Methods to accurately measure retinoic acid (RA) levels in small amounts of tissue do not exist. This protocol describes the easy, quantitative measurement of relative RA levels in E8.5 embryos and neurospheres using an RA reporter cell line.
Retinoic acid (RA) is an important developmental morphogen that coordinates anteroposterior and dorsoventral axis patterning, somitic differentiation, neurogenesis, patterning of the hindbrain and spinal cord, and the development of multiple organ systems. Due to its chemical nature as a small amphipathic lipid, direct detection and visualization of RA histologically remains technically impossible. Currently, methods used to infer the presence and localization of RA make use of reporter systems that detect the biological activity of RA. Most established reporter systems, both transgenic mice and cell lines, make use of the highly potent RA response element (RARE) upstream of the RAR-beta gene to drive RA-inducible expression of reporter genes, such as beta-galactosidase or luciferase. The transgenic RARE-LacZ mouse is useful in visualizing spatiotemporal changes in RA signaling especially during embryonic development. However, it does not directly measure overall RA levels. As a reporter system, the F9 RARE-LacZ cell line can be used in a variety of ways, from simple detection of RA to quantitative measurements of RA levels in tissue explants. Here we describe the quantitative determination of relative RA levels generated in embryos and neurosphere cultures using the F9 RARE-LacZ reporter cell line.
레티노 산 (RA)는 레티놀 또는 비타민 A의 대사 유도체 여러 셀룰러게나 제 (1)의 순차적 인 활동을 통해 제조된다. 때문에 양친 성 화학적 특성, 그것은 쉽게 지질 세포막을 교차 및 가용성 형태 형성 인자 (1) 역할을 할 수 있습니다. 이것은 핵 레티노이드 수용체에 대한 리간드로 작용하는 유전자 발현 2-10을 활성화함으로써 다수의 발달 및 성체 세포 과정을 조절하는 근본적인 분자이다. RA없이,이 RA 수용체 (RAR들) 리프레로 DNA 행동에 바인드 라 레스; RA는이 수용체에 결합하는 표적 유전자의 발현 1,5,6의 결과로 전사 활성제로 변합니다.
적경의 신호 전달 경로가 잘 특징입니다 만, RA의 작은 크기 (~ 300 다)와 양친 매성 자연을 직접 조직 학적 시각화 및 현재 RA의 측정 (11) 기술적으로 실행할 수 없게한다. DIR에 대한 유일한 방법RA 레벨 요법 측정은 고성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC) (11)를 사용하여 조직 샘플로부터 RA 단리 통해서이다. 이 방법은 일반적으로 서로 다른 샘플 (12)에 의해 용이 풀링 조직 대용량을 필요로한다. 따라서,이 기술은 각각의 배아 또는 샘플 / 조직 소량 RA 레벨 측정 저조한 적합하다.
RA의 세포 기능을 조사하기 위하여, 여러 방법들이 간접적 RA 존재를 추론하기 위해 개발되었다. 이러한 방법은 베타 – 갈 락토시다 제 또는 루시 페라 제 11,13,14의 발현을 구동 RARE 고 응답 RAR 베타를 포함하는 기자 시스템을 사용한다. Rossant 등. (13)에 의해 생성 된 형질 전환 RARE-LacZ를 기자 마우스 현장 11,13,15,16에서 RA 신호의 시공간 영역을 시각화를위한 이상적인 시스템이지만 정량적 측정에 적합하다. t의 F9 RARE-LacZ를 세포주 14그는 다른 한편으로, 조직 외식 11,12,14,17,18에서 RA 및 RA 수준의 정량적 측정의 검출에 유용합니다.
