazione biochimica e delucidazione dei meccanismi di regolazione dimensione nucleare.
Xenopus laevis estratto uovo è un sistema consolidato di ricapitolare e lo studio dei processi cellulari complessi in un in vitro </em> Contesto. Questi estratti hanno rivelato nuove informazioni fondamentali sui diversi processi cellulari, tra cui l'assemblaggio e la funzione del fuso mitotico, reticolo endoplasmatico, e il nucleo 18-22. Uno dei principali vantaggi del sistema estratto è che X. laevis estratti uova rappresentano un citoplasma quasi non diluito cui composizione può essere facilmente modificato, ad esempio con l'aggiunta di proteine ricombinanti o immunodeplezione. Inoltre, si è in grado di manipolare processi essenziali utilizzando trattamenti che altrimenti potrebbero essere letali in un contesto in vivo. Le modifiche della procedura di estratto di uovo permettono l'isolamento di estratti di X. laevis embrioni piuttosto che uova, e questi estratti embrionali sono ugualmente suscettibili di manipolazione biochimica 23. Durante X. laevis sviluppo, l'embrione fecondato singola cellula (~ 1 mm di diametro) subisce una serie di dodici divisioni cellulari rapidi (punti 1 – 8) per generare diverse migliaia 50 μm di diametro e le cellule più piccole, raggiungendo una fase di sviluppo definito il passaggio midblastula (MBT) o la fase 24-26 agosto. La MBT è caratterizzata dalla comparsa di trascrizione zigotico, la migrazione delle cellule, divisioni cellulari asincrone, l'acquisizione delle fasi gap, e la creazione di formati di stato stazionario nucleari piuttosto che l'espansione nucleare continua come nell'embrione pre-MBT. Dalla fase 4 per gastrulation (stadi 10.5 – 12), il volume dei singoli nuclei diminuisce di più di 10 volte 11.
Qui, l'obiettivo è quello di individuare i meccanismi responsabili di queste riduzioni delle dimensioni nucleare durante la progressione evolutiva. L'approccio è quello di assemblare prima nuclei a X. laevis estratto uovo e isolare i nuclei dall'uovo citoplasma / estratto. Questi nuclei sono poi risospese nel citoplasma da embrioni fase avanzata gastrula. Dopo un periodo di incubazione, i nuclei di estratto di uova diventano più piccoli in estratto fase avanzata embrionale. Abbiamo ragionato che questo woulD un test utile per identificare i componenti citoplasmatici presenti negli embrioni fase avanzata che contribuiscono al ridimensionamento dimensione nucleare di sviluppo. Usando questo test, insieme con la convalida in vivo, abbiamo dimostrato che la proteina chinasi C (PKC) contribuisce alla riduzione di sviluppo in termini di dimensioni nucleari a X. laevis 23.
Protocol
Representative Results
Discussion
Here is presented a novel method to study mechanisms of nuclear size regulation during X. laevis development. Developmental progression is associated with dramatic changes in cell physiology, metabolism, division rates, and migration, as well as alterations in the sizes of cells and intracellular structures. These varied processes are complex and essential, so it is difficult to study just one of these aspects of development in an in vivo setting. The X. laevis embryo extract and nuclear shrink…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Members of the Levy and Gatlin labs as well as colleagues in the Department of Molecular Biology offered helpful advice and discussions. Rebecca Heald provided support in the early stages of developing this protocol. This work was supported by the NIH/NIGMS (R15GM106318) and the American Cancer Society (RSG-15-035-01-DDC).
Materials
| Alexa Fluor 568 Donkey anti-mouse IgG | Molecular Probes | A10037 | |
| ATP disodium salt | Sigma Aldrich | A2383 | |
| Benzocaine | Sigma Aldrich | E1501 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A3059 | |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | C3306 | |
| Centrifuge | Beckman | J2-21M | |
| Centrifuge rotor | Beckman | JS 13.1 | |
| chymostatin | Sigma Aldrich | C7268 | |
| creatine phosphate disodium | Calbiochem | 2380 | |
| cycloheximide | Sigma Aldrich | C6255 | |
| cytochalasin D | Sigma Aldrich | C8273 | |
| disposable wipes (kimwipes) | Sigma Aldrich | Z188956 | |
| L-cysteine | Sigma Aldrich | W326306 | |
| EGTA | Sigma Aldrich | E4378 | |
| Formaldehyde | Sigma Aldrich | F8775 | |
| Glass crystallizing dish (150×75 mm) | VWR | 89090-662 | |
| Glycerol | Macron | 5094-16 | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | |
| Hoechst – bisBenzimide H 33342 trihydrochloride | Sigma Aldrich | B2261 | |
| HCG – Human Chorionic Gonadotropin | Prospec | hor-250-c | |
| L15 Media | Sigma Aldrich | L4386 | |
| leupeptin | Sigma Aldrich | L2884 | |
| Lysolecithin | Sigma Aldrich | L1381 | |
| mAb414 | Abcam | ab24609 | |
| MgCl2 | EMD | MX0045-2 | |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | M9397 | |
| Maltose | Sigma Aldrich | M5885 | |
| NP40 | BDH | 56009 | |
| Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| Penicillin + Streptomycin | Sigma Aldrich | Pp0781 | |
| pepstatin | Sigma Aldrich | P5318 | |
| PIPES | Sigma Aldrich | P6757 | |
| Plastic paraffin film (parafilm) | Sigma Aldrich | P7793 | |
| KCl | Sigma Aldrich | P9541 | |
| KH2PO4 | Mallinckrodt | 70100 | |
| KOH | Baker | 5 3140 | |
| PMSG – Pregnant Mare Serum Gonadotropin | Prospec | hor-272-a | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | |
| NaHCO3 | Fisher | BP328 | |
| NaHPO4 | EMD | SX0720-1 | |
| NaOH | EMD | SX0590 | |
| Pestle | Thomas Scientific | 3411D56 | |
| Round bottom glass tubes, 15 ml | Corex | 8441 | |
| Secondary antibody (Alexa Fluor 568 donkey anti-mouse IgG) | ThermoFisher | A10037 | |
| sucrose | Calbiochem | 8550 | |
| thermal cycler | Bio-Rad | T100 | |
| Ultracentrifuge | Beckman | L8-80M | |
| Ultracentrifuge rotor | Beckman | SW 50.1 | |
| Vectashield (anti-fade mounting medium) | Vector | H-1000 |
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