We hebben afgeleid van een strategie om sequentiële opname van thymidine-analogen (CldU en IDU) op te sporen in de weefsels van volwassen muizen om twee opeenvolgende rondes van celdeling te kwantificeren. Deze strategie is nuttig om de celvernieuwing van de langlevende weefsels, oncogene transformatie, of transit-amplificerende cellen te detecteren.
Nauwkeurige meting van de celdeling is een fundamentele uitdaging in de experimentele biologie dat wordt steeds complexer toen langzaam delende cellen worden geanalyseerd. Vastgestelde methoden om de celdeling te sporen zijn onder directe visualisatie door continue microscopie in celkweek, verdunning van vitale kleurstoffen zoals carboxyfluoresceïne di-Aetate succinimidylester (CFSE), immuno-detectie van mitogene antigenen, zoals Ki67 of PCNA, en thymidine-analogen. Thymidine-analogen kan worden gedetecteerd door een verscheidenheid van methoden, met inbegrip radio-detectie voor getritieerde thymidine, immuno-detectie voor broom-deoxyuridine (BrdU), chloor-deoxyuridine (CldU) en jood-deoxyuridine (IDU), en chemische detectie voor ethinyl-deoxyuridine (EDU). We hebben afgeleid van een strategie om sequentiële opname van verschillende thymidine-analogen (CldU en IDU) op te sporen in de weefsels van volwassen muizen. Onze methode maakt het mogelijk om nauwkeurig te kwantificeren onderzoekers twee opeenvolgende rondes van celdeling. Door het optimaliseren van immunokleuring protocollen onze aanpak kan detecteren zeer lage dosis thymidine-analogen worden toegediend via het drinkwater, veilig toe te dienen aan muizen gedurende langere tijd. Bijgevolg kan onze techniek worden gebruikt om de celvernieuwing te detecteren in een zeer lang levende weefsels. Optimale immunofluoresent vlekken resultaten kunnen worden bereikt in meerdere weefseltypen, waaronder de alvleesklier, huid, darmen, lever, bijnier, testis, ovarium-, schildklier-, lymfeklier, en de hersenen. We hebben ook gebruikt een techniek die oncogene transformatie in de weefsels te identificeren. We hebben verder toegepast deze techniek om te bepalen of transit-amplificerende cellen bijdragen aan de groei of de vernieuwing van weefsels. In die zin, opeenvolgende toediening van thymidine-analogen vertegenwoordigt een nieuwe benadering voor het bestuderen van de oorsprong en de overleving van cellen die betrokken zijn in weefsel homeostase.
Onze benadering van thymidine-gebaseerde benadering van de etikettering cel omzet heeft veel mogelijke toepassingen in biomedisch onderzoek. Tot op heden hebben we ons geconcentreerd op de alvleesklier, maar we hebben ook toegepast deze strategie om de celvernieuwing van de huid, darmen, lever, bijnieren, nieren, testis, ovarium-, schildklier-, lymfeklier, hematopoiese, en de hersenen een te onderzoeken. Omdat de cellen omzet varieert van weefsel tot weefsel, dient de etikettering strategieën worden aangepast aan de meest overtuigende informatie te verkrijgen van het orgel van belang. Morrison en collega's gebruikten CldU en IDU voor een dag elk hematopoiesis 2 label. Kuhn en zijn collega's gebruik CldU en IDU voor 4 dagen per om de celdeling te detecteren in het regenereren myocard 3. In contrast, hebben we gebruik gemaakt CldU en IDU tot negen maanden in totaal om basale cel omzet binnen pancreaseilandjes, een tissue label met minimale cel omzet als het dier eeuwen 1,4-6. De meest voor de hand liggende mogelijke toepassing van onze etikettering van strategie is voor de studies om de celvernieuwing te definiëren binnen weefsel homeostase. Maar onze techniek heeft een aantal andere mogelijke toepassingen. Zo hebben we onlangs ook gebruikt een techniek die oncogene transformatie binnen de weefsels, waar de focusgebieden van een verhoogde replicatie gemakkelijk kunnen worden geïdentificeerd door een verhoogde opname van CldU of IDU 5 te identificeren. Morrison en collega's gebruikten CldU en IDU voor 1 dag per om te testen op het etiket het behoud van het gedrag van hematopoietische stamcellen 2. We hebben ook toegepast sequentiële thymidine analoog etiket om te bepalen of transit-amplificerende cellen bijdragen aan de groei of de vernieuwing van weefsels 1. In deze toepassing opeenvolgende toediening van thymidine-analogen vertegenwoordigt een nieuwe benadering voor het bestuderen van de oorsprong en de overleving van cellen die betrokken zijn in weefsel homeostase.
