التصوير من البروتينات centrosomal خلال ذبابة الفاكهة الحيوانات المنوية هو وسيلة قوية لتحديد بروتينات جديدة الحرجة للبيولوجيا الجسيم المركزي وكذلك لتوضيح وظيفة معينة من اللاعبين المعروفين في هذه العملية.
يتم حفظها Centrosomes العضيات القائم على أنيبيب هيكلها وتغير بشكل كبير في جميع أنحاء دورة الخلية وتمايز الخلايا وظيفة. Centrosomes ضرورية لتحديد محور انقسام الخلايا أثناء الانقسام ول nucleate أهداب أثناء الطور البيني. تبقى هوية من البروتينات التي تتوسط هذه التغيرات الدينامية الوحيدة المعروفة جزئيا، وظيفة العديد من البروتينات التي قد تورطت في هذه العمليات لا تزال بدائية. وقد أظهرت الأعمال الأخيرة التي ذبابة الفاكهة الحيوانات المنوية يوفر نظام قوي لتحديد بروتينات جديدة حاسمة من أجل وظيفة الجسيم المركزي وتشكيل وكذلك لاكتساب نظرة ثاقبة على وظيفة معينة من اللاعبين المعروفين في العمليات المتعلقة الجسيم المركزي. ذبابة الفاكهة هو إنشاء نموذج الوراثية الحي حيث المسوخ في الجينات centrosomal يمكن الحصول بسهولة وتحليلها بسهولة. علاوة على ذلك، التطورات الحديثة في الحساسية والقرار من المجهر الضوئي وتطوير علامات centrosomal الموسومة راثيا قوية حولت القدرة على استخدام الخصيتين ذبابة الفاكهة كنظام نموذج بسيط ويمكن الوصول إليها لدراسة centrosomes. توضح هذه الورقة استخدام علامات centrosomal الموسومة راثيا لأداء شاشات الوراثية للطفرات centrosomal جديدة واكتساب نظرة ثاقبة وظيفة محددة من الجينات التي تم تشخيصها حديثا.
الخصيتين ذبابة الفاكهة هي نظام الجهاز مناسبة لدراسة مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية والتنموية وتم استعراض نطاق واسع على مدى السنوات 1-9. يركز هذا المخطوط على استخدام الخصيتين ذبابة الفاكهة لدراسة الجسيم المركزي، وهي عضية الخلوية الحفظ. كما هو الحال في الأنظمة الأخرى، والجسيم المركزي وظيفة الخصيتين ذبابة الفاكهة في الانقسام، الانقسام الاختزالي، وتكون الأهداب 10. وتتكون Centrosomes من زوج من الهياكل القائمة على أنيبيب المعروفة باسم centrioles تحيط بها شبكة معقدة من البروتين المواد المشار إليها محيط بالمريكز باسم (PCM). ويتألف الزوج مريكز من مريكز الأم الأكبر سنا والأصغر سنا ابنة مريكز. كما تقدم الخلية نحو الانقسام، سواء centrioles فصل، مكررة، والحصول على كمية كبيرة من PCM لتشكيل نهاية المطاف اثنين centrosomes متميزة. يشار إلى الجسيم المركزي الذي يحتوي على مريكز الأم الأصلي باسم الجسيم المركزي الأم والمركيشار osome تحتوي على ابنة مريكز الأصلي على أنها ابنة الجسيم المركزي.
الخصيتين ذبابة الفاكهة مثالية لدراسة الأساس الجزيئي للبيولوجيا الجسيم المركزي بواسطة المجهر الفلورسنت لمجموعة متنوعة من الأسباب.
معا، وخصائص ذكر أعلاه من ذبابة الفاكهة الخصيتين يقدم نموذجا حيث الجسيم المركزي يمكن دراستها عن طريق سهلة وسريعة ومفصلة التصوير. التقنيات الموضحةفي هذه الورقة تم تطبيقها على تحقيق العديد من جوانب علم الأحياء الجسيم المركزي بما في ذلك تشكيل مريكز 11، الازدواجية مريكز 15، PCM تجنيد 16، وتنظيم الجسيم المركزي 17، وتكون الأهداب 18. كما تم تطبيق هذه التقنيات لدراسة الجسيم المركزي في مناطق أخرى من الأحياء مثل تنظيم الانتصافي 19، والتجمع المغزل 20، والنشاط الجسيم المركزي في انقسام الخلايا الجذعية غير المتكافئة 21 ضمن أشياء أخرى كثيرة.
