Summary

Live-Cell-Imaging von Sinnesorgan Vorläuferzellen im Intact Drosophila Puppen

Published: May 27, 2011
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Summary

In diesem Video, beschreiben wir eine Methode für Live Cell Imaging asymmetrisch geteilt Sinnesorgan Vorläuferzellen und epidermalen Zellen in intaktem<em> Drosophila</em> Puppen

Abstract

Seit der Entdeckung des grün fluoreszierenden Proteins (GFP), hat es eine revolutionäre Veränderung in der Verwendung von live-cell imaging als Werkzeug für das Verständnis grundlegender biologischer Mechanismen. Markante Fortschritte besonders deutlich in Drosophila, deren umfangreiche Toolkit von Mutanten und transgenen Linien bietet eine bequeme Modell evolutionär konservierte Entwicklungs-und zellbiologische Mechanismen zu studieren. Wir sind in das Verständnis der Mechanismen interessiert, die Borsten Kontrolle Zellschicksal Spezifikation in der erwachsenen peripheren Nervensystem (PNS) in Drosophila. Dass decken den Kopf, Brust, Bauch, Beine und Flügel der erwachsenen Fliege einzelnen mechanosensorischen Organe sind, und untersucht worden als Modellsystem für das Verständnis der Mechanismen des Notch-abhängigen Zell-Schicksal treffen. Sinnesorgan Vorstufe (SOP) Zellen des microchaetes (oder kleine Borsten), sind über das Epithel der Puppenstadium Thorax verteilt und werden während der ersten 12 Stunden nach Beginn der pupariation angegeben. Nach Spezifikation, beginnen die SOP-Zellen sich zu teilen, Trennung der Zelle Schicksal Determinante Numb einer Tochter Zelle während der Mitose. Numb fungiert als Zell-autonome Inhibitor des Notch-Signalwegs.

Hier zeigen wir eine Methode, um Protein-Dynamik in SOP Zelle und ihre Nachkommen folgen innerhalb der intakten Puppenstadium Thorax mit einer Kombination aus Gewebe-spezifische Gal4 Treiber und GFP-markierten Fusionsproteine ​​1,2. Diese Technik hat den Vorteil gegenüber fixiertem Gewebe oder kultivierten Explantate, weil es uns um die gesamte Entwicklung eines Organs von der Spezifikation der neuralen Vorläuferzellen zu Wachstum und terminale Differenzierung der Orgel folgen können. Wir können daher direkt korrelieren Veränderungen in Verhalten der Zelle auf Veränderungen in der terminalen Differenzierung. Darüber hinaus können wir die Live-Imaging-Technik mit Mosaik-Analyse kombiniert mit einer repressible Zell-Marker (MARCM)-System, um die Dynamik der markierten Proteine ​​in mitotischen SOPs Beurteilung unter mutierte oder Wildtyp Bedingungen. Mit dieser Technik haben wir und andere neue Erkenntnisse über Regelung der asymmetrischen Zellteilung und die Kontrolle der Notch-Signalweg-Aktivierung in SOP-Zellen (Beispiele enthalten Verweise 1-6,7, 8) ergab.

