Summary

에서 이미징 칼슘<em> 초파리</em> 계란 활성화에

Published: August 06, 2016
doi:

Summary

이 문서에서는 초파리 계란 활성화 중에 2 + 칼슘을 시각화에 대한 적응력 생체 프로토콜을 설명합니다.

Abstract

Egg activation is a universal process that includes a series of events to allow the fertilized egg to complete meiosis and initiate embryonic development. One aspect of egg activation, conserved across all organisms examined, is a change in the intracellular concentration of calcium (Ca2+) often termed a ‘Ca2+ wave’. While the speed and number of oscillations of the Ca2+ wave varies between species, the change in intracellular Ca2+ is key in bringing about essential events for embryonic development. These changes include resumption of the cell cycle, mRNA regulation, cortical granule exocytosis, and rearrangement of the cytoskeleton.

In the mature Drosophila egg, activation occurs in the female oviduct prior to fertilization, initiating a series of Ca2+-dependent events. Here we present a protocol for imaging the Ca2+ wave in Drosophila. This approach provides a manipulable model system to interrogate the mechanism of the Ca2+ wave and the downstream changes associated with it.

Introduction

계란 (난자) 활성화에서의 세포 내 칼슘의 변화 2+ 농도는 모든 연구 생물 1, 2의 보존 구성 요소입니다. 이 이벤트는 세포주기의 재개 및 저장의 mRNA의 번역을 포함한 칼슘 의존적 공정의 넓은 범위를 개시한다. 때문에 세포 내 칼슘 농도의 일시적인 변화를 시각화 칼슘이 요구 사항에 주요 관심이었다.

역사적으로, 모델 생물은 알의 크기와 가용성에 따라 계란 활성화에 대한 연구에 선정되었다. 다양한 시각화 방법을 포함 이러한 시스템에서 2 + 농도에 따라 세포 내 칼슘의 변화를 정량화하기 위해 사용되었습니다 송사리 3의 광 단백질의 쿼린을; 등의 Fura-2 성게와 햄스터 4,5에서와 같이 칼슘 민감한 형광 염료; 칼슘 – 녹색 1 덱스 트란 Xenopus의 6인치

생성 및 유전자 인코딩 칼슘 지표 (GECIs)의 개선은 생체 내 7에 칼슘을 2 + 역학을 시각화 할 수있는 능력을 변형시켰다. 이러한 유전자 구조물은 특정 조직에서 발현 및 조직 침윤성 제제 8에 대한 필요성을 제한한다.

GCaMPs 인해 높은 칼슘 친화력 매우 효과적이었다 GECIs의 녹색 형광 단백질 (GFP) 기반 클래스이며, 신호 – 대 – 잡음 비율 및 용량 9-11을 정의한다. 칼슘의 존재에서, GCaMP 착체, 칼 모듈 린에 칼슘의 결합으로 시작하고, 형태 적 변화를 겪는다 시리즈 그 GFP 성분 (9)의 형광 강도 향상을 초래한다.

GCaMPs 광범위 세포 내 칼슘 (12)의 변화를 시각화하기 위해 초파리 신경 세포에 대한 연구에 사용되어왔다. 최근 applicati에성숙한 초파리 계란 2 + 칼슘을 시각화하는 GCaMP 기술에 계란 활성화 (13, 14)에서 단일 과도 칼슘 파를 밝혔다. 칼슘 2 + 웨이브는 생체 활성 분석 (13, 14)를 사용하여 생체 (13)에 배란 동안이나 높은 배율에서 낮은 배율로 시각화 할 수 있습니다. 생체 외 분석에서, 각각의 성숙 난자가 난소로부터 단리 및 저장성 용액을 사용하여 활성화되는, 생체 활성 15-17 사건 요점을 되풀이하는 것으로 나타났다 활성화 완충액이라.

생체 분석은 약물 중단, 물리적 조작과 유전자 돌연변이 등 다양한 실험 조건에서 칼슘 2 + 파의 쉬운 고해상도 시각화 할 수 있습니다. 이 문서에서는 생체 활성화 및 일에 대한 성숙한 초파리 계란의 준비를 보여줍니다GCaMP를 사용하여 칼슘 파를 시각화하는 데 사용되는 전자 후속 현미경. 이 방법은 칼슘 파의 개시 및 제어를 테스트하기 위해 하류 결과를 조사하는데 사용될 수있다.

