상처 유발 다중계화는 세포가 세포 손실을 보상하기 위해 분할하는 대신 크기로 성장하는 보존된 조직 수리 전략입니다. 여기에 상피 상처 수리에서 ploidy 및 유전 적 조절을 측정하는 모델로 과일 비행을 사용하는 방법에 대한 자세한 프로토콜입니다.
Polyploidy는 유기체 건강과 질병에 미치는 영향이 여전히 제대로 이해되지 않는 빈번한 현상입니다. 세포는 내마모성 또는 세포 융합의 결과인 염색체의 디플로이드 사본 이상을 포함하는 경우 폴리플로이드로 정의됩니다. 조직 수리에서, 상처 유발 폴리플로이드화(WIP)는 과일 파리에서 척추동물에 이르는 보존된 치유 전략으로 밝혀졌다. WIP는 온코겐 성 성장과 유독성 스트레스에 대한 내성을 포함하여 세포 증식에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 문제는 왜 폴리플로이드 세포가 발생하는지, 그리고 이러한 독특한 세포가 어떻게 작동하는지 파악하는 것이 과제였습니다. 제공 된 성인 과일 플라이 상피에서 WIP를 연구하는 상세한 프로토콜은 구멍 상처 후 2 일 이내에 폴리 플로이드 세포가 생성되는 상피. D. 멜라노가스터의 광범위한 유전 적 도구 키트를 활용하여 Myc를 포함하여 WIP를 시작하고 조절하는 데 필요한 유전자가 식별되기 시작했습니다. 이 방법을 사용 하 여 지속적인 된 연구 어떻게 다른 유전 및 생리 변수 섹스를 포함 하 여 공개 할 수 있습니다., 다이어트, 그리고 나이 규제 하 고 WIP의 기능에 영향을.
Drosophila 멜라노가스터는 상피 상처 수리의 세포 및 분자 메커니즘을 연구하는 매력적인 모델 시스템입니다. 포유류에서와 같이, 사용된 조직 복구 기계장치는 조직과 그것의 발달 단계 둘 다에 달려 있습니다. 흉터없는 상처 치유는 상피 앞가장자리에서 actomyosin “지갑 끈”이 형성되는 과일 플라이 배아에서 발생하여 상처가1,,2를원활하게 닫을 수 있게합니다. 애벌레, 푸파, 및 성인 과일 파리에서 배아 후 상처 치유는 세포 외 매트릭스 리모델링, 멜라닌 흉터 형성 및 상피 세포 성장3,,4,,5,,6을초래한다. 상피 세포는 세포 융합및 내발자전거에 의한 크기가 증가하며, 미토시스3,4,,77,8을우회하는 불완전한 세포 주기이다., 결과적으로, 세포 손실은 세포 분열 대신 폴리플로이드 세포 성장에 의해 보상됩니다. 성인 플라이 힌구트, 미드구트 및 여포 상피는 또한 조직 손상 후 세포 손실을 보상하기 위해 폴리플로이드 세포 성장에의존9,,10,,11.