التصوير من الخصيتين في بدايات الجسيم المركزي مع الحصول على الذباب التي تعبر عن البروتينات centrosomal راثيا الموسومة وعزل الخصيتين من يرقات الذكور، الشرانق، أو الذباب الكبار. تتوفر العديد من المجموعات البحثية هذه الذباب 1،11،15،22-25. الخصيتين اليرقات تحتوي على جميع مراحل تكوين الحيوانات المنوية قبل الانقسام الاختزالي ومفيدة عند تحليل الطفرات التي هي قاتلة في خادرة أو الكبار. ومع ذلك، في وقت متأخر أو العذراء أدو الشبابالخصيتين لتر هي الأكثر قوة وتحتوي على جميع مراحل ما قبل وما بعد الانتصافي من الحيوانات المنوية، مما يجعلها الأفضل للتحليل. لأن عدد الخلايا المنوية تتناقص مع العصور ذبابة، واستخدام الخصيتين الكبار هو أيضا مناسبة لدراسة الجسيم المركزي في سياق الشيخوخة 26. وهناك طريقة للخصية بمعزل عن الذباب الكبار وقد وصفت سابقا 27.
لا يمكن أن يتحقق من التصوير centrosomes وظيفتها في الخصيتين ذبابة الفاكهة عبر ثلاثة مسارات ذات الصلة التي يتم تقديمها هنا (الشكل 3). اختيار المسار الذي هو الأنسب يعتمد على طبيعة المسألة المحقق تعالج.
المسار A ينطوي على التصوير من الخصيتين الحية. هو أسرع من المسارات الثلاثة ولكن يمكن تطبيقها فقط عندما لا تحتاج العينات ليتم الحفاظ عليها وعندما المناعية غير مطلوب. في المسار A، هي التي شنت الخصيتين (سليمة، مثقوب أو قطع) على الشرائحوممرود بعناية تحت ساترة لتشكيل طبقة واحدة من الخلايا يسهل التعرف عليها. ثم يتم تصور الخلايا باستخدام المجهر على حد سواء وعلى النقيض من المرحلة المجهر الفلورسنت. استخدام على النقيض من المرحلة أهمية خاصة لتحليل الخصيتين ذبابة الفاكهة لأنه يكشف عن معلومات الخلوية التي هي غير مرئية مع أشكال أخرى من الإضاءة المنقولة وبالتالي يسمح لتحديد سريع لمراحل مختلفة من التطوير الحيوانات المنوية 28،29. ومع ذلك، المسار واثنين من العيوب الرئيسية. الأولى، في كثير من الأحيان للخطر سلامة المورفولوجية للخلايا مرة واحدة وتمزق الخصيتين. الثانية، والخلايا غير المثبتة التحرك في بعض الأحيان داخل العينة، مما يجعل التصوير من طبقات متعددة متحد البؤر داخل المنطقة المحددة صعبة. لتعزيز تحليل أنواع معينة من الخلايا، الخصيتين قد اخترقت أو قطع من أجل توجيه الطريقة التي تمزق الخصية أن مثل سحق تحت الحد الأدنى ساترة يؤثر على التشكل من نوع من الخلايا في المصالح.
المسار B ينطوي التثبيت الكيميائية من الخصيتين. هذا المسار يتطلب مبلغ وسيطة من الوقت لإعداد العينات وديه ميزة أن العينات ثابتة يمكن حفظها لتحليلها لاحقا. علاوة على ذلك، تثبيت يعمل على جعل الهياكل الخلوية أكثر جمودا، والتقليل من حركة العينة أثناء التصوير. ومع ذلك، يصبح على النقيض من المرحلة المجهري أقل بكثير بالمعلومات بعد التثبيت الكيميائية، مما يجعل بعض مراحل التنمية الحيوانات المنوية من الصعب التعرف عليها.
المسار C هي الأكثر كثافة من الوقت، ولكن له فائدة أضاف أن الهياكل الخلوية والثابتة وimmunostained، والسماح لتصور من البروتينات التي لا تتوفر مع علم الوراثة به المناسبة. هناك العديد من الأجسام المضادة المتاحة سواء تجاريا ومجموعات بحثية من مختلف المناعية للcentrosomes والهياكل ذات الصلة الجسيم المركزي في الخصيتين ذبابة الفاكهة.