Protocol

주의 : 다른 언급이없는 한 실온에서의 모든 단계를 수행. 1. 해부 준비 참고 : 여기에 설명 된 단계는 E. Gavis, 프린스턴 대학 & 웨일 등에 따라 있습니다. 알. 18. 촬영하기 전에 다음 단계 이일을 수행합니다. 고형 식품의 약 10 ㎖를 함유하는 바이알 플라이를 가지고 하나의 코너 건조 효모를 소량 추가 1g 미만으로 충분하다. 참고 : 플라이 유리 병이나 음식에 대한 정보는 '초파리 유지 보수'(19)을 참조하십시오. 효모를 수화 물 3 방울 – 1을 추가합니다. 45 ° 각도로 옆으로 병을 설정하고 3 수 – 물을 차지하기 위해 효모 5 분. 효모가 물을 흡수하는 동안, (최근에 등장하는 (GCaMP5라고 함) myristoy을 욕조-VP16GAL4에 의해 구동 UASt- MYR의 GCaMP5 (20)을 표현하는 파리의 병을 선택GCaMP5의 lated 양식) 난자의 세포막에 GECI 테 더링을 통해 대 잡음비가 높은 신호를 제공하도록 선택되었다. CO 2 가스 병에 파리를 마취. 젖은 음식에 파리를 상실하지 않도록 반전 병을 유지해야합니다. 공동 2 패드 위에 마취 파리 팁과 정렬 10-15 여성과 해부 현미경으로 붓을 사용하여 5 명의 남성. 참고 : 해부 건강한 여성을 제공하는 남성을 포함하는 표준입니다. 단계 130에서 바이알이 준비되면, 바이알에 선택된 파리를 추가한다. 파리가 활성화 될 때까지 바이알 수평을 유지하도록주의하십시오. 약 36 시간 동안 25 ° C에서 병을 놓습니다. 병 또는 폐기에 대한 CO 2 패드에 남아있는 파리를 돌려줍니다. 2. 해부 초파리 난소 참고 : 여기에 설명 된 단계는 웨일 등에 따라 있습니다. 알. <s> 18입니다. 36 시간 후, CO 2와 yeasted 유리 병에서 파리를 마취시키다. 유리 병 안에 파리가 CO 2 패드에 그들을 팁 마취되면 해부 현미경 페인트 브러시로 분류된다. 여성을 선택합니다. 여성에서 두 개의 난소를 분리합니다. 전체 상세한 프로토콜의 웨일 등을 참조하십시오. 알. 18. 요약하자면: 호 1.5, 22 X 40mm의 coverslip에에 산소 할로 카본 오일 (시리즈 95)의 작은 방울을 넣습니다. 복부의 앞쪽에 집게와 함께 여성을 잡고. 해부 현미경으로 여성을 잡고 부드럽게 여성의 후방을 제거하기 위해 집게의 두 번째 세트를 사용합니다. 두 번째 포셉의 후방 조직을 닦아냅니다. 복부의 후방에 전방에서 두 번째 집게로 복부 구멍에 꽉. 두 불투명 난소 때 FEMA의 외부 집게에 충실해야르. 오일에 난소를 터치합니다. 포셉을 닦아 포셉에서 어떤 조직을 제거합니다. 일 파리에서 세 된 커버를 얻기 위해 각 포함 난소 – 다음 단계 (2.4.7 2.4.1)를 반복합니다. 3. 분리 개인 성숙한 계란 단계 2.4에서 첫 번째 커버 슬립에, 4X로 설정 배율 표준 해부 현미경에서 난관을 찢어하여 두 개의 난소를 분리합니다. 모든 계란 챔버에 구멍 않도록주의하면서, 하나의 난소의 중심에 폐쇄 포셉 한 쌍을 소개합니다. 다음 닫힌 집게로 난소의 중심에 표준 해부 프로브를 삽입합니다. 조심스럽게 성숙한 계란 (단계 14 달걀 챔버)가 위치하는 후방 극으로 난소를 통해 해부 프로브를 끕니다. 반복 3.1 단계 – 3.4 2-5 시간은 난소 및 계란의 수의 크기에 따라. 