Polyploidy는 식물과 곤충에 있는 유기체 발달의 잘 알려진 양상입니다, 그러나 지난 몇 년 동안 폴리플로이드는 척추동물12에있는 보존된 조직 복구 전략이다는 것을 더 명백해지고 있습니다. 심장을 재생할 수 있는 능력을 가지고 있는 제브라피쉬는 손상된 에피카르듐13을치유하기 위해 폴리플로이드 세포 성장에 의존한다. 폴리플로이디는 또한 급성 부상 후 포유류 간 재생 및 신장 관 상피 수리에 기여14,,15. 이러한 예에서, 폴리플로이드 세포는 내발자전거 또는 내막증을 통한 내분 복제에 의해 생성되며, 이는사이토카네시스(12)의블록으로 인한 이중핵세포를 초래한다. 수수께끼는 상처 수리 중에 polyploid 세포가 발생하는 이유와 polyploidy가 조직 기능에 미치는 영향입니다. 최근 연구는 폴리 플로이디가 치유의 이점이나 단점을 제공하는지의 질문에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 제브라피시 에피카듐에서, 폴리플로이디는 상처 치유의 속도를 향상(13). D. 멜라노가스터 힌구트와 포유류 간에서, 폴리플로이드는 온코겐성장(11,,14)에대하여 보호된 것으로 밝혀졌다. 성인 플라이 상피에서, 최근에 폴리플로이드는 물질 독성스트레스(16)의존재에서 상처 수리를 가능하게 한다는 것을 최근에 발견되었다. 내보 복제는 DNA 손상에 내성이 있어 세포 증식이17일손상될 때 상처 치유를 허용한다. 마우스와 제브라피시 하트의 심근세포의 경우, 폴리플로이디는 치유를 느리게 하여 흉터 형성18,,19를강화한다. 따라서 장기 및/또는 세포 유형에 따라 폴리플로이디는 유익하거나 해로운 조직 수리 전략이 될 수 있다. 상처 유발 폴리플로이드화(WIP) 반응의 분석과 결합된 D. 멜라노가스터 유전학의 접근성은 이 상처 치유 전략을 안내하는 분자 및 세포 메커니즘을 해명하기 위한 이상적인 모델 시스템입니다.
여기서, 우리는 성인 D. 멜라노가스터 상피에서 WIP를 분석하기위한 프로토콜을 제시한다. 과일 플라이 부상, 해부, 면역 염색, 마운팅, 이미징 및 재상피성, 세포 융합 및 내분 복제(ploidy)의 분석에 대한 지침이 포함되어 있습니다. 이미징 및 계략 분석은 또한 WIP가 발생하는지 여부를 테스트하기 위해 다른 모델에 적응할 수 있습니다. 핵 DNA 함량이 증가함에 따라 핵 크기가 그에 상응하는 증가가 발생하는 경우가 많다는 점에 유의해야 합니다. 그러나, 핵 크기가 ploidy20에있는 상응하는 변경을 반영하지 않는 생물학에 있는 많은 예가 있습니다. 세포가 종종 상처 부위를 커버하기 위해 퍼지거나 스트레칭하는 상처 환경의 맥락에서 핵 크기를 해석 할 때 더욱 주의를 기울여야합니다. 따라서, ploidy의 유일한 확실한 변화 증거는 이 방법(또는 전체 게놈 시퀀싱과 같은 다른 사람)에 의해 DNA 함량을 측정하는것이다(21). 이 방법은 상처 수리에서 폴리플로이디의 역할과 조절을 연구하는 모델로서 성인 D. 멜라노가스터 복부 상피의 적합성을 증가시킨다.
제시된 것은 상처 수리16도중 재상피화 및 내보복제를 변경해서 유전자가 WIP를 통제하는 방법을 연구하기 위하여 성인 D. melanogaster 복부 상피를 해부하고 사용하는 방법에 대한 상세한 프로토콜입니다. 이 방법을 사용하여 프로토 온코진 Myc는 최근 WIP의 주요 레귤레이터로 확인되었습니다. Myc는 상피 세포가 사후 부상을 내보복제하기 위해 필요하며, 성인용 플라이 상피 및 액세서리땀샘(16,,22)에서모두 내발성 세포를 내분비하기에 충분하다. 또한 상피 세포를 stg의 발현에 의한 미토세포 주기로 전환하는 것이 발견되었으며, fzrRNAi는 상처 수리에 해롭다. 이 방법을 사용하여 지속적인 연구는 WIP 도중 재상피화 및 내보 복제를 통제하는 데 필요한 그밖 유전자를, polyploidy가 어떻게 polyploidy가 규제되고 각종 조직에 있는 기능에 있는 유사성 그리고 다름을 드러내는 것을 확인할 것입니다.