Protocol

<p class="jove_content"<strong> Benötigte Materialien:</strong> Dissection Stereo-Mikroskop, Doppelseitiges Klebeband, Standard-Objektträger und Deckglas, Dissektionszangen (Größe 5 oder 5,5), weiche Bürste, Silikon Vakuumfett, 5cc Spritze, Whatman-Papier, konfokale oder Epifluoreszenz-Mikroskop mit Digitalkamera und Bild Erfassungs-Software.</p><p class="jove_title"> 1 ist. Puppenstadium Dissection</p><ol><li> Richten Sie ein Kreuz (mit der entsprechenden Kombination von Gal4 Linie und eine GFP markierten Fusionsprotein unter UAS Kontrolle) oder Platz fliegt aus einer Aktie, die Sie möchten, Bild in mehrere frische Fläschchen bei 25 ° C.</li><li> SOP-Zellen beginnen in der Regel auf dem Puppenstadium Thorax vermehren sich 18 Stunden nach Beginn der pupariation wir daher die Option "weißen" Puppen aus den entsprechenden fliegen Aktien-oder überschreiten. Weiße Puppen haben die Puppen Morphologie, sondern haben eine unpigmentierte Puppenhülle, was darauf hinweist, dass innerhalb einer Stunde pupariated.</li><li> Warten Sie etwa 18 Stunden.</li><li> Legen Sie ein Stück doppelseitiges Klebeband auf die Folie. Sammeln Puppen und halten das Puppenstadium Fall dem doppelseitigen Klebeband mit der Bauchseite nach unten. Fassen Sie den Rand des Operculum (die kreisförmige Luke auf der vorderen Rückenflosse Spitze der Puppenhülle) mit der Zange</li><li> Heben, Entfernen und entsorgen Sie die Kiemendeckel und enthüllt die Spitze der unreifen fliegen.</li><li> Verwenden Sie die Zange zu beginnen Reißen entlang der Seite der Puppenhülle. Heben Sie den Mittelteil des Puppenhülle aus dem zerrissenen Seite und bringen Sie es auf die gegenüberliegende Seite, entweder komplett entfernen oder befestigen Sie es auf das Band und enthüllt die Thorax-und vorderen Teil des Bauches. (<strong> Hinweis</strong>: Es gibt eine Kluft zwischen den Entwicklungsländern zu fliegen und die Puppenhülle. Achten Sie darauf, Punktion der Fliege als die Wand der Fall ist zerrissen.)</li><li> Begin Schneiden entlang der gleichen Seite der Puppenhülle zum hinteren Ende. Wieder einmal darauf achten, nicht zu durchstechen the fly. Ziehen Sie die Puppenhülle auf die gegenüberliegende Seite der Fliege und drücken ihn auf die doppelseitigen Klebeband. Der Bauch sollte nun vollständig freigelegt werden. Legen Sie die Soft-Bürste direkt unter dem Kopf der Fliege. Nachdem die Fliege, die Pinsel und frei von der Puppenhülle geklebt wird, mit dem Pinsel vorsichtig aus der Fliege aus der Folie.</li></ol><p class="jove_title"> 2. Puppenstadium Montage</p><p class="jove_content"> Nach der Präparation sind Puppen dann zwischen Objektträger und Deckglas montiert:</p><ol start="8"><li> Getrennt Puppen von Fall entfernt werden kann dann auf die Mitte des einen Glasträger Dorsalseite bis platziert werden.</li><li> Machen Sie einen quadratischen Rahmen von Whatman-Papier 18x18mm Verlassen eines 10×10 mm Öffnung in der Mitte. Tauchen Sie Papier in Wasser bis zur Sättigung. Legen Sie rund um die Puppen.</li><li> Mit einem 5-ml-Spritze mit Silikon Vakuum Fett gefüllt, tragen Sie eine gleichmäßige Schicht aus Fett rund um die Whatman Rahmen. Die Fettschicht sollte innerhalb der Deckglas fit (Abbildung 1) und die Dicke sollte nur ein wenig größer als der Durchmesser Puppenstadium.</li><li> Setzen Sie einen kleinen Tropfen Wasser (1 ul) auf das Zentrum einer 22×22 mm Deckglas und Ort das Deckglas auf den oben Vorbereitung, so dass die kleinen Wassertropfen die Oberfläche berührt Sie Bild, Notum in diesem Fall). Compress sanft auf eine vollständige Abdichtung von Vakuum Fett und flache Kontaktfläche zwischen dem Deckglas und Puppenstadium Kutikula zu bilden.</li><li> Prep können dann auf invertiert oder aufrecht microcopes abgebildet werden, entweder mit epifluorecence, konfokale (Laser-Scanning-oder Spinning-Disk-Typ) oder Zwei-Photonen-konfokale. Wenn Sie vorsichtig sind, können erwachsenen Fliegen nach einigen Tagen wiederhergestellt werden.