주 : CO 2의 추 </서브> 일반적으로 미리 증착 된 달걀보다 상승 등의 부속에 크게 표시하는 단일 계란의 증착이 발생합니다. 이미 여성의 내부에 활성화되어 있기 때문에이 계란은 이미징 폐기해야합니다. 참고 : 성숙한 계란은 난소 결합 조직에서 쉽게 분리 할 가능성이 높다. 더 성숙한 계란은 난소의 외부에서 볼 수없는 경우, 해부 프로브를 괴롭 히고 부드럽게 계속합니다. 커버 슬립의 중심에 선 5 – 성숙한 계란은 난소의 외부 커버 슬립에 볼 수 있습니다되면, 3으로 이동합니다. 참고 : 최상의 결과를 얻으려면, 계란의 측면을 따라 부드럽게 프로브를 실행합니다. 참고 :이 계란을 손상시킬 수로 등의 부속 당겨하지 마십시오. 참고 : 미래 영상 설정에 따라 최대 이미징 영역에 대한 커버 슬립에 수직으로 약 200 μm의 떨어져 계란을 맞 춥니 다. 정렬 된 후에는 F를 사용하여 정렬 된 계란에서 멀리 드래그하여 난소 조직의 나머지 부분을 제거orceps. 의료 와이프의 모서리에 뿌리며 마치로 여분의 기름을 제거합니다. 의료가 손실됩니다 접촉 성숙 난자를 닦아와 성숙한 계란을 만지지 않도록주의한다. 현미경 샘플의 위치를​​ 단순화하기 위해 마커로 커버 슬립에 십자선을 그립니다. 안전한 장소에 커버 슬립을 설정하고 5 휴식을 커버 슬립에 준비된 달걀 챔버를 남겨 – 10 분. 계란은 기름에 정착하기 위해이 있습니다. 샘플은 1 시간 후 해부까지 사용할 수 있습니다. 그들에 난소와 커버 슬립의 나머지 3.11 – 반복 3.1 단계를 반복합니다. 4. 이미징 준비 실온으로 준비 활성화 버퍼 (15)를 가져옵니다. 참고 : 활성화 버퍼는 저장성 버퍼이다 : 3.3 밀리미터의 NaH 2 PO 4, 16.6 mM의 KH 2 PO 4, 10 mM의 염화나트륨, 50 mM의 KCl을 1로 pH 6.4로 가져, 5 % 폴리에틸렌 글리콜 8000, 2 mM의 염화칼슘 2 : NaOH를 5 비율 : KOH.자세한 내용은 Mahowald, 1983 참조 (15). 활성화 버퍼의 분취 량은 최대 2 주 동안 C 달 동안 4 °에서 -20 ° C에 저장할 수 있습니다. 조심스럽게 이미징 시설에 준비 된 커버, 활성화 버퍼와 유리 피펫을 전송. 참고 : 넓은 필드, 공 초점, 회전하는 디스크 또는 광 시트 현미경을 사용할 수 있습니다. 우리는 거꾸로 현미경을 사용하는 것이 좋습니다. 우리의 대표적인 결과는 공 초점 현미경을 사용하여 얻었다. 전체 성숙 난자를 영상화에 적합한 목적은 (여기 : 20X 0.7 NA)를 선택해야합니다. 현미경 스테이지의 첫 번째 준비 커버 슬립을 마운트합니다. 무대에 커버 슬립을 깰 않도록주의하십시오. 질적 활성화를위한 성숙한 계란 챔버와보기의 필드를 선택합니다. 이미지 구멍 계란 챔버 또는 막에에 blebbing와 그하지 마십시오. 참고 : 단계 4.6 – 4.7, 소프트웨어 명령 현미경 및 제조 업체에 따라 달라질 수 있습니다. 설정 이미징 파라(- 580 내지 500 nm) 표준 GFP 여​​기 (488 ㎚) 및 배출을위한 미터 거리에 있습니다. 또한 성숙한 계란과 변위 기름을 시각화하고 배향하기 위해 밝은 필드 뷰를 설정합니다. 