Thymidine-analogen mag niet gebruikt worden zonder waarschuwing. Synthetische thymidine-analogen hebben het potentieel toxische eigenschappen voor delende cellen, en het gebruik ervan kan in theorie aantasten cel omzet in het kweken van dieren. Thymidine-analogen zijn gebruikt als radiosensitizing agenten voor kankerpatiënten, en kan celdeling vertragen. Zo dringen we er bij de onderzoekers voorzichtig te onderzoeken op mogelijke toxiciteit in hun weefsel van belang. Bijvoorbeeld Trumpp en collega's vinden dat de systemische BrdU kunnen dwingen hematopoietische stamcellen om te celcyclus 7 in te voeren. Bijvoorbeeld, Rutter en zijn collega's merkte op dat een hoge dosis thymidine-analogen zijn giftig voor het ontwikkelen van alvleesklier 8. Meer recent Hellerstein en collega's van KineMed, Inc bleek dat BrdU administratie intra-eilandje proliferatie door 16-25% gebruik van een eigen zwaar water etikettering techniek 9 vertraagt. Het hele eilandje preparaten die door Hellerstein en collega's die vele andere endocriene en niet-endocriene celtypen, die maar liefst 50% van het totaal eilandje voorbereidingen kan omvatten. We zien echter dat de langdurige infusie van BrdU niet beta-celproliferatie beïnvloeden bij jonge volwassen muizen, zoals gemeten door Ki67 expressie 4. Ook de langdurige toediening van CldU en IDU niet lijken te betacelmassa uitbreiding van een aantasting. Bovendien, beta-cel proliferatie tarieven zijn gelijk aan het tussen muizen gelabeld met BrdU voor langere tijd en muizen die alleen zijn gelabeld voor een paar uur (tarieven zijn genormaliseerd op gelijkwaardige perioden). Samen vormen deze resultaten suggereren dat muizen die veilig kan op lange termijn een lage dosis toedienen van thymidine-analogen tolereren. Toch kunnen we niet uitsluiten dat de potentiële toxiciteit van thymidine-analogen in pancreatische beta cel groei. Als gevolg daarvan, blijven we controles uitvoeren wanneer de etikettering muizen met thymidine-analogen, en andere onderzoekers aan om zo goed te doen drang.
Onze techniek van de sequentiële thymidine analoog etikettering is niet zonder valkuilen en technische uitdagingen. Als gevolg hiervan, controle dia's zijn bijzonder belangrijk. We hebben gegenereerd controle dia's die van verschillende weefsels bestaan uit 1) Muizen die alleen werden gemerkt met CldU;.. 2) Muizen die alleen werden gemerkt met IDU;. 3) Muizen die opeenvolgend werden gemerkt met CldU en dan IDU, 4.) muizen die opeenvolgend werden bestempeld in omgekeerde volgorde eerste, met IDU en dan CldU;. 5) Muizen die zijn mock gelabeld met alleen water. Bij het leren label met CldU en IDU, moeten onderzoekers steeds uit te voeren van de gehele protocol met alle 5 hierboven sets van dia's uit het weefsel van belang.
Lichte kruisreactiviteit tussen CldU en IDG is een ongelukkige, maar onvermijdelijke keerzijde van de etikettering met beide thymidine-analogen. De CldU en IDU techniek is gebaseerd op verschillen in affiniteit tussen antisera die oorspronkelijk waren tegen BrdU afgeleid in verschillende soorten (muizen en ratten). Ons protocol, terwijl omslachtig, is ontworpen om dergelijke kruisreactiviteit te minimaliseren. Daarom dringen we er voorzichtig onder de onderzoekers die van mening zijn over te slaan stap (pen) van het protocol. In het bijzonder hebben weondervonden problemen met de secundaire antisera dat kruis reactief zijn tussen muis en rat. Dit kan worden geminimaliseerd door het gebruik van Jackson antisera die volledig zijn cross-geadsorbeerd tussen muis en rat.
