Yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve Bireysel Astral Mikrotubul Dynamics Analizi Budding Maya
Summary
Maya tomurcuklanan nedeniyle güçlü genetik ve mikrotübül hücre iskeletinin basitliği için in vivo olarak mikrotübül dinamiklerinin çalışmak için avantajlı bir modeldir. Aşağıdaki protokol dönüşümü ve kültür maya hücreleri eş odaklı mikroskopi görüntü elde ve kantitatif maya hücrelerini canlı mikrotübül dinamiklerini analiz etmek açıklamaktadır.
Abstract
Dinamik mikrotübülüsler birçok hücresel süreçlere temeldir ve mikrotübül dinamiklerinin doğru ölçümler hücreleri bu süreçleri düzenleyen nasıl içine ve nasıl genetik mutasyonlar darbe düzenleme öngörü sağlayabilir. metazoan modellerinde mikrotübül dinamiklerinin miktar genetik manipülasyonlara yüksek mikrotübül yoğunluğu ve ilişkin kısıtlamalar da bulunmaktadır ilişkili zorluklar, bir dizi vardır. Buna karşılık, tomurcuklanan maya modeli bu zorlukların üstesinden avantajlar sunuyor. Bu protokol, maya hücreleri, canlı bir mikrotübül dinamiklerinin ölçmek için bir yöntemi tarif etmektedir. floresan etiketli tubulin ifade eden hücreler, sabit zaman atlamalı görüntü elde etmek için izin monte kayar odalarına yapıştırılır. Yüksek hız için ayrıntılı bir rehber, dört boyutlu görüntü elde etme de eş odaklı görüntü yığınlarının dinamik mikrotübül özelliklerinin ölçülmesi için bir protokol, hem de temin edilmektedir. Bu yöntem, geleneksel maya genetik ile birlikte, atakantitatif tübülin alt-birimleri aktivitesini değiştiren mikrotübül regülatörleri veya mutasyonların etkilerini değerlendirmek için çok uygundur bir yaklaşım IdeS.
Introduction
Mikrotübüller αβ-tübülin proteini alt ünitelerinin yapılmış iskelet polimerlerdir ve hücre içi ulaşım, hücre bölünmesi, morfojenez ve motilite içeren hücresel bağlamlarda çeşitli kullanılmaktadır. nerede ve ne zaman mikrotubuller formu bu çeşitli roller için mikrotübül ağları oluşturmak için, hücreler dikkatle düzenleyen gerekir. Bu düzenleme, serbest alt-birimler halinde mikrotübül polimerler veya demonte mikrotübüllere αβ-tübülin alt-birimleri monte ya da bu reaksiyonların kontrol edilmesi ile elde edilir; Bu mikrotübül dinamiklerinin olarak bilinir.
mikrotübül alanının önemli bir amacı, tübülin ve / ya da mikro tüpler bağlanan αβ-tübülin alt-birimleri ve dışsal düzenleyiciler çalışmalar dahil olmak üzere mikrotübül dinamiklerine, düzenleyen moleküler mekanizmalarını etmektir. Ve iyi bilinen bir deneysel yaklaşım com genellikle, saflaştırılmış αβ-tübülin proteini kullanılarak, in vitro olarak, bu sistem tekrar oluşturmak için olanSaflaştırılmış dış düzenleyicileri ile bileflimini. Bu yararlı bir yaklaşım olsa da, yeniden oluşturulmuş bir sistemde mikrotübül dinamikleri canlı hücrelerde gözlenen olandan kuvvetle farklılık olduğu açıktır. Örneğin, mikrotübüller daha hızlı büyür ve in vitro in vivo daha yavaş küçültmek. Bu farklılıklar, hücreler bilinen dış düzenleyiciler 1 mevcudiyeti, aynı zamanda, henüz tanımlanmamış-faktörlere bağlı olabilir. Nedenle, mikrotübül düzenleyiciler ve bir yerli hücresel bağlamda dinamiklerini bozacak mutantların faaliyetlerini belirlemek için çok önemlidir.
metazoan modelleri mikrotübül fonksiyonunu ve üst düzey örgüt araştırmak için geçerli olan sistemler olduğu kanıtlanmış olmasına rağmen, birkaç pratik kaygılar ciddi mikrotübül dinamiklerinin hassas ölçümü için bu modellerin yarar sınırlar. İlk olarak, hücre başına binlerce onlarca arasında değişen mikrotübül yüksek sayıda, güvenle etmek zorlaştırırzamanla bireysel Mikrotübülleri izlemek. Birçok çalışmada seçici böyle uç bağlayıcı (EB) ailede proteinler gibi mikrotübül uçlarına lokalize proteinler görüntüleme yoluyla bu sorunu aşmak. Bununla birlikte, bu proteinler, sadece Metazoan'da 2 mikrotübülleri büyüyen uçları lokalize bilinmektedir. Bu nedenle, bu proteinlerin programı yalnızca dolaylı olarak felaket sıklığı dinamikleri diğer yönleri, ölçüm yaparken doğrudan büyüme oranları ölçümü ile sınırlıdır. İkincisi, genom düzenleme teknolojisindeki gelişmeler rağmen kararlı bir şekilde floresan etiketli tubulin veya selektif tübülin veya mikrotübül düzenleyiciler işlemek için mutasyonlar tanıtarak ifade eden hücreleri oluşturarak önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Üstelik Metazoan'da birçok tübülin izotiplerinin varlığı mutasyonları bireysel tübülin genleri nasıl etkilediğini çalışma boşa çıkarıcıdır.
Çiçek mayası sistemi in vivo microtubu ölçüm için çeşitli önemli avantajlar sağlarle dinamiği. Maya bireysel mikrotübül görselleştirme izin basitleştirilmiş mikrotübül ağı bulunmaktadır. Mayada, mikrotübüller çekirdek zarfına 3 gömülü mil kutup gövdelerinin (SPBs) olarak bilinen merkezi organize kaynaklanmaktadır. SPBs mikrotübül 4, 5 çekirdeklenmesi γ-tübülin küçük kompleksleri için iskelet olarak hizmet vermektedir. SPBs mikrotübül, mil mikrotübül ve astral mikrotübül iki sınıfları çekirdekleştirmek. Nükleolazma içine Mil mikrotubuller projesi ve kinetochore mikrotübül aracılığıyla kromozomların bağlayabilmek için ve interpolar Mikrotübülleri 6 örtüşen yoluyla mil stabilize için önemlidir. Buna karşılık, astral mikrotübül dışa sitozol içine proje ve iğ mikrotübüller yoğun ağına nispeten nadir karşılaştırılır. Mitoz sırasında önceden anafaz hücreler SPB ya çıkan sadece 1-2 astral mikrotübülleri sahiptir; Bu i olarak varyerine 7 demetleri olarak daha ndividual mikrotübüller. mitoz sırasında mikrotübüllerin Astral rolü tomurcuk boyun olarak bilinen anne ve tomurcuk bölmeleri arasındaki birleşme içine çekirdeği ve mil taşımaktır. Bu hareket, doğru ve en sonunda tomurcuk boyun 8 içine çekirdeği ve mil çekme astral mikrotübüller üzerindeki kuvvet üretir iyi tanımlanmış yolları kapsar.
maya sisteminin bir diğer avantajı, eşsiz bir hassasiyetle mikrotübül düzenleyiciler ve tübülin alt-birimleri araştırmak için kullanılabilir olan genetik bir programı. Tek bir β-tübülin geni (TUB2) ve iki α-tubulin genleri (TUB1 ve TUB3): Maya da bir tübülin izotiplerinin basitleştirilmiş repertuar sahiptirler. Mutasyonlar hali hazırda bu genlerin sokulur ve böylece homojen bir tübülin nüfus 9, 10 olarak incelenebilir. yaygın bir dizi vardırMevcut etiketleme mikrotübül için yapılar ve bu kararlı ifadesi için kromozom lokuslarındaki entegrasyon için hedeflenebilir (Tartışma).
Bu yöntemin genel amacı, mikrotübül dinamiklerinin yüksek çözünürlüklü ölçümler için dört boyutta (X, Y, Z ve T), maya hücreleri, canlı görüntü tek mikrotübüllere etmektir. maya hücrelerinde floresan etiketli tubulin konstitütif, düşük seviyeli bir ekspresyon için yapıları birleştirmek için yöntemler tarif edilmiştir. görüntüleme önce, canlı hücreler uzun süreli görüntüleme için hücrelerini kararlı hale lektin Concanavalin A ile kaplanmış kayar odalarına monte edilmiştir. görüntü elde etmek için en uygun parametreler, hem de veri analizi için bir iş akışı, ayrıca açıklanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tomurcuklanan maya modeli zamanla görüntü tek mikrotüpcüklere yetenek ve maya genetik araçlarını kullanarak tübülinler ve mikrotübül düzenleyicileri manipüle etme yeteneği dahil olmak üzere, bir in vivo ortamda mikrotübül dinamiklerinin yüksek çözünürlüklü ölçümler toplamak için önemli avantajlar sunuyor.
Konkanavalin A ile kaplı bölmeler erimiş agar pedleri de dahil olmak üzere daha önce tarif edilen tertibatlarda, üzerinde bir çok avantaj sağl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Çeşitli FP-TUB1 plazmidler paylaşımı için Kerry Bloom (Kuzey Carolina Üniversitesi), Kyung Lee (NCI), Steven Markus (Colorado Eyalet Üniversitesi), ve Elmar Schiebel (Universität Heidelberg) teşekkür ederim. Biz slayt odası hazırlama yönteminde bizi eğitimi için Melissa Gardner (Minnesota Üniversitesi) minnettarız. Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) (JKM kadar) R01GM112893-01A1 ve (CE) T32GM008730 hibe tarafından desteklenmiştir.
Materials
| DOB (dropout bases) | Sunrise science | 1650 | |
| CSM-Leu | Sunrise science | 1005 | |
| Agar | Ameresco | N833 | |
| 100mm polystyrene plates | Fisher Scientific | FB0875713 | |
| ssDNA (Samon Sperm) in sterile DiH2O | Sigma-Aldrich | D7656 | resuspend at 10 mg/mL in DiH2O. Store aliquots at -20 ºC |
| Synthetic Complete Media | Sunrise science | 1459-100 | |
| Concanavalin A | Sigma-Aldrich | L7647 | resuspend at 2 mg/mL in DiH2O. Store aliquots at -20 ºC |
| Microscope slides | Fisher Scientific | 12-544-1 | |
| Microscope Coverslips | Fisher Scientific | 12-541-B | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 13-374-12 | paraffin film |
| VALAP (Equal parts of Vaseline, lanolin and paraffin) | melt at 75 ºC before use | ||
| forceps | Fisher Scientific | 16-100-106 | |
| Poyethylene glycol (PEG) 3350 | Sigma-Aldrich | 202444 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microscope | |||
| Ti E inverted Perfect Focus microscope | Nikon Instruments | MEA53100 | |
| 1.45 NA 100x CFI Plan Apo objective | Nikon Instruments | MRD01905 | |
| Piezo electric stage | Physik Instrumente | P-736 | |
| Spinning disk scanner | Yokogawa | CSU10 | |
| Laser combiner module | Agilent Technologies | MCL400B | |
| EMCCD camera | Andor Technology | iXon Ultra 897 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| NIS Elements software | Nikon Instruments | MQS31100 | |
| Microsoft Excel software | Microsoft | ||
| MATLAB software | MathWorks, Inc | ||
| ImageJ64 | NIH | Rasband, W.S., ImageJ, U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, http://imagej.nih.gov/ij/, 1997-2016. | |
| Bio-Formats Importer plug-in | Open Microscopy Environment | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Plasmids | |||
| pUC19-LEU2::GFP-TUB1 | pSK1050 | reference: Song, S. and Lee, K. S. A novel function of Saccharomyces cerevisiae CDC5 in cytokinesis. J Cell Biol. 152 (3), 451-469 (2001) |
References
- Zanic, M., Widlund, P. O., Hyman, A. A., Howard, J. Synergy between XMAP215 and EB1 increases microtubule growth rates to physiological levels. Nat Cell Biol. 15 (6), 688-693 (2013).
- Mimori-Kiyosue, Y., Shiina, N., Tsukita, S. The dynamic behavior of the APC-binding protein EB1 on the distal ends of microtubules. Curr Biol. 10 (14), 865-868 (2000).
- Byers, B., Goetsch, L. Behavior of spindles and spindle plaques in the cell cycle and conjugation of Saccharomyces cerevisiae. J Bacteriol. 124 (1), 511-523 (1975).
- Marschall, L. G., Jeng, R. L., Mulholland, J., Stearns, T. Analysis of Tub4p, a yeast gamma-tubulin-like protein: implications for microtubule-organizing center function. J Cell Biol. 134 (2), 443-454 (1996).
- Spang, A., Geissler, S., Grein, K., Schiebel, E. gamma-Tubulin-like Tub4p of Saccharomyces cerevisiae is associated with the spindle pole body substructures that organize microtubules and is required for mitotic spindle formation. J Cell Biol. 134 (2), 429-441 (1996).
- Winey, M., Bloom, K. Mitotic spindle form and function. Genetics. 190 (4), 1197-1224 (2012).
- Gupta, M. L. J., et al. beta-Tubulin C354 mutations that severely decrease microtubule dynamics do not prevent nuclear migration in yeast. Mol Biol Cell. 13 (8), 2919-2932 (2002).
- Moore, J. K., Cooper, J. A. Coordinating mitosis with cell polarity: Molecular motors at the cell cortex. Semin Cell Dev Biol. 21 (3), 283-289 (2010).
- Gartz Hanson, M., et al. Novel alpha-tubulin mutation disrupts neural development and tubulin proteostasis. Dev Biol. 409 (2), 406-419 (2016).
- Fees, C. P., Aiken, J., O’Toole, E. T., Giddings, T. H. J., Moore, J. K. The negatively charged carboxy-terminal tail of beta-tubulin promotes proper chromosome segregation. Mol Biol Cell. 27 (11), 1786-1796 (2016).
- Song, S., Lee, K. S. A novel function of Saccharomyces cerevisiae CDC5 in cytokinesis. J Cell Biol. 152 (3), 451-469 (2001).
- Knop, M., et al. Epitope tagging of yeast genes using a PCR-based strategy: more tags and improved practical routines. Yeast. 15 (10B), 963-972 (1999).
- Kosco, K. A., et al. Control of microtubule dynamics by Stu2p is essential for spindle orientation and metaphase chromosome alignment in yeast. Mol Biol Cell. 12 (9), 2870-2880 (2001).
- Toso, R. J., Jordan, M. A., Farrell, K. W., Matsumoto, B., Wilson, L. Kinetic stabilization of microtubule dynamic instability in vitro by vinblastine. Biochemistry. 32 (5), 1285-1293 (1993).
- Aiken, J., Sept, D., Costanzo, M., Boone, C., Cooper, J. A., Moore, J. K. Genome-wide analysis reveals novel and discrete functions for tubulin carboxy-terminal tails. Curr Biol. 24 (12), 1295-1303 (2014).
- Straight, A. F., Marshall, W. F., Sedat, J. W., Murray, A. W. Mitosis in living budding yeast: anaphase A but no metaphase plate. Science. 277 (5325), 574-578 (1997).
- Khmelinskii, A., Lawrence, C., Roostalu, J., Schiebel, E. Cdc14-regulated midzone assembly controls anaphase B. J Cell Biol. 177 (6), 981-993 (2007).
- Markus, S. M., Omer, S., Baranowski, K., Lee, W. L. Improved Plasmids for Fluorescent Protein Tagging of Microtubules in Saccharomyces cerevisiae. Traffic. 16 (7), 773-786 (2015).