전체 Z – 스택을 성숙 계란이 볼 수있는 가장 낮은 Z-평면을 선택하고 설정하는 단계 당 40 μm의 약 2 μm의에 대해 수행한다. Z 스택 획득 사이에 지연이 없도록 매개 변수를 설정합니다. 약 30 분 동안 캡처하는 시간 시리즈를 설정합니다. 5. 이미징 예 생체 계란 활성화 이미지 캡처를 시작합니다. 2 완전 Z-스택을 취득 할 수 – 1 기다립니다. 이것은 활성화하기 전에 성숙 난자를 보여줍니다. 유리 피펫으로 활성화 버퍼의 약 300 μl를 철회. 그것이 성숙 난자 이미지화되는 바로 위에까지 커버 슬립 위에서 45도 각도로 활성 버퍼를 포함하는 유리 피펫의 끝을 위치 천천히 빔 경로에 피펫을 이동. 유리 피펫해야오일 위 2cm – 1 일. 유리 피펫에서보다 5 초에 활성화 버퍼 2 방울 – 1을 추가합니다. 이 오일을 대체한다. 초과 활성화 버퍼를 추가하거나 성숙 난자의 변위를 일으킬 수있는 유리 피펫 계란을 만지지 마십시오. 이 목적과 커버 슬립 사이에 침지 기름에 형성 초점면 또는 기포의 변화를 일으킬 수있는 피펫으로 coverslip에 닿지 않도록주의하십시오. 화상 취득 동안에 활성화 완충액을 첨가하는 동안, 오일이 활성화 완충액으로 치환되었음을 확인하기 위해 시야 채널을 확인한다. 참고 :이 처음으로 인해 빔 경로를 차단 피펫에 그림자로 나타납니다뿐만 아니라 작은 기름 방울의 모양에 발생합니다. 일부 기름 방울 실험 결과와 이미지 품질에 영향을 미칠 성숙한 난자와 관련된 상태를 유지 할 수 있습니다. 5 – 오일이 활성화 버퍼 반복의 초기 또한 변위되지 않은 경우 5.4 단계0.6. 오일을 성공적으로 변위되면, 시계열이 완료 될 때까지 실행하도록 허용한다. 참고 : 활성화에 난자의 붓기에, 일부 계란 챔버가 활성화 버퍼의 추가에 초점면 또는 시야에서 극적으로 이동합니다 인해. 이러한 상황에서, 획득을 중단하고 다음의 커버 슬립을 장착. 이미지 시퀀스가​​ 인수를 완료 한 후, 데이터를 저장합니다. 6. 후 획득 이미지 처리 피지 (http://fiji.sc/Downloads#Fiji) 또는 등가의 화상 처리 소프트웨어를 사용하여 데이터 세트를 열고 분석 관련 파일을 선택한다. 수집 된 데이터의 투영을 구축하기 위해 선택 : 이미지> 스택> Z-프로젝트를. 시작 Z 슬라이스 및 정지 Z 슬라이스, 일반적으로 전체 섹션을 선택합니다. 일반적으로 '최대 강도로 설정 투사형을 선택한다. 전체 시리즈에 선택한 설정을 적용 틱 상자 '모든 시간 프레임'을 선택합니다. 만약하나 이상의 형광 채널은 복합을, 색상 간의 이동을 가능하도록 채널 도구를 사용하거나 이미지 그레이 스케일을, 몇 군데있다. 선택 이미지> 색상> 채널 도구입니다. 이미지의 밝기를 조정하고 이미지를 선택 대비>> 밝기 / 대비를 조정합니다. 하나의 이미지를 내보내려면, 관련 프레임을 선택 파일> 다른 이름으로 저장> JPEG, 또는 원하는 형식으로 날짜 표시 줄 슬라이더를 이동합니다. 내 보낸 파일의 위치와 제목을 선택하고 저장합니다. 이미징 소프트웨어의 프레임 속도를 참고 화상에 타임 스탬프를 제공해야한다. 동영상으로 시계열을 내보내려면 선택 파일> 다른 이름으로 저장> AVI는, 다음 (~ 초당 7 프레임) 프레임 속도를 선택합니다. 내 보낸 파일의 위치와 제목을 선택하고 저장합니다. 피지 형식으로 조정 된 파일을 저장하려면 파일> 저장을 선택합니다.