F9의 기형 암종 세포는 베타, 내생 알파를 표현하고, 감마 – 레티노 산 (19) 수용체 및 RA 19-21에 노출 된 후 정수리 내배엽으로 분화를 시작합니다. F9 세포는 오래가 RA 기자 분석을위한 이상적인 세포주로 선정 된 이유는 RA에 의한 세포 분화의 모델로 설립되었습니다. 바그너 등 의해 생성 F9 유래 장영실 15 RA 리포터 세포주.도 14는 E.를 포함 인간 베타 – 레티노 산 수용체 (RAR 베타) 유전자 (RARE) 64 BP 레티노 산 반응 요소의 사본 한 하류 coli'LacZ 유전자. 안정한 클론 선택을 유지하기 위해, 구조는 또한 G418의 존재 하에서 선택 마커로 아미노 글리코 시드 포스 (NEO R) 유전자를 포함한다. 이 구조의 공동LacZ를 염색을 통해 가시화 될 수 RA의 존재하에 B- 갈 락토시다 제의 발현을 유도 nfers이 반응은 연속적이어야 11,12,14,18 비색법을 이용하여 정량화 할 수있다.
이것은 매우 다양한 리포터 세포주 널리 17 인공 배아 상판 이식편 14 리포터 세포와 조직 샘플의 공동 배양을 통해 내인성 RA 생성의 검출에 사용되었다. 또한,이 리포터 라인 별도로 배아 척수의 풀링 섹션 배양 F9 RARE-LacZ를 셀 (18)이 배양 물로부터 조정 배지를 첨가함으로써, 현상 척수 RA 수준의 정량화에 사용되었다. 정량은 표준 ELISA 플레이트 판독기를 사용하여 비색 11,12,18 읽어서 LacZ를 염색 한 후 실시 하였다. 마지막으로,이 리포터 세포주 monitori 의해 RA 대사 효소의 존재의 검출에 사용 된NG는 RA 레벨 12, 18, 20, 22으로 변경합니다.
여기서 우리는 리포터 세포주의 민감도는 개별 공동 배양 E8.5 배아로부터 발생 RA 레벨의 측정을 허용한다는보고한다. 이는 다른 유전자형의 개별 배아 간의 비교를 할 수 있습니다. 특정 예로서, Gpr161은 RA의 신호 경로 (22)를 통해 부분적으로 neurulation을 조절 고아 GPCR, 우리는 전반적인 RA 레벨에 Gpr161 (Gpr161의 VL)의 열성 돌연변이의 효과를 조사하기 위해 리포터 세포주를 이용하여 신고 태아. 이 외에도, 기능성 및 편의성이 리포터 시스템의 측정에도 성인 척수 줄기 세포로부터 수득 neurosphere 배양 물에서, 상이한 조직 샘플에서 RA 레벨을 비교하는 자유를 허용한다. 여기에서 우리는 F9 RARE-LacZ를 RA 담당자와 직접 공동 문화를 통해 배아 및 neurosphere 문화에 상대적으로 RA 수준의 정량을 설명의 orter 세포주.
F9를 RARE-LacZ를 세포주 (14) 조직 이식편 12,14,17,18 제조 RA의 검출에 사용될 수있는 강력한 시스템이다. 그것은 RA 12,14,18와 치료 세포에서 감지 된 비특이적 반응과, 100 FM의 낮은 RA 농도에 민감합니다. 또한, 리포터 세포 따라서 LacZ를 반응 정량화 RA 12,14,18 레벨의 크기를 결정하는데 이용 될 수 있도록 농도를 특정 범위로 선형 방식으로 올 – 트랜스 RA로 응답한다. 여기에 제시된 빠르고 쉽게 RA 기자 분석은 배아 배양 성인 신경 줄기 세포의 시각화 (그림 2)와 상대 정량 측정 (그림 3)에 대한 F9 RARE-LacZ를 리포터 세포주를 사용합니다. 이 리포터 시스템은도 2에 도시 된 바와 같이 각각의 샘플 사이의 내인성 RA 수준의 비교를 허용한다. RA를 감지 할 수있을만큼 민감배양 neurosphere를 (그림 2B)에 의해 생성 된 개별 E8.5 배아 (그림 2A)뿐만 아니라 RA에 의해 생성. RA의 다양한 농도로이 세포주의 투여 량 – 의존적 반응이 샘플 (도 3b) 사이의 상대적인 RA 레벨의 샘플에 RA 레벨 (도 3a)의 정량과 비교 가능하다. F9 RARE 리포터 세포주 배양 시간별 조직 샘플에 의해 생성 된 RA의 전체 양을 측정하는 것이 중요하다. 이 RA 합성과 이화 작용의 순 잔액에 해당합니다.
F9를 RARE-LacZ를 리포터 세포 시스템은 매우 민감하고 다양한 있지만, 우리는이 시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 도입 한 몇 가지 중요한 문제 해결 방법이있다. 도 1에 도시 된 바와 같이 우선, 그들이 g셔서없이 일정한 통로에 의해 이들 세포의 상태를 유지하는 것이 중요포화 상태에 행. 둘째, 우리가 관찰 한 후에 구절은 문화가 지속적으로 G418와 선택에 따라 유지되는 경우에도 일관성 RA 응답 발생하는 경향이있다. 이 문제를 해결하기 위해, 20 구절 후 문화를 버리고 새로운 병을 해동하는 것이 좋습니다. 또한, 정기적 인 검사가 리포터 세포는 여전히 미디어 RA의 존재에 대한 강한 대응되도록 수행되어야한다. 셋째, 초기 통로 강력한 대응 (그림 1B, 맞 t)를 얻을 때까지해야 할 수도 있습니다 RA (왼쪽 그림 1B), 하나 이상의 서브 클로닝 몇 차례에 불량 또는 비 균일 한 응답을 표시합니다. 마지막으로, 문화 공동 전에, 이러한 배아 및 neurosphere를 같은 조직 샘플이 하나의 세포로 분해하는 것이 좋습니다. 우리는 일관성 비색 측정에서 샘플 결과의 해리를 관찰했다. 해리 세포가 유니에있는 이것은, 문화 우물에서 RA의보다 균일 한 분포에 기인 할 수있다기자 세포와 형태 접촉.
몇 가지 수정은 원래 프로토콜 (14)에 만들어졌다. 먼저, F9 RARE-LacZ를 셀 RA 응답 직접 세포를 고정하고 610 nm에서 흡광도를 측정하는 대신에 세포를 수집하고 B- 갈 락토시다 제 활성을 14 해물을 분석하여 정량 하였다. 다른 변형은 RA 반응의 정량화 전에 F9 RARE-LacZ를 해리와 시료의 직접 동시 배양한다. 이전 방법은 별도로 샘플을 배양하고 RARE-LacZ를 16, 18에서 F9 이러한 문화에서 만 미디어를 추가보고했다.
해당되는 강력한 시스템에도 불구하고, F9 RARE-LacZ를 리포터 분석은 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 이 리포터 세포주의 한 가지 제한은 올 – 트랜스 RA의 존재를 강력하게 반응하지만,도 9 시스 RA 및 13-CIS-RA 포함한 다른 레티노 산 이성질체 응답이다; 그러나 이러한 올 – 트랜스 RA 안돼요 더 민감 100 배이다다른 이성질체 18 빨간색. 이 시스템의 또 다른 제한은 선형 용량 의존적 반응은 10-7 10 -13 M 사이에 떨어지는 것입니다 M에서-RA (14, 18); 따라서, 이러한 한계를 벗어난 RA 레벨을 비교하는 경우, 측정이 선형 범위 내로 될 때까지 시료의 일련의 희석을 수행 할 필요가있을 수도있다. 이것은 주로 비색 분석법 때문에 마지막으로, 발색 엔드 샘플과 실험 사이에서 변할 것이다. 따라서, 항상 위해 매 실험 평행 도금 표준 곡선은 리포터 세포 반응의 정량을 위해 사용하는 것이 중요하다.
결론적으로 neurosphere를 이전에보고되지 않은, E8.5 배아 정량적 RA 수준을 측정하기 위해 F9 RARE-LacZ를 RA 리포터 세포주의 사용을보고 하였다. 이 리포터 시스템의 다양성은 거의 모든 세포 또는 조직 유형 RA 수준의 정량화를 허용하고, 수 mAY 향후 다양한 애플리케이션 개발 될.
The authors have nothing to disclose.
We would like to acknowledge Dr. Michael Wagner (SUNY Downstate Medical Center) and Ben Thiede (Dr. Jeff Corwin lab, University of Virginia) for providing us with the F9 RARE-LacZ cells and technical support. This study is funded by the New Jersey Commission on Spinal Cord Research (NJCSCR) (Grantnumber:10-3092-SCR-E-0) and the New Jersey Commission on Brain Injury Research (NJCBIR) (Grant number: CBIR13FEL006).
C3H/HeSn-Gpr161vl/J mouse strain | Jackson Laboratory | 000316 | |
F9 RARE-LacZ reporter cell line | from Dr. Michael Wagner (SUNY Downstate Medical Center) and Ben Thiede (Dr. Jeff Corwin lab, University of Virginia) | ||
DMEM/F-12 (with L-glutamine and HEPES) | ThermoFisher Scientific | 11330-057 | |
Fetal Bovine Serum (FBS), qualified | ThermoFisher Scientific | 26140-079 | Store at -20 °C in 10-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; warm in 37 C for media preparation |
Penicillin/Streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140-122 | Store at -20 °C in 10-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; light-sensitive |
G418 | ThermoFisher Scientific | 10131-027 | Store at 4 °C; light-sensitive |
2% Gelatin | Sigma Aldrich | G1393 | Store at 4 °C |
B-27 supplement (2 % stock solution) | ThermoFisher Scientific | 17504-044 | Store at -20 °C in 1-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; warm at room temperature for media preparation |
Murine Epidermal Growth Factor (EGF) | PeproTech | 315-09 | Prepare 100 μg/ml stock solution in 0.1% bovine serum albumin (BSA) in 1X PBS; prepare working concentrations by diluting with 1X PBS; store at -20 °C |
Murine Fibroblast Growth Factor (FGF)-basic | PeproTech | 450-33 | Prepare 100 μg/ml stock solution in 0.1% bovine serum albumin (BSA) in 1X PBS; prepare working concentrations by diluting with 1X PBS; store at -20 °C |
50% glutaraldehyde | Amresco | M155 | Store at 4 C |
Sodium deoxycholate monohydrate (C24H39NaO4 · H2O) | Sigma Aldrich | D5670 | Store at room temperature |
potassium ferrocyanide (K₄[Fe(CN)₆] · 3H₂O) | Sigma Aldrich | P-9387 | Store at room temperature |
potassium ferricyanide (K₃[Fe(CN)₆]) | Sigma Aldrich | P-8131 | Store at room temperature |
X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-d-galactopyranoside) | Promega | V3941 | Store stock at -20 °C |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | 41639 | Store at room temperature |
all-trans Retinoic Acid (at-RA) | Sigma Aldrich | R-2625 | Store 1 ml aliquots of stock in -80 °C; extremely sensitive to light |
TrypLE Express | ThermoFisher Scientific | 12605-010 | Store at room temperature |
0.25% trypsin-EDTA | ThermoFisher Scientific | 25200-056 | alternative to TrypLE Express; aliquot and store at -20 C |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | ThermoFisher Scientific | 14170-112 | Store at 4 C |
10X phosphate buffered solution (PBS) | ThermoFisher Scientific | 10010-023 | Store at 4 C |
Papain | Worthington | LK003176 | Store at 4 °C. |
Trypsin | Worthington | LS003703 | Store in 1 ml aliquots at -20 °C. |
Hyaluronic acid | Calbiochem | 385908 | Store 200 μl aliquots at -20 °C. |
DNaseI | Worthington | LS002139 | Store in 200 μl aliquots at -20 C |
Kynurenic acid | Sigma Aldrich | K3375 | Store in 200 μl aliquots at -20 C |
95% ethanol | |||
Mr. Frosty Freezing container | ThermoFisher Scientific | 5100-0001 | |
10 cm culture dish (non-cell culture treated) | |||
10 cm culture dish (cell culture treated) | |||
6 cm culture dish (non-cell culture treated) | |||
96-well cell culture plates | |||
1.5 ml microcentrifuge tubes | |||
1.5 ml amber microcentrifuge tubes | |||
1.5 ml cryovials | |||
37 °C water bath | |||
surgical scissors | |||
fine surgical scissors | |||
no. 5 forceps | |||
blunt-ended forceps | |||
scalpel blade | |||
glass pasteur pipettes | |||
cotton | |||
alcohol lamp | |||
ELISA plate reader | |||
stereomicroscope |