We soms niet adequaat te detecteren thymidine. In dergelijke gevallen is het van cruciaal belang om positieve controle dia's te gebruiken om te bepalen welke niet reagens of stap werkte. Problemen zijn meestal te wijten aan slechte monsters van antisera, droge dia's, of onvoldoende nucleaire permeabilisatie. We hebben gefaald om succesvol label ontwikkelen van embryo's met IDU. Zo kunnen niet alle weefsels worden doorlaatbaar voor Idu.
Alternatieven voor CldU en IDU voor dubbele thymidine analoog etikettering zijn aan de horizon. Edu (5-ethinyl-2 deoxyuridine) kan een substraat voor koper-gekatalyseerde klik chemie detectie 10,11 worden. Edu detectiemethoden vereisen geen scheiding van DNA-strengen, en zijn dus zeer vatbaar voor analyse door flowcytometrie 12. Edu is compatibel maar niet kruisen reactief met BrdU 10. Edu is gebruikt om de celvernieuwing van de diverse weefsels waaronder de muis bètacellen in de pancreas 13, darm-L-cellen 14 en 15 Epidermis kwantificeren. Edu is vrij duur op dit moment ($ 1000 US per 500mg). Nog steeds, Edu-detectie lijkt te zijn veel gevoeliger dan BrdU detectie 10. Zo kan het economisch haalbaar om Edu en BrdU in plaats van CldU en IDU combineren. Deze methode kan ook toelaten detectie van drie verschillende rondes van celdeling bij muizen driedubbel gelabeld voor Edu, CldU, en IDU.
Kortom, onze techniek van de sequentiële thymidine analoog etikettering is een nieuwe benadering voor het detecteren van de celvernieuwing. We hopen dat onze benadering stelt andere wetenschappers om nauwkeuriger te kwantificeren celdeling, en verwachten dat het nieuwe paradigma's te openen in het weefsel homeostase.
The authors have nothing to disclose.
Ondersteund door de JDRF, de NIH (R01-DK081469), het Gemenebest van Pennsylvania (Center for Excellence in de regeneratieve geneeskunde te verlenen 4100043362), de March of Dimes (Basil O'Connor Starter Scholar Research Award), en een University of Pennsylvania DERC piloot en de haalbaarheid te verlenen (DK19525).
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
5-chloro-2-deoxyuridine (CldU) | MP Biomedical | 0210547891 | ||
5-Iodo-2-deoxyuridine (IdU) | MP Biomedical | 0210035701 | ||
4% Paraformaldehyde | USB | 19943 | ||
10% Buffered Formalin | Fisher Scientific | 23-427-098 | ||
XYLENES | VWR | EM-XX0060-4 | ||
Ethanol, Anhydrous (Histological) | Fisher Scientific | A405P-4 | ||
PBS, 10X Powder Concentrate | Fisher Scientific | BP665-1 | ||
Triton –X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | ||
Hydrochloric Acid | VWR | BDH3028-2.5LG | ||
Normal Donkey Serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | ||
Mouse Anti BrdU | BD Pharmingen | 347580 | ||
Rat mab anti BrdU | Accurate Chemical | OBT0030 | ||
Cy2 donkey anti-rat | Jackson Immuno | 712-225-153 | Fully adsorbed secondaries from Jackson (minimal cross reactivity). | |
Cy5 donkey anti-mouse | Jackson immuno | 715-175-151 | See above | |
Glass Cover Slips | Sigma-Aldrich | C9056-1CS | ||
YFP Filter | Chroma | 49003 ET EYFP | Reduces auto-fluorescence in Cy2 channel | |
Cy3 Filter | Chroma | 49004 ET Cy3 | ||
Cy5 Filter | Chroma | 49006 ET Cy5 | ||
ORCA ER Microscope Camera | Hamamatsu | C4742-95-12ER | Excellent detection of fluorophores | |
ProLong Gold antifade reagent | Invitrogen | P36930 | Do not use Vectashield (toxic to cyanine dyes). |