دراسة البيولوجيا الجسيم المركزي في الخصيتين الطاير باستخدام علامات centrosomal الموسومة راثيا هو طريقة مفيدة لتقييم وظيفة الجسيم المركزي والنشاط في كل من النوع البري ومتحولة السياق. على وجه الخصوص، والمسار هو مناسبة لفحص السريع للشذوذ centrosomal مثل تشوه، misegregation، وعدم الاستقرار، أو طول غير طبيعي في محاولة لتحديد طفرات جديدة. علاوة على ذلك، أهداب أرومة النطفة في الأعمال التحضيرية الحية تبقى متحركة لحوالي 15 دقيقة بعد تشريح واستخدام الخصيتين يعيش في المسار A كما يسمح للالحيوانات المنوية على الحركة أن تعالج بسهولة. منذ نشاط الحيوانات المنوية أهداب متحركة يرتبط مباشرة إلى وظيفة الجسيم المركزي، لا يمكن أن يؤديها المقايسات لتحديد آثار الطفرات المختلفة centrosomal على وظيفة الهدبية. المسار B يمكن استخدامها لملاحظات أكثر تحديدا وخاصة عندما يكون مطلوبا البيانات الإحصائية مثل لإحصاء عدد centrioles لكل خلية وأو عدد الخلايا في الكيس. المسار C هو الأكثر usefuلتر بالنسبة للملاحظات التفصيلية التي تتطلب تلطيخ مع الأجسام المضادة. وتشمل الأمثلة وضع العلامات من نوع خلية معينة مثل الخلايا الجذعية، وتلطيخ من البروتين الذي ليس لديه علامة المتاحة مثل تويولين الأسيتيل، أو للتحقق من عدم وجود أو mislocalization من البروتين في متحولة.
عند التصوير centrosomes والهياكل ذات الصلة الجسيم المركزي، وذلك باستخدام علامات وراثيا الموسومة بدلا من الأجسام المضادة ليست فقط أسهل تجريبيا، ولكن أيضا يوفر نتائج أكثر قوة واستنساخه. ولذا، فإن استخدام البروتينات centrosomal الموسومة راثيا هو نهج يمكن الاعتماد عليها لتحليل الآلية والكمية التي تتطلب مجموعة البيانات الكبيرة. على سبيل المثال، فقد تم استخدام علامات centrosomal الموسومة راثيا ذات قيمة خاصة لتقدير حجم طول مريكز. وقد كشف هذا التحليل أن مختلف الطفرات يمكن تصنيفها إلى فئتين استنادا إلى التباين في طول مريكز. وتشمل فئة واحدة الطفرات التي تشانجنرال الكتريك طول مريكز ولكن لا تؤثر على الانحراف المعياري 1 والفئة الأخرى تشمل الطفرات التي تؤثر على كل من طول مريكز والانحراف المعياري في الطول 11. يمكن لمثل هذه البيانات الكمية توفر نظرة متعمقة مفيدة في وظيفة معينة الجينات centrosomal. قد يكون راجعا إلى زعزعة استقرار هيكل مريكزي المسوخ Centrosomal الذي يحمل عيب طول مريكز مع زيادة في الانحراف المعياري. ومع ذلك، معيبة طول مريكز مع الخطأ المعياري العادي قد يشير إلى أن الطفرات لا هيكليا في زعزعة استقرار مريكز وعلى الأرجح أن ذلك يعود إلى تغير في آلية تنظيمية السيطرة على طول مريكز. بسبب التضارب في المناعية، التحليلات الكمية هي صعبة مع استخدام علامات الأجسام المضادة وحدها.
والجسيم المركزي هو كبير وبناء البروتينية المعقدة والكثير من البروتينات التي لا توجد إلا في باطنها. باستخدام centrosomal راثيا الموسومةعلامات بدلا من الأجسام المضادة يسمح احد لتسمية باستمرار المكونات الداخلية للالجسيم المركزي الذي لا يمكن الوصول إليها إلا قد يكون لعلامات الضد الحواتم. على سبيل المثال، ودراسات توطين BLD10 باستخدام الأجسام المضادة يجد البروتين لتخصيبه في نهايات القاصي والداني من مريكز 13، في حين يظهر BLD10-GFP توزيع أكثر اتساقا 1. ومع ذلك، فمن المهم أيضا النظر في مستوى التعبير عن بروتين معين وراثيا الموسومة، وهذا يمكن أن يؤثر على توزيع البروتين. أعرب توطين ساس-4-GFP وSAS-6-GFP تحت الوطنية لديها يقتصر على الغايات القريبة من مريكز 1،16،35 ومن ناحية أخرى، أعرب ساس-4-GFP وSAS-6-GFP تحت يتم ترجمة المروج اليوبيكويتين قوية على طول من مريكز 12،14. هناك اعتبار آخر مهم هو تأثير العلامة الجينية على وظيفة البروتين. يمكن تحليل البروتينات الموسومة إذا وراثيا وظيفية تكون الاحصائيينتيد عن طريق إدخال البروتين المعدلة وراثيا الى خلفية متحولة ودراسة ما إذا كان البروتين المعدلة وراثيا النمط الظاهري ينقذ متحولة.