</li></ol><p class="jove_title"> 3. Repräsentative Ergebnisse:</p><p class="jove_content"> Mit Hilfe eines SOP-spezifische Gal4-Linie (<em> Neuralized</em>-Gal4) gekreuzt, um GFP markierte Proteine ​​des mitotischen Spindel (Tubulin oder Tau-GFP) oder Histon-Proteine ​​(H2B-GFP) label, kann man beobachten, Teilungsebene der SOP Zellteilung, Länge des Zellzyklus, oder die Anzahl der mitotischen Divisionen mit Zeitraffer Bildgebung<sup> 9</sup>. Andere Fusionsproteine, die Zellorganellen, wie Rab-GTPasen Ziel, verschiedene endocytischen Fächer Marke (Rab5-GFP für frühe Endosomen oder Rab11 GFP für das Recycling Endosomen) oder Proteine ​​wichtig Notch Verordnung (Numb-, Partner von Numb-GFP oder Sanpodo -GFP) können wichtige Einblicke in die Mechanismen der asymmetrischen Zellteilung und Membranprotein Menschenhandel Ertrag<sup> 2,3,7,10,11</sup>.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/2706/2706fig1.jpg" alt="Figure 1" ><strong> Abbildung 1: Puppenstadium Dissektion und Montage. A.</strong> Schritt-für-Schritt-Bilder zeigen die Verfahren, um die Puppenhülle zu entfernen und vorzubereiten intakt Puppen für die Montage und Live Cell Imaging. Puppen sind aus der Flasche entfernt und, Rücken nach oben auf Doppel-Klebeband an einem Glasträger. Erste Spalte, die Entfernung des Operculum und Reißen an der Seite der Puppenhülle. Zweite Spalte, Entfernen von Puppenhülle von Brust-und Bauchbereich. Die freie Puppe wird dann aus dem Puppenstadium Fall mit einem weichen Bürste angehoben.<strong> B.</strong> Montage Puppen zwischen Objektträger und Deckglas. Pupa ist dorsal-Seite nach oben auf den Objektträger aus Glas, umgeben von einem angefeuchteten Rahmen der Whatman-Papier. Eine kontinuierliche Wulst aus Silikon Vakuumfett extrudiert aus einer 5ml Spritze Funktionen zur Abdichtung der Schieber-Deckglas Kombination, zum Schutz der Puppe von Austrocknung und erhebend das Deckglas so sanft ruht auf dem Puppenstadium Thorax. Ein kleiner Tropfen Wasser (1 ul) an der Schnittstelle zwischen dem Deckglas und Thorax Nagelhaut verbessert die Bildqualität deutlich bei der Verwendung von Immersions-Objektive (Wasser oder Öl).<a href="http://www.jove.com/es/files/ftp_upload/2706/2706fig1_large.jpg/"> Klicken Sie hier, um ein größeres Bild anzuzeigen</a>.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/2706/2706fig2.jpg" alt="Figure 2" ><strong> Abbildung 2: Repräsentative Bilder von Live-SOP-Zellen und differenzierten externen Sinnesorgane aufgenommen mit unseren Puppen Dissektion und Montageverfahren. A</strong>. Bilder aus einer Zeitreihe eines mitotischen SOP Zelle, die Aktin-GFP-Fusionsprotein unter Kontrolle des extrahierten<em> Neuralized-</em> Gal4 (<em> Neur-</em> Gal4/UAS-actin-GFP), beachten Sie kortikalen Akkumulation von Aktin an der Teilungsfurche (1 Bild / alle 2 Minuten).<strong> B</strong>. SOP Tochterzellen co-exprimierenden Partner von Numb-RFP (rot) und Rab5-GFP angetrieben durch<em> Neuralized-</em> Gal4, beachten Sie die asymmetrische Verteilung von Pon-RFP in einer Tochterzelle (pIIb) und Verteilung der frühen Endosomen in beiden Tochterzellen.<strong> C</strong>. Volume-Rendering eines z-Reihe von differenzierten externen Sinnesorgane zu einem späten Puppenstadium genommen. Cuticle Strukturen, wie mechnosensory Borsten und epidermalen Haare werden durch Nagelhaut Autofluoreszenz (rot) ergeben. Darüber hinaus haben wir die MARCM System verwendet, um LGL-GFP (angetrieben durch ausdrückliche<em> Neuralized-</em> Gal4) in einer Untergruppe von Sinnesorgan Vorläuferzellen (grün). (Diese Bilder wurden alle aufgenommen mit einer Nikon C1 konfokalen Mikroskop mit einem 60X 1,45 NA Objektiv)</p>