이 모델및 방법은 기계적 펑크로 폴리플로이디를 쉽게 유도하고4일이내에 폴리플로이드 세포가 생성된다는 사실을 포함하여 독특한 이점을 제공한다. 조직 해부 및 준비 프로토콜은 애벌레 해부 기술(23)을기반으로하지만 성인 비행 복부는 더 단단하고 따라서 쉽게 혼란스럽습니다. 결과적으로,이 프로토콜은 WIP를 연구하기 위해 그대로 조직을 격리하기 위해 연습과 정밀도가 필요합니다. 그러나 일단 해부되면 상피는 명확하게 보이고 쉽게 이미지화되어 상처 치유 과정의 스냅샷을 생성합니다. 이 방법은 성인 비행의 상피 조직, 세포 및 syncytium 크기, 세포 및 개별 핵의 계피에 대한 풍부한 정보를 제공합니다. 라이브 이미징은 불투명한 큐티클로 인해 온전한 과일 비행 내에서 는 아직 가능하지 않지만, 이 프로토콜은 단기 라이브 이미징 연구24를수행하기 위해 D. melanogaster에서 사용되는 현재 사용 가능한 전 생체 권양 조건을 포함하도록 조정할 수 있습니다.
미래에, 이 모형은 관심의 그밖 세포 모형에 있는 Gal4/UAS 시스템으로 유전자 발현을 조절하여 WIP에 세포 세포 간 교차토크 및 그밖 세포 모형의 기여를 연구하기 위하여 이상적일 것입니다. 유사한 질문은 또한 다양한 유전 및 돌연변이 배경을 사용하여 대답할 수 있습니다. 해부 된 성인 플라이 복부에는 지방 체및 이뇨형, 측면 근육 섬유, 감각 뉴런, 기관 및 대식세포와 같은 혈구를 포함하여이 방법을 사용하여 쉽게 시각화 할 수있는 다양한 세포 유형이 포함되어 있습니다. 또한,이 모델은 생리적 변수가 섹스, 식이 요법, 감염, 나이 및 환경 스트레스를 포함하여 WIP에 미치는 영향을 조사하는 것을 허용할 것입니다. 프로토콜은 더 큰 크기로 인해 성인 여성 비행을 사용하는 동안, WIP는 또한 남성 과일 비행에서 발생 (Gjelsvik및 Losick, 게시되지 않음). 폴리플로이드 세포는 포유류 간, 뇌, 눈 및 심장12에서노화 및 노화 관련 질병 중에 발생하는 것으로 밝혀졌다. 과일 비행 모델은 인간 질병 관련 유전자가 높게 보존되기 때문에 연구원이 생리및 질병 맥락에서 polyploidization를 공부하는 것을 가능하게 할 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
보스턴 대학에서, 우리는 인프라 및 지원을위한 보스턴 대학 이미징 코어에서 이미징 및 브렛 저드슨에 대한 자신의 실험실의 카메라와 입체 현미경 설정을 사용하여 박사 에릭 포크에게 감사드립니다. 우리는 또한 플라이 커뮤니티 자원에 감사하고 싶습니다: 블루밍턴 드로소필라 주식 센터 (NIH P40OD018537), 비엔나 드로소필라 자원 센터, 하버드 의과 대학의 TRiP 센터 (NIH / NIGMS R01-GM01-GM084947) 이 연구에 사용되는 형질 형 주식을 제공하기위한. 마우스 FasIII 항체는 NIH의 NICHD에 의해 지원되는 발달 연구 Hybridoma 은행에서 얻어지고 아이오와 대학, 생물학의 부, 아이오와 시티, IA에서 유지되었습니다. 이 간행물에서 보고된 연구는 상 번호 R35GM124691의 밑에 건강의 국가 학회의 일반 의학 과학의 국가 학회에 의해 지원되었습니다. 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 국립 보건원의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.
35 mm Petri dishes | Fisher Scientific | FB0875713 | For creating plates to dissect in |
50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-432-22 | For preparing staining reagents in |
AxioImager M2 with Apotome | Zeiss | NA | For imaging samples |
Blowgun mini | Genesee Scientific | 54-104M | For anethesizing D. melanogaster strains |
Bovine Serum Albumin, 30% | Sigma | A7284-500ML | For immuostaining |
Carbon dioxide tank | various distributors | N/A | For anethesizing D. melanogaster strains |
Click-iT EdU 594 Kit | Thermofisher | C10339 | For EdU assay |
Coverslips | Thermofisher | 3406 | For mounting |
DAPI | Sigma | D9542-10MG | For immuostaining |
Dissecting Plates (use Sylgard 184 Sil Elastic Kit) | Ellsworth Adhesives | 184SIL | For creating plates to dissect in. Mix epoxy as directed, let dry overnight |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Thermofisher | A21206 | For secondary immuostaining |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 568 conjugate | Thermofisher | A10042 | For secondary immuostaining |
Drosophila tubing and fittings | Genesee Scientific | 59-124C, 59-123, 59-140 | For anethesizing D. melanogaster strains |
Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | For dissecting |
epi-Gal4 | Bloomington Drosophila Stock Center (b) | b38793 | Losick et al. Current Biology, 2013 |
epi-Gal4, UAS-mCD8.RFP | Bloomington Drosophila Stock Center (b) | b38793, b27392 | Losick et al. Current Biology, 2013 |
Excel | Microsoft | For performing ploidy calculations | |
Fiji/ImageJ (image analysis software) | NIH | https://imagej.nih.gov/ij | For image analysis |
Fly food | Archon Scientific | N/A | Corn Syrup/Soy food |
Flystuff Flypad | Genesee Scientific | 59-114 | For anethesizing D. melanogaster strains |
Glass dissecting dish | Fisher Scientific | 13-748B | For performing dissections in |
Glass slides | Fisher Scientific | 12-518-104C | For mounting |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Thermofisher | A11001 | For secondary immuostaining |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 568 conjugate | Thermofisher | A11031 | For secondary immuostaining |
Grace's Insect Medium, unsupplemented | Thermofisher | 11595030 | For dissecting in |
Insect pins | Fine Science Tools | 26002-10 | For wounding and pinning fly abdomens flat |
Mouse anti-Fasciclin III (Drosophila) Primary Antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 7G10 | For immunostaining epithelial cell-cell junctions |
Mouting media | Vector Laboratories | H-1000 | Anti-fade mounting media to prevent photo bleaching during imaging |
Nail polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | For sealing slides |
Ortibal shaker | Fisher Scientific | 02-217-988 | For immuostaining |
Phosphate Buffered Saline, PH 7.4 | Sigma | P3813-10PAK | For staining |
Pin holders | Fine Science Tools | 91606-07 | For wounding |
Rabbit anti-Grainyhead Primary Antibody | N/A | N/A | For immunostaining epithelial nuclei. Protocol to make antibody can be found (Ref. #4 and 8) |
Rabbit anti-RFP Primary Antibody | MBL | PM005 | For immunostaining mCD8-RFP fly epithelium |
Stereomicroscope | Olympus | SZ51 | For dissecting and mounting fly tissue |
Triton X-100 | Sigma | 10789704001 | For immuostaining |
UAS-E2F RNAi, UAS-RacDN | VDRC (v) and Bloomington Drosophila Stock Center (b) | v108837, b6292 | Losick et al. Current Biology, 2013 |
UAS-fzr RNAi, UAS-Stg | VDRC (v) and Bloomington Drosophila Stock Center (b) | v25550, b56562 | Grendler et al. Development, 2019 |
UAS-Myc | Bloomington Drosophila Stock Center (b) | b9674 | Grendler et al. Development, 2019 |
UAS-myc RNAi | Bloomington Drosophila Stock Center (b) | b36123 | Grendler et al. Development, 2019 |
Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | For dissecting |