تثبيت الخصيتين من ذبابة الفاكهة يمكن القيام بها باستخدام مجموعة متنوعة من مثبتات كيميائية. هنا، نحن تصف التثبيت مع كل من الفورمالديهايد (المسار B) والميثانول، الأسيتون (المسار C). ومع ذلك، إما تثبيتي يمكن استخدامها بالتبادل، ومنذ عدة مثبتات قد يعطل كيميائيا الحواتم الأجسام المضادة الأم، يجب تحديد اختيار المناسب لتثبيتي المناعية تجريبيا. ومثبتات التالية وشروط الحضانة وتستخدم عادة: 3.7٪ الفورمالديهايد، 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة؛ الميثانول، 15 دقيقة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، الأسيتون، 10 دقيقة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، والميثانول، و15 دقيقة في -20 درجة مئوية. تليها الأسيتون، 30 ثانية عند درجة حرارة -20 درجة مئوية؛ الإيثانول، 20 دقيقة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية. على الرغم من أن التثبيت مع الأسيتون، والميثانول، والإيثانول لا تتطلب خطوة permeabilization الموسعة لالمناعية، واي التثبيتوينبغي اتباع ال الفورمالديهايد قبل 1 ساعة حضانة في PBST-B في درجة حرارة الغرفة لpermeabilize أغشية الخلايا وتسمح بالوصول إلى الضد الحواتم داخل الخلايا. وعلاوة على ذلك، فإن بعض مثبتات هي أكثر ملاءمة لمستضدات معينة. على سبيل المثال، وظائف الفورمالديهايد جيدا لتثبيت البروتينات الصغيرة، في حين الميثانول والأسيتون هي مناسبة تماما للتثبيت من المجمعات الجزيئية كبيرة 36.
وقد المناعية من ذبابة الفاكهة الخصيتين سابقا صفها لمراقبة الهياكل ونين وأنيبيب الهيكل الخلوي 29،37. هنا (المسار C)، وقد تم تحسين الإجراء لتحليل الهياكل التي تحتوي على البروتينات الموسومة centrosomal وراثيا. نحن نقدم وصفا مفصلا لهذا الإجراء لتوجيه الأفراد الذين يفتقرون إلى الخبرة في العمل في الخصيتين ذبابة الفاكهة. ويشمل هذا الإجراء أيضا تعديلات لتحسين الحفظ والتشكل من الخصيتين، مثل باستخدام قiliconized coverslips وموجبة الشحنة شرائح المجهر الزجاجية.
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل من خلال منحة (R01GM098394) من المعاهد الوطنية للصحة والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة وكذلك منحة 1121176 من المؤسسة الوطنية للعلوم.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
DAPI | Invitrogen | D1306 | |
Positively Charged Slides | AZER Scientific | EMS200A+ | |
Feather Microscalpel | Electron Microscopy Sciences | 72045-30 | |
37% Formaldehyde or Paraformaldehyde | Fisher Scientific | BP531-500 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Boston Bioproducts | BM-220 | |
18×18 mm coverslips number 1.5 | VWR | 48366 205 | |
Nail Polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | |
Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2-100 ml | |
Methanol | Fisher Scientific | A412-4 | |
Acetone | Fisher Scientific | A949-1 | |
Triton-X100 | Sigma-Aldrich | T9284-100ML | |
BSA | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | |
RNAse A | 5 prime | 2900142 | |
Filter paper | Whatman | 1001-055 | |
Glass engraver | Dremel | 290-01 | |
TCS SP5 confocal microscope | Leica | ||
Mounting Media | Electron Microscopy Sciences | 17985-10 | |
Immuno Stain Moisture Chamber, Black | Electron Microscopy Sciences | 62010-37 | |
Glass Coplin Staining Jar, Screw Cap | Electron Microscopy Sciences | 70315 |