Discussion

<p class="jove_content"> In diesem Video zeigen wir eine Technik zur Isolierung und Montage<em> Drosophila</em> Pupaefor Live Cell Imaging von SOP-Zellen auf dem Puppenstadium Notum. Entfernung von Puppen aus dem Puppenstadium Fall erfordert eine ruhige Hand, geeignete Werkzeuge, und etwas Übung, ist aber leicht zu erlernen. Es ist wichtig, daß die Aufenthaltsorte von Puppen genau getan werden, um relative Leichtigkeit der Dissektion zu gewährleisten und fangen die Proliferationsphase der SOP Entwicklung. Einmal montiert, wird Puppen weiterhin zwischen Objektträger und Deckglas zu entwickeln und in den meisten Fällen wird die pharate erwachsenen Stadium zu erreichen, und schließlich schlüpfen. In unserer Erfahrung können Zellen im Verlauf von mehreren Stunden abgebildet werden. Diese Montage-Technik ist nicht auf Beobachtung des PNS-Vorläuferzellen im Puppenstadium Thorax beschränkt, sondern kann verwendet werden, um alle Zellen, die nah an der Nagelhaut Oberfläche und zugänglich für die Mikroskop-Objektivs sind zu visualisieren, (bitte beachten Sie, dass Beobachtungen in einem Stadium durchgeführt werden, wenn das Puppenstadium Fall kann ohne zu töten die Puppe zu entfernen, in der Regel etwa 10 bis 14 Uhr nach Puparium Bildung). Wir haben erfolgreich visualisiert junctional Proteine, Zytoskelett-Proteine ​​und Vesikeltransport Regulatoren in Puppenstadium Epithelzellen (unveröffentlichte Daten).</p><p class="jove_content"> Das Puppenstadium Montagetechnik hat uns auch die Möglichkeit, ein Verfahren zur Bild cuticulare Strukturen entwickeln sich in der Endphase Puppen mit dem konfokalen Mikroskop, um die Morphologie der mechanosensorischen Borsten und epidermalen Haare, die die intrinsische Autofluoreszenz der Kutikula zu visualisieren. Diese Bilder ähneln rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von fly Kutikula, sondern kann aus lebenden Tieren gewonnen werden, und ermöglichen es uns, gleichzeitig visualisieren Kutikula Morphologie und die Expression von GFP-Fluoreszenz<sup> 6,7,12</sup>.</p>

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

<p class="jove_content"> Wir möchten J. Knoblich (IMP, Wien) und M. Gonzalez-Gaitan (Universität Genf) zu verdanken<em> Drosophila</em> Aktien und Shinya Inoue und Christian Sardet, dessen marine Embryo Montagetechniken waren die Inspiration für die Entwicklung dieser Technik. Dieses Protokoll wurde ursprünglich in YN Jan-Labor entwickelt. FR und DZ sind durch NIH RO1 NS059971 zu gewähren, die Pennsylvania Tobacco Settlement Fonds, und die Fox Chase Cancer Center unterstützt.</p>

Materials

  • Scotch double stick tape
  • Glass slide
  • 18mmX18mm coverslip
  • Forceps
  • Whatman paper
  • Dow corning Silicone vacuum grease
  • 5 ml syringe
  • Pipetter
  • Confocal or epifluorescence microscope

Referencias

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  2. Roegiers, F., Younger-Shepherd, S., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Two types of asymmetric divisions in the Drosophila sensory organ precursor cell lineage. Nat Cell Biol. 3, 58-67 (2001).
  3. Bellaiche, Y., Gho, M., Kaltschmidt, J. A., Brand, A. H., Schweisguth, F. Frizzled regulates localization of cell-fate determinants and mitotic spindle rotation during asymmetric cell division. Nat Cell Biol. 3, 50-57 (2001).
  4. Emery, G., Knoblich, J. A. Endosome dynamics during development. Curr Opin Cell Biol. 18, 407-415 (2006).
  5. Roegiers, F., Younger-Shepherd, S., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Bazooka is required for localization of determinants and controlling proliferation in the sensory organ precursor cell lineage in Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 14469-14474 (2001).
  6. Roegiers, F. Frequent unanticipated alleles of lethal giant larvae in Drosophila second chromosome stocks. Genética. 182, 407-410 (2009).
  7. Tong, X. Numb independently antagonizes Sanpodo membrane targeting and Notch signaling in Drosophila sensory organ precursor cells. Mol Biol Cell. 21, 802-810 (2010).
  8. Jafar-Nejad, H. Sec15, a Component of the Exocyst, Promotes Notch Signaling during the Asymmetric Division of Drosophila Sensory Organ Precursors. Dev Cell. 9, 351-363 (2005).
  9. Karbowniczek, M. The evolutionarily conserved TSC/Rheb pathway activates Notch in tuberous sclerosis complex and Drosophila external sensory organ development. J Clin Invest. 120, 93-102 (2010).
  10. Coumailleau, F., Furthauer, M., Knoblich, J. A., Gonzalez-Gaitan, M. Directional Delta and Notch trafficking in Sara endosomes during asymmetric cell division. Nature. 458, 1051-1055 (2009).
  11. Emery, G. Asymmetric rab11 endosomes regulate delta recycling and specify cell fate in the Drosophila nervous system. Cell. 122, 763-773 (2005).
  12. Justice, N., Roegiers, F., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Lethal giant larvae acts together with numb in notch inhibition and cell fate specification in the Drosophila adult sensory organ precursor lineage. Curr Biol. 13, 778-783 (2003).
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Citar este artículo
Zitserman, D., Roegiers, F. Live-cell Imaging of Sensory Organ Precursor Cells in Intact Drosophila Pupae. J. Vis. Exp. (51), e2706, doi:10.3791/2706 (2011).

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