Representative Results

여기에서 우리는 생체 활성화 성숙한 초파리 계란을 준비하는 방법을 설명했다. 2 + 역학 계란 활성화에 칼슘의 GECI 수 있도록 이미징 및 배아 발달의 시작 (그림 1) 표현 계란입니다. GCaMP에 의존하는 것은 특별히 미리 스토 일 그룹의 존재는, 결과가 약간의 질적 차이 (13) (14)을 가지고 있고, 사용하는 것을 주목해야한다. 우리는 또한 액틴 중합 억제제의 첨가에 의해 난자 활성화 중에 기능성 액틴의 역할을 입증 한 사이토 D, 활성화 버퍼 (그림 2) 14. 계란 활성화의 세포 골격에 대한 요구 사항은 보존된다. C.에서 엘레는 시비 다음, 세포 골격 성분은 제 21,22 비대칭 분할을위한 하나의 세포 수정란을 제조 재구성된다. cytoskele의 성게에서, 중단탈 활성화 다음 다시 조직 수축성 고리 형성 (23)을 차단하여 세포주기에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 칼슘 파도와 초파리 계란 활성화에 다운 스트림 기능을 매개 굴지의 역할은 완전히 밝혀지지 남아있다. 초파리에서, 칼슘 파도 액틴 세포 골격의 공동 시각화이 생체 활성 분석을 이용하여 달성 될 수있다. 여러 채널의 시계열을 획득 할 수 있고, 세포 내 칼슘의 역학 난자 (도 3)에서 액틴 조직의 변화와 일치 될 수있다. 그림 1 :. 생체의 초파리 계란 활성화 시간 시리즈에서 단일 칼슘 웨이브는 후속 UASt- myrGCaMP5을 표현하는 초파리 달걀 성숙활성화 완충액 (AH)의 ddition. 세포질 칼슘의 증가는 2 + 약 1.5 μm의 / 초 평균 속도와 극부 (B) 및 전파 (BF)에서 유래. 파형의 개시는 일반적으로 활성화 완충액 첨가가 3 분 내에 관찰되었다. 활성화 후, 성숙한 난자의 세포 내 칼슘 농도는 레벨 (G, H) – 활성화 프리 되돌아 간다. 보충 영화 1 (총 시간 33 분)를 참조하십시오. 스케일 바는 50 μm의 =. 최대 투사 40 μm의 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 2 : 활성화 버퍼 교란 칼슘에 사이토 칼라 D의 추가2 + 웨이브 전파. 생체의 시간 시리즈는 10 μg의 / ㎖의 사이토 D 최종 농도 (AH)를 포함 활성화 버퍼 또한 다음 UASt- myrGCaMP5을 표현하는 초파리의 알을 성숙. 칼슘 2+ 파 극부 (A)에서 개시되는 동안,이 손상되고, 난자 (F)의 앞쪽에 도달하지 않는다 (백색 화살촉 웨이브의 전면을 나타낸다). 더 이상의 칼슘 변경) 30 분에 걸쳐 관찰되지 않았다. 보충 영화 2 (총 시간 30 분)을 참조하십시오. 스케일 바는 50 μm의 =. 최대 투사 40 μm의 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 3 : E에서 액틴과 칼슘의 공동 시각화생체의 초파리. 시간 시리즈 GG 정품 인증은 UASt- myrGCaMP5 (시안) 및 UASp -F-Tractin.tdTomato (마젠타) 활성화 버퍼의 다음과 같은 추가 (AH)를 표현하는 초파리의 알을 성숙. 칼슘 2 + 파가 극부에서 시작하고 그림에서와 같이 복구 1. 액틴, 흰색 화살촉 (H 대 A) 시간이 지남에 따라 변화하는 것으로 보인다. 성숙한 계란의 중심 칼슘 신호 검출의 부족은 촬상시의 시료의 이동에 기인한다. 스케일 바는 50 μm의 =. 최대 투사 40 μm의 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

The first critical step in this protocol is isolating the mature eggs without damage. This can be achieved by gentile maneuvering of the eggs with the dissecting probe. Practice will enable this manipulation to be executed without damage to the eggs. A second crucial step is avoiding the loss of the sample when activation buffer is applied to the mature egg in oil. Application of the activation buffer should be done slowly and without contact with the coverslip. This step can be challenging if the microscope set-up does not allow for an easy access to the sample. Moving axillary parts of the microscope, such as a temperature incubator, is advisable.

Modifications to this protocol can be made in order to visualize other fluorescently tagged factors, instead of Ca2+ at egg activation. More generally, different stages of Drosophila development or the results of adding a different buffer could be analyzed using this protocol.

Troubleshooting may be required if the settings on the microscope are not optimal for visualizing the signal from the sample. This can be achieved by increasing or decreasing the laser power, altering capture range and adjusting the Z-stack parameters. Another issue might be eggs consistently moving out of the field of view upon the addition of activation buffer. If this happens regularly, allow the mature eggs to settle on the coverslips for a longer period of time, 15 to 20 minutes. Beware that using a higher viscosity oil will alter the displacement of the oil by activation buffer.

This technique presented here is limited by the working distance of the objective, dehydration of the mature eggs and the ability to dissect the mature eggs without damage. However, when compared to in vivo imaging methods where the mature oocyte passes through the adult female and is deposited 13, our method enables more spatial resolution, the option to physically manipulate the mature egg before activation and the ability to test the role of egg activation without fertilization.

There are many potential future applications of this technique, including testing reporter constructs for cellular components at egg activation and visualizing the Ca2+ wave in mutant backgrounds 14,24. Together with experimental and genetic tools, the ex vivo egg activation assay presented here enables the study of the trigger, propagation and downstream effects of the universally conserved Ca2+ wave.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는이 원고의 준비 기간 동안 지원 로라 Bampton, 알렉스 데이비슨, 리차드 파튼, 아리타 아차에 감사하고 있습니다; 계란 활성화에 대한 토론 마리아나 Wolfner; 영상 지원을위한 매트 WAYLAND; 그리고 할머니 후 실험실에서 일반적으로 지원.

이 작품은 TTW 캠브리지, ISSF 대학 [허가 번호 097814]에 의해 지원되었다.

Materials

Dry active yeast Fleischman’s #2192
Dissecting microscope Leica MZ6 Various will work
Lamp Mircotec Fibre optic MF0-90 Various will work
Medical wipes Kimberly-Clark Corporation KLEW3020 
Marker pen Stabilo 841/46 OHPen universal, black – available in most stationary shops. Superfine Width 0.4mm
CO2 pad  Genesee Scientific 59-114 (789060 Dutscher)
Cover slip No. 1.5, 22 x 50mm International- No1-VWR Cat=631-0137-22-50mm Menzel-Glaser-22-50mm-MNJ 400-070T 
Halocarbon oil, series 95 Halocarbon Products Corp. Distributor in Europe:
Solvadis (GMBH)
Oil 10 S VWR Chemicals 24627.188 Can be used instead of Halocarbon oil, series 95
Forceps Fine Science Tools 11252-00 Whilst these tool should be clean, use of an autoclave is not necessary, ethanol would be sufficient.
Probe Fine Science Tools 10140-01
Glass pipette Fisherbrand, FB50251 Pasteur Pipettes, glass, unplugged, 150mm length 
Vial Regina Industries P1014 GPPS  80mm x 25mm

Referências

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Citar este artigo
Derrick, C. J., York-Andersen, A. H., Weil, T. T. Imaging Calcium in Drosophila at Egg Activation. J. Vis. Exp. (114), e54311, doi:10.3791/54311 (2016).

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