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.
视黄酸(RA)是视黄醇或维生素A的代谢物衍生,并通过几个蜂窝脱氢酶1的连续活动产生的。因为它的两亲化学性质的,它很容易地跨越脂质膜,并且可以作为可溶性形态形成因子1行动。这是通过作为核视黄酸受体配体和激活的基因表达2-10调控众多发育和成年细胞过程的基本分子。如果没有RA,这些RA受体(维甲酸受体)的DNA,并作为阻遏绑定拉雷什; RA结合这些受体把他们变成导致靶基因的表达1,5,6转录激活。
虽然RA信号通路是很好的特点,小尺寸(〜300 DA)和RA的两亲性使得直接组织可视化和RA的测量目前在技术上是不可行的11。对于目录的唯一方法RA水平等的测量是通过使用高效液相色谱(HPLC)11组织样品的RA隔离。这种方法通常需要大量的组织,通过集中不同的样品12便利。因此,该技术是适合于在单个胚胎或少量样品/组织的RA水平的测定不良。
为了研究RA的细胞功能,几种方法已被开发来间接推断的RA的存在。这些方法利用含有高度响应RAR-βRARE驱动的β-半乳糖苷酶或萤光素酶11,13,14的表达记者系统。通过Rossant 等人 13产生的转基因的稀土LacZ报告鼠标是用于原位 11,13,15,16可视RA信号的时空区域的理想的系统中,但不适合于定量测量。该F9稀土LacZ的细胞系14,在T他另一方面,为在组织外植体11,12,14,17,18检测的RA和RA水平的定量测量是有用的。
F9畸胎瘤细胞表达内源性α-,β-和γ-维甲酸受体19,和暴露于RA 19-21之后发起分化成顶叶内胚层。 F9细胞已长期被确立为RA诱导的细胞分化的模型,这就是为什么它被选定为一随机存取报告测定的理想细胞系。该F9衍生SIL-RA 15报告细胞瓦格纳等人产生14行包含一个E. coli'LacZ基因的64 bp的维甲酸反应元件人β-维甲酸受体(RAR-β)基因(RARE)的一个副本下游。为了选择并维持稳定的克隆,该构建体也包含氨基糖苷磷酸转移酶( 新霉素抗性 )基因作为在G418存在的选择标记。这种结构合作nfers在RA的存在,这可以通过的LacZ染色进行可视化β-半乳糖苷的诱导表达和这个响应可以是随后使用比色法11,12,14,18定量。
这个非常通用报道细胞系已被广泛地穿过组织样本的共培养与记者细胞,如耳蜗17和胚胎底板植14用于检测内源性的RA生产。此外,记者线已通过培养分别胚胎脊髓的汇集部分和从这些培养至F9稀土的LacZ细胞18加入条件培养基用于在显影脊髓RA水平的定量。定量分析的LacZ染色后通过比色读数使用标准ELISA板读数器11,12,18进行。最后,此报道细胞系已经在检测由monitori存在RA代谢酶的使用NG改变RA水平12,18。
此处我们报告,此报道细胞系的敏感性也允许从单独共培养E8.5胚胎产生的RA水平的测量。这使得不同基因型的胚胎个体之间的比较。作为一个具体的例子,Gpr161是孤儿GPCR穿过RA信号通路22调节神经胚部分,和我们报告使用此报道细胞系来调查隐性突变在Gpr161(Gpr161 VL)上的整体的RA水平的影响胚胎。除了这一点,通用性和易于使用该报告系统的允许测量和不同组织样品中,比较,即使在从成年脊髓干细胞获得的神经球培养RA水平的自由。在这里,我们描述了通过直接共培养胚胎和神经球文化相对RA水平的定量测定与F9稀土的LacZ RA代表orter细胞系。
所述F9稀土LacZ的细胞系14是一个功能强大的系统,该系统可用于通过组织外植12,14,17,18产生的检测的RA。它是对RA的浓度低至100 FM敏感,与在未处理的RA 12,14,18细胞没有检测到的非特异性反应。此外,报道细胞向全反式RA响应以线性方式浓度的特定范围内,从而使LacZ的反应进行量化,并用于确定RA水平12,14,18的幅度。这里介绍的快速和容易的RA记者测定法利用对胚胎和培养的成体神经干细胞的可视化( 图 2)和相对定量测量( 图3)的F9 RARE-LacZ报道细胞系。记者系统允许单个样品之间的内源性的RA的水平,如在图2中所示的比较,它具有足够的灵敏度,以便能够检测的RA由培养的神经球( 图2B)产生个别E8.5胚胎( 图2A)以及RA产生。该细胞系的不同的RA浓度的剂量依赖性响应允许对RA的水平( 图3A)在样品中的样本( 图3B)之间的量化以及相对的RA水平的比较。值得注意的是,F9 RARE报道细胞系测定的RA由组织样品在培养时产生的总量是很重要的。这相当于RA合成和分解代谢的净平衡。
虽然F9稀土LacZ的细胞报告系统是高度敏感的,多功能的,有我们为了保证这个系统的可靠性已经把几个关键的故障排除步骤。首先, 如图1中 ,以维持这些细胞通过定期通道的健康没有让他们g是重要排至汇合。第二,我们观察到后面的通道趋向于导致不一致RA响应,即使该培养物都在不断下选择用G418保持。要解决此,建议经过20代放弃文化和解冻新瓶。此外,必须进行定期检查,以确保记者细胞依然强劲反应到RA在媒体的存在。第三,如果早期传代显示到RA( 图1B,左侧 ),一个或多个轮亚克隆的差或不均匀反应,直到获得( 图1B,右击 )强烈反应可能是必要的。最后,共培养之前,建议组织样品如胚胎和神经球解离为单细胞。我们已观察到的样品的结果中更一致的色度测量的该离解。这可能是由于一个在培养孔更均匀分布的RA,作为离解的细胞是在单与记者的细胞形式的接触。
若干修改也向原始协议14进行。第一,F9 RARE-LacZ的细胞的RA响应被直接固定细胞,并在610nm处测定吸光度,而不是收集单元并分析β-半乳糖苷酶活性14裂解物进行定量。另一种修饰是与F9稀土LacZ的离解样品的直接共培养之前RA响应的定量。以前的方法分别汇报培养样品,并从这些文化只增加媒体F9稀土的LacZ 16,18。
尽管它是一个强大的系统中,F9稀土LacZ报告分析有几个限制。这个报道细胞系中的一个限制是,虽然它强烈响应全 – 反式RA的存在,它也响应于其他维甲酸的异构体,包括9-顺式RA和13-顺式-RA;然而,它们是100倍更敏感的全反式RA COMPA红色的其它异构体18。另一个限制该系统是线性的剂量依赖性反应仅在10 -13中号下降到10 -7 M在-RA 14,18;因此,如果这些范围之外的比较RA的水平,这可能是必要执行样品的系列稀释液,直到测量值落在线性范围内。最后,由于这是主要的比色测定法,发色的端点将样品和实验之间变化。因此,一个标准曲线始终平行,以便镀为每一个实验中使用它的报道细胞应答的定量是重要的。
总之,我们已经报道了使用F9稀土的LacZ RA记者细胞系的定量测量RA水平E8.5胚胎和,以前未在神经球。此报告系统的多功能性可允许在几乎任何细胞或组织类型的RA水平的定量,以及mAY导致在未来变化的应用的开发。
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 |