생체 내에서 바이오 센서는 초파리에서 비 세포 사멸 카스파 활동을 추적
Summary
카스파 제 활성의 낮은 농도를 포함하는 전체 동물의 건강한 세포를 검출하기 위해, CaspaseTracker 지정된 고감도 바이오 센서 초파리에 대해 생성 하였다. 카스파 따라 바이오 활성 데스 자극의 부재 하에서 최적 조건 하에서 사육 성인 동물의 내부 장기에 걸쳐 긴 수명이 건강한 세포에서 검출된다.
Abstract
Caspases are the key mediators of apoptotic cell death via their proteolytic activity. When caspases are activated in cells to levels detectable by available technologies, apoptosis is generally assumed to occur shortly thereafter. Caspases can cleave many functional and structural components to cause rapid and complete cell destruction within a few minutes. However, accumulating evidence indicates that in normal healthy cells the same caspases have other functions, presumably at lower enzymatic levels. Studies of non-apoptotic caspase activity have been hampered by difficulties with detecting low levels of caspase activity and with tracking ultimate cell fate in vivo. Here, we illustrate the use of an ultrasensitive caspase reporter, CaspaseTracker, which permanently labels cells that have experienced caspase activity in whole animals. This in vivo dual color CaspaseTracker biosensor for Drosophila melanogaster transiently expresses red fluorescent protein (RFP) to indicate recent or on-going caspase activity, and permanently expresses green fluorescent protein (GFP) in cells that have experienced caspase activity at any time in the past yet did not die. Importantly, this caspase-dependent in vivo biosensor readily reveals the presence of non-apoptotic caspase activity in the tissues of organ systems throughout the adult fly. This is demonstrated using whole mount dissections of individual flies to detect biosensor activity in healthy cells throughout the brain, gut, malpighian tubules, cardia, ovary ducts and other tissues. CaspaseTracker detects non-apoptotic caspase activity in long-lived cells, as biosensor activity is detected in adult neurons and in other tissues at least 10 days after caspase activation. This biosensor serves as an important tool to uncover the roles and molecular mechanisms of non-apoptotic caspase activity in live animals.
Introduction
카스파는 키 아스 파르 테이트 잔류 후 많은 세포 내 단백질을 절단하여 사멸 세포 사멸을 매개 시스테인 프로테아제이다. 예를 들어, 개시제 카스파는 효과기 카스파, derepress DNA의 뉴 클레아 제, 쪼개짐 세포 골격 성분을 활성화하고 신속하게 세포를 분해하고, 셀 시체 처리 인접 셀하여 인식 말림을 자극하는 세포막의 지질 조성 변화. 1-4 이것은 추정 세포의 수십억 인간의 몸에서 하루에 사망하고, 세포 사멸 화학 요법에 의한 종양 세포 사멸의 중요한 메커니즘이다. 5 카스파의 다른 세트는 선천성 면역을 자극하는 독특한 비 세포 사멸 과정에 의해 세포 사멸의 원인이 될 수 있습니다. (6) 따라서, 카스파 대부분의 연구는 직업 죽음의 기능에 초점을 맞추고있다.
흥미롭게도, 현장에서 초기 증거 홍보 세포 죽음에 책임이있는 같은 카스파도 아닌 죽음의 F를 밝혀unctions. 선구적인 연구는 카스파는 배아 동안 세포 증식 및 이동의 규제를 포함하여 건강한 세포에서 다양한 세포 기능에 관여하고 있음을 증명하고있다. 7-9 카스파가 다른 necroptotic 세포 사멸 경로를 차단, 초파리 10, 11에 spermatid 개별화 필요 마우스 (12, 13), 그리고 마이크로 RNA 프로세싱에 C. 간스. 14, 15 아마도에서 가장 오래 살았다 세포, 신경 세포, 카스파 및 기타 세포 사멸 기계가 시냅스 엔딩을 치기에 의해 신경 세포 활동의 조절에 관여하는, 생각하는 과정은 학습과 기억에 대한 다른 시냅스를 강화하는 것이 중요합니다. 16 18 카스파가 전체 세포 죽음없이 작은 신경 돌기의 미니 고사의 유형에 의해 시냅스 가지 치기를 촉진하는 것이 가능하다. (19) 그러나, 카스파는 세포 사멸과 같은 이벤트에 관련이없는 다른 기능을 가질 수있다. (20, 21) 이중 역할삶과 죽음에들 카스파에 고유하지 않습니다; 증명되지 않았지만 BCL-2 패밀리 단백질, 시토크롬 C는 건강한 세포의 세포 에너지 분야에서 역할을 가질뿐만 아니라, 세포 스트레스의 많은 유형에 의해 활성화되는 코어 사멸 경로의 일부이다. 22-25, 그것은 진화 일 연결된 것으로 논리적 보인다 부적합 또는 바람직하지 않은 세포의 적시 제거를 위해 동일한 분자 내 죽음 작업에 -jobs.
현재, 비 – 아폽토시스 카스파 제 활성의 분자 메커니즘 이해되지 않으며, 배아 발달 동안 성인 조직에서 비 – 아폽토시스 카스파 제 활성의 정도는 알려져 있지 않다. 주요 과제는 카스파의 죽음 작업에서 매일 작업을 구별에 어려움이다. 카스파 제 활성은 단백질 분해 케스케이드 의해 증폭되고 세포 자멸사 및 pyroptosis, 대조적으로, 카스파의 하루 작업은 많은 가능한 TECHN하여 검출 가능성이 아래 효소 활성의 훨씬 낮은 레벨을 발생 예상ologies.
여기에 제시된 작업 이전에, 나머지는 다른 목적을 위해 카스파 다양한 바이오 센서를 개발했다. SCAT 바이오 센서 (예를 들어, ECFP – DEVD – 금성) 빠르게 FRET를 사용하여 배양 세포 및 동물 조직에서 실시간 카스파 활동을 감지합니다. (26, 27)를 카스파 제 절단시, Apoliner (mCD8-RFP-DQVD-의 핵 타겟 GFP 부분 nucGFP)는 자사의 플라즈마 막 밧줄이 카스파에 의해 절단되는 분 이내에 세포 내 relocalization을 겪는다. (28) 마찬가지로, ApoAlert – pCaspase3 – 센서 (NES-DEVD-YFP-NLS)는 카스파 제 절단시 핵 세포질에서 relocalizes. 29, 30을 더 최근 iCasper의 발색단은 세라 초파리 배아 뉴런 실시간 바이오 활성의 검출을 허용, 카스파 제에 의해 분해되지만, 주로 발달 세포 죽음과 연관 될 때 형광을 위해 설계되었다. 후각 뉴런 31 카스파 따라 사망했다 노화 동안에 demonstCPV 바이오 센서 (예를 들어, mCD8-PARP-비너스)의 카스파 제 절단 형태의 면역 검출에 의해 평가. (32, 33) 중요한 것은, 카스파 제 -3의 활성화 된 형태의 척추에 민감한 발현 사이 세포 죽음의 부재에서 발견 된 배양 뉴런 및 소마 핵 CellEvent 리포터 염료의 카스파 종속 형광을 사용하지만, 세포 사멸은 척추 제거 이후까지 지연되었지만 어려움으로 인해 광 독성 발생 하였다 인치 (19)은 따라서 새로운 카스파 바이오 센서가 감지 할 필요 및 생체 내에서 기저 카스파 제 활성을 갖는 세포를 추적.
이러한 어려움을 극복하기 위해, 우리는 CaspaseTracker 지정된 신규 이중 색상 카스파 바이오 센서를 생성. 이 전략은 영구적 라벨 및 생체 내에서 세포를 추적 초파리 G-TRACE FRT 재조합 효소 시스템 (34)과 초파리 카스파 Apoliner 민감한 바이오 센서 (28)의 수정 된 버전을 결합한다. <SUP> 35 GAL4 활성화 된 G-TRACE 시스템. 카스파의 매우 낮은 수준의 적 카스파 활동을 경험 한 모든 세포의 세포질과 영구적 인 핵 타겟 GFP 발현에 RFP 발현의 결과로, CaspaseTracker 활성화 할 수 있습니다 (35)이 시스템은 레이블을 지정할 수 있습니다 초파리 melanogaster의, 카스파 제 및 세포 사멸 연구에 대한 취급 용이하고 널리 사용되는 모델 시스템을 사용하여 전체 동물의 일생 동안 세포. 36-38
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에서 우리는 건강한 조직에서 광범위한 기초 카스파 활동의 검출을 용이하게 CaspaseTracker의 건설 및 내부 동작을 보여줍니다. 생체 내에서 비 – 아폽토시스 카스파 제 활성을 검출하기위한 중요한 단계는 1) 2) 적절한 컨트롤 카스파 특정 리포터 기능 검증 3) 박리 기술을 실시하는 것은 성인 초파리의 모든 내부 기관계를 관찰하여, 상기 바이오 센서 트랜스와 파리 생성 autofluorescen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는도 초파리 그림에 대한 Polan 산토스와 대런 Obbard 감사합니다. (2A), 마르셀로 제이콥스 – 로레나 JHMRI의 insectary의 사용. 이 작품은 생명 과학 연구 재단의 교제 (HLT)에 의해 지원되었다, 대학 보조금위원회 홍콩 광역 / B-07 / 99 (MCF), 그리고 NIH가 NS096677, NS037402 및 NS083373 (JMH)를 부여합니다. 호 램 당나라는 생명 과학 연구 재단의 Shurl와 케이 쿠 르치 재단 연구원이다.
Materials
| CONSUMABLES AND REAGENTS | |||
| Vectashield | Vector Products | H-1000 | Mounting medium |
| Forceps | Ted Pella | #505 (110mm, #5) | Dumont tweezer biology grade, stainless steel |
| Hanging Drop Slides | Fisher Scientific | 12-565B | Glass slides |
| Hoechst 33342 | Molecular Probes | H1399 | DNA stain |
| Alexa Fluor 633 Phalloidin | Molecular Probes | A22284 | Actin stain |
| Rat-Elav-7E8A10 anti-elav antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) | Antibody Registry ID: AB_528218 | Stain for Drosophla pan-neuronal ELAV |
| Cleaved caspase-3 (Asp175) antibody | Cell Signaling Technology | #9661 | Stain for active fragment of caspase-3 |
| ProLong Gold antifade reagent | Life Technologies | P36934 | to preserve fluorophores |
| ProLong Diamond Antifade Mountant | Life Technologies | P36961 | to preserve fluorophores |
| SylGard 182 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Product code: 0001023934 | for dissection plates |
| EQUIPMENT | |||
| LSM780 confocal microscope | Carl Zeiss | N/A | Imaging |
| Carl Zeiss Stereomicroscope Stemi 2000 | Carl Zeiss | N/A | Drosophila dissection |
| AmScope Fiber Optic Dual Gooseneck Microscope Illuminator, 150W | AmScope | WBM99316 | Light source |
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