C. elegans bağırsak olarak bir Model hücreler arası Lumen morfogenez ve In Vivo polarize membran Biyogenez tek hücre düzeyinde için: etiketleme antikor boyama, işlev RNAi kaybı çözümleme ve görüntüleme

Polarize membran etki alanları, oluşumu gibi hücresel ve hücre altı asimetriler nesil morfogenez ve hücre, doku ve organların¹fonksiyonu için önemlidir. Hücre altı bileşenleri tahsisi yön değişiklikleri olan birden çok ardışık ve çakışık ekstraselüler ve hücre içi sinyalleri bağlıdır beri epiteli polarize membran Biyogenez üzerinde çalışmalar teknik bir sorun kalır zor çoğu modellerinde ayrı ve güçlü modeli sistemine bağlıdır. Tek katmanlı model burada – sunulan Caenorhabditis elegans bağırsak – zarif sadeliği bir doku olduğunu. Tek hücreli ile birlikte C. elegans boşaltım kanalı (bkz: kağıt polarize membran Biyogenez C. elegans boşaltım kanalı içinde eşlik)², kimlik için birkaç benzersiz avantajlar sağlar ve molekülleri polarize membran dipnotlar için gerekli karakterizasyonu. Maya moleküler polarite ipuçları adama koruma yapmak bu basit omurgasız organ mükemmel bir“in vivo doku odası” hala çok şey insan sistemine doğrudan konu ile ilgili olan epitel polarite ilgili soruları için karmaşık görsel diseksiyon bu olayların tek izin düzeyi içinde vivohücre.

Birden çok korunmuş polarite İpuçları (1 extracelluar matris, (2) plazma zarı ve kavşak ve (3) hücre içi veziküler kaçakçılığı saptanan³, kendi entegrasyon süreci temel ilkeleri olmasına rağmen polarize epitelyal membran ve doku Biyogenez kötü anlaşılan⁴‘ tür. Klasik tek hücreli vivo içinde modelleri (e.g.S. cerevisiae ve C. elegans zigot), polarize hücre bölünmesi ve ön-arka polarite tanımlama vesile olmuştur ve kritik belirledik membran ilişkili polarite belirleyicileri (küçük GTPases/CDC-42, bölümleme arızalı PARs)^5,6, ama onlar İpuçları (bud yara, sperm giriş) breaking eşsiz simetri bağlıdır ve kavşak güvenli eksikliği apicobasal membran etki alanları ve muhtemelen, makine sıralama karşılık gelen hücre içi apicobasal. Şu anki bilgilerimize polarize epiteli, kaçakçılığı organizasyonu hakkında ancak, öncelikle memeli 2D monocultures⁷, hangi membran konumlarını değiştirebilirsiniz fizyolojik ekstraselüler ve gelişimsel cues eksikliği dayanır etki alanları ve kaçakçılığı yörüngeleri yönleri (MDCK (Madin-Darby köpek böbrek) hücrelerde membran Polarite ters çevirmek için bir geçiş 2D 3D vitro kültür sistemleri tek başına yeterlidir)⁸. İn vivo gelişim çalışmaları epitel polarite omurgasız canlılar üzerinde başlangıçta düz epiteli, Drosophila melanogaster epidermis nerede kritik katkı tespit örneğin yapılmıştır birleşme dinamikleri polarize hücre göç ve hücre levha hareketi⁹için ve endositik için polarite bakım¹⁰ticareti. 3D vitro ve in vivo analizi Lümen morfogenez borulu epiteli MDCK hücreleri ve C. elegans bağırsak içinde anılan sıraya göre son zamanlarda hücre içi de için kaçakçılık zorunluluğu belirledik Novo (apikal) etki alanı ve Lümen Biyogenez ve^11,12,13konumlandırma. Kalınlığı (düz karşı) borulu epitel hücreleri biridir bir avantaj hücre altı asimetriler 3D analizi için üstün bir görsel ayrım apikal lumenal membran, apico-lateral kavşaklar, yanal membran, izin verir bu yana ve Hücre içi organellerin pozisyonlar. Bu görsel avantajları, C. elegans model ekler vücut planı, sabit ve tanımlı hücre soy, analitik sadeliği içinde vivo ayarı, gelişimsel eksen, saydamlık (genetik) ve ek avantajlar aşağıda açıklanmıştır.

C. elegans kendisi olan şeffaflık ve basit mimarisi, aynı şekilde borulu iç organları doğrudan tüp ve Lümen morfogenez görsel analiz için erişilebilir duruma tübüler yapısının yuvarlak bir kurt var. Onun bağırsak (zaman zaman 21 ya da 22 hücreleri)¹⁴ yirmi hücreleri bir tek progenitör hücre (E) elde edilen ve bir çift katlı epitel tarafından bir enterkalasyon adım 9 INT yüzük bilateral simetrik bir tüp içine geliştirmek (dört hücreleri ilk halka; Şekil 1 şematik)^14,15,16. Başlangıçta Nomarski optik nükleer kimlikleri¹⁷ile ve daha sonra Floresans mikroskobu etiketli membranlar yoluyla tarafından belirlenen bağırsak’ın soy ve doku analizi, onun morfogenez, kritik anlayışlar içinde sağlamıştır belirli hücre özerk ve hücre-sigara özerk gereksinimleri yönlü hücre bölünmeler ve hareketleri (örneğin, enterkalasyon, sağ-sol asimetriler, anterior ve posteiror tüp döndürme)^14,18 . Erken endodermal hücre özellikleri ve bu klonal modeli organ gelişimi kontrol gen düzenleyici ağ de karakterize^19,20vardır. Burada, ancak, polarize membran ve Lümen Biyogenez tek tübüler hücrelerde ve endomembranes, hücre iskeleti yapıları ve bu sürecine eşlik organellerin hücre içi asimetriler analizine odaklanmıştır. Analiz nerede tüm apikal membranlar (ultrastructural düzey microvilli tarafından ayırt edici) Lümen yüz ve tüm Bazal membran dış boru yüzey birbirlerine temas yanal membranlar ile yüz bu tüp sadeliği tarafından yönetilir, apikal membran kavşaklar tarafından ayrılmış (şekil 1 şematik; bkz: başvuruları (^16,21) C. elegans-özel organizasyon sıkı ve adherens junction bileşenleri). Apikal membran Biyogenez böylece Lümen morfogenez ile çakışık olduğunu. Ayrıca, Yetişkin bağırsak hücreleri – en büyük bu küçük hayvan hücreleri (boşaltım hücrenin özel durumla) – boyutunu yaklaşık vivo içinde görsel izleme hücre altı öğe, örneğin izin bir memeli hücre boyutu genellikle vezikül yörüngeleri vitro kültür tabak içinde çalıştı.

Bu hücre ve hücre altı çözümleme amacıyla uygun etiketleme önemlidir. Bağırsak endo veya plazma zarı etki alanları, kavşaklar, hücre iskeletiyapıları, çekirdek ve hücre altı diğer organelleri belirli moleküler bileşenleri etiketleme tarafından görüntülenmiştir. Böyle birçok bileşenleri ile karakterize ve keşfedilmeyi devam (tablo 1 birkaç örnek verir ve kaynaklara anlamına gelir). Örneğin, çeşitli moleküller yolu ile plazma zarı için yazı-Golgi veziküller Golgi acil servise gelen bağırsak endomembrane sisteminin borulu ve/veya veziküler bölmeleri ayırt tanımlanan²²olmuştur. Belirli proteinler (yanı sıra lipidler ve şeker) de doğrudan veya dolaylı olarak protein bağlayıcı üzerinden etiketli. Bu iletişim kuralı in situ antikor sabit örnekleri, iki standart etiketleme teknikten birini boyama üzerinde duruluyor (eşlik eden kağıt boşaltım kanalı tubulogenesis diğer tekniği² – bir açıklaması için bkz: vivo etiketleme Floresan protein füzyon – bağırsak için doğrudan geçerli olduğu; Tablo 2 bağırsak için ifade gibi füzyon proteinlerin sürücü için kullanılan bağırsak özel Organizatör örnekleri sağlar). Çift – veya her iki yaklaşım, veya her iki artı ek kimyasal boyama, karışımı ile birden fazla etiketleme daha fazla derinlemesine görsel çözünürlüğünü ve co yerelleştirme kayma ve zamansal değişikliklerinin incelenmesi ve özel alımı sağlar molekülleri veya hücre altı bileşenlerinin (Şekil 2). Fiksasyon ve bu iletişim kuralı desteği korunması immunostaining işlemler sırasında etiketleme yeşil flüoresan protein (GFP) açıklanan yordamları boyama. Görüntüleme için anahtar noktaları algılama ve karakterizasyonu fenotipleri standart mikroskobik prosedürler (floresan diseksiyon ve confocal mikroskobu) ile olan tubulogenesis ()şekil 3, 4açıklanan). Bunlar daha yüksek çözünürlük örnek superresolution mikroskobu ve transmisyon elektron (burada açıklanmayan) mikroskopi için yaklaşımlar görüntüleme için genişletilebilir.

Bu sistem bir anahtar gücü embriyogenez yetişkinlik aracılığıyla gelen farklı gelişim aşamalarında polarite tek tek hücreleri içinde çözümlenecek yeteneğidir. Örneğin, apikal membran etki alanı ve Lümen Biyogenez geliştirme tek hücre düzeyinde boyunca ERM-1, Ezrin-Radixin-Moesin aile^{23,24 son derece korunmuş membran-aktin bağlayıcı ile etiketleme yoluyla izlenebilir} . Kullanılazlar polarize hücre bölünmesi ve göç (Lümen enterkalasyon sırasında etrafında apically hücreleri hareket)¹⁵ile ortaya çıktığında ERM-1 sırasında embriyonik tüp morfogenez, apikal membran dipnotlar (1) görüntüler; (2) hücre bölünmesi veya geçiş yokluğunda gelirleri geç embriyonik ve larva tüp uzantısı sırasında; ve (3) Yetişkin bağırsakta nerede polarize membran etki alanları (şekil 1) korunur. Genişleyen sonrası Mitotