Zeitliche Quantifizierung der MAPK induzierte Expression in Einzel-Hefezellen
Summary
Zwei komplementäre Verfahren basierend auf Durchflusszytometrie und Mikroskopie vorgestellt, die die Quantifizierung auf der Ebene einer einzelnen Zelle, die Dynamik der Genexpression durch die Aktivierung eines MAPK-Weg in Hefe induziert ermöglichen.
Abstract
Die Quantifizierung der Genexpression auf Einzelzellebene deckt neuen Regulationsmechanismen bei Messungen auf Bevölkerungsebene durchgeführt verdeckt. Zwei Methoden, die auf Mikroskopie und Durchflusszytometrie werden dargestellt, um zu demonstrieren, wie solche Daten erfasst werden. Die Expression eines fluoreszierenden Reporter bei Aktivierung der hohe Osmolarität Glycerin MAPK in Hefe induziert wird als Beispiel verwendet. Die spezifischen Vorteile der einzelnen Verfahren werden hervorgehoben. Durchflusscytometrie misst eine Vielzahl von Zellen (10.000) und liefert ein direktes Maß für die Dynamik der Protein-Expression unabhängig von der langsamen Reifung Kinetik des fluoreszierenden Proteins. Abbildung von lebenden Zellen durch Mikroskopie ist im Gegensatz zu der Messung der gereiften Form der Reporter in weniger Zellen beschränkt. Jedoch können die Datensätze durch diese Technik erzeugt extrem reich durch die Kombinationen von mehreren Reportern und um die räumliche und zeitliche Informationen seinaus Einzelzellen erhalten. Die Kombination dieser beiden Messmethoden können neue Erkenntnisse über die Regulation der Proteinexpression durch Signalwege zu liefern.
Introduction
Signalisierung über transduktionskaskaden oft gipfelt in der Expression von Proteinen. Die Charakterisierung des Expressionsprofils ist ein Schlüsselelement für das Verständnis der Funktion der biologischen Wege. Die Identifizierung des Spektrums hochreguliert Proteine und die Dynamik ihrer Aktivierung kann durch verschiedene Techniken wie Mikroarrays, Northern-Blots und Western Blots 1-3 erreicht werden. , Im Durchschnitt jedoch diese Techniken die Antwort einer ganzen Population von Zellen. Um die Feinregulierung der Expression von Proteinen zu verstehen, ist es wünschenswert, Messungen auf Einzelzellebene zu sammeln. Idealerweise sollten diese Messungen auch quantitative Daten zugänglich mathematische Modelle des Basiswegs zu entwickeln.
Mikroskopie und Durchflusszytometrie sind zwei Techniken, die ideal geeignet sind, wie quantitative Einzelzellmessungen liefern. Die endogenen Markierung von Proteinen mit einem fluoreszierenden Protein kann bE verwendet werden, um ihre Expression Level 4 zu quantifizieren. Da die Zugabe einer großen fluoreszierenden Gruppe am Terminus des Proteins kann es machen nicht-funktionellen, ist es jedoch oft wünschenswert, spezifische Expression Reporter basierend auf einem Promotor, der die Expression eines Fluoreszenz Konstrukt zu erzeugen. Dieses Reporter-Protein exogen zu dem zellularen System und daher nicht die Signalisierungsereignisse, die in der Zelle stattfinden, beeinflussen.
Sowohl Mikroskopie und Durchflusszytometrie wurden weitgehend im Signalisierungsfeld Hefe verwendet. Als Beispiele; Colman-Lerner und Mitarbeiter korreliert sind, in einzelnen Zellen die Expression von spezifischen Paarung und konstitutiv exprimiert Reportern durch Mikroskopie, um den Lärm in Hefe Paarung Signalübertragungskaskade 5 quantifizieren, Acar und Kollegen verwendeten Durchflusszytometrie, um die regulatorische Netzwerk studieren Steuern der Expression der GAL-Gene 6. In einer früheren Studie 7 haben wir eine Kombina verwendetauf dieser zwei Techniken, um die Expressionsleistung aus der Hoch Osmolarität Glycerin (HOG) Weg in Hefezellen zu studieren. Diese Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Weg wird durch Hyper osmotischen Stress ausgelöst. Es führt zu der Aktivierung der MAPK Hog1, die in den Kern der Zelle transloziert, ein Transkriptionsprogramm, was zur Expression von etwa 300 Gene zu induzieren. Um diesen Prozess zu untersuchen, haben wir einen Ausdruck Reporter bezogen auf das STL1 Promotor (ein Gen, das unter den Hog1 Aktivität 8 induziert), die Expression von einem Vierfach-Venus fluoreszierendes Protein (p-STL1 qV) entwickelt hatten. Durchflusszytometrie Messungen entdeckt die Anwesenheit von zwei Populationen von Zellen bei mittleren Belastungsniveau (0,1 M NaCl) nur mit einem Bruchteil der Bevölkerung die fluoreszierenden Reporter exprimieren. Wir verwendeten Mikroskopie dieses Verhalten weiter zu untersuchen und entdeckt, dass dieses Geräusch in der Proteinexpression wurde durch intrinsische Faktoren 9 geregelt. Wir could beobachten weiter, dass Zellen, die mit einem ähnlichen Niveau von Hog1 Aktivität könnte auffallend unterschiedliche Expressionsergebnisse anzuzeigen. Die Kombination dieser beiden Techniken konnten wir zeigen, wie die langsamen Umbau der Stressantwortgene beeinflusst die Expression Ergebnis auf Einzelzellebene 7.
In diesem Papier verwenden wir die Expression des p-STL1 qV Reporter durch hyper-osmotischen Schock als ein Beispiel für die Quantifizierung der Proteinexpression induziert durch Mikroskopie und Durchflusszytometrie. Der gleiche Stamm bis 0,2 M NaCl beansprucht wurde mit beiden Methoden untersucht. Dies wird es uns ermöglichen, einige der wichtigsten Unterschiede in diesen beiden Techniken ergänzen sich zu markieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikroskopie
Die Behandlung der mit ConA und ist ein wesentlicher Schritt, um eine richtige Abbildung der Zellen sicherzustellen. Da ConA eine geringe Löslichkeit in PBS (5 mg / ml), kann die Filtration der Entfernung von großen Aggregaten, die in der ungefilterten Lösung vorliegen und stören die Bildgebung. Zellen befestigen relativ stark auf die behandelte Oberfläche und die Zugabe der Lösung zu induzieren nicht die Lokalisierung der Zellen stören, was eine kontinuierliche Verfolgung vo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Matthias Peter und seine Gruppe am Institut für Biochemie an der ETH in Zürich, wo diese Verfahren entwickelt worden. Diese Arbeit wurde durch den Schweizerischen Nationalfonds unterstützt.
Materials
| Reagent | |||
| Yeast Nitrogen Base | ForMedium | CYN6202 | |
| CSM amino-acid mix | ForMedium | DCS0011 | |
| Concanavalin A | GE Healthcare | 17-0450-01 | |
| Cycloheximide | Fluka Aldrich Sigma | C7698 | Toxic |
| ySP9 | W303Mata leu2::LEU2-pSTL1-quadrupleV enus | ||
| pSP34 | pRS305 pSTL1 (-800 -0) – quadruple V enus | ||
| Material | |||
| Microscope | Nikon | Ti-Eclipse | |
| Microscope control software | Micro-manager | Ver 1.4.11 | |
| Incubation chamber | LIS | The Box | |
| Fluorescence light source | Lumencor | SpectraX | |
| Camera | Hamamatsu | Flash 4.0 | |
| Flow cytometer | BD | FACS calibur | |
| Sonicator bath | Telesonic | TUC-150 | |
| 8-well-slide | Thermo Lab-tek | 155409 | |
| 96-well-plate | Matrical bioscience | MGB096-1-2-LG | |
| FACS tube | BD Falcon | 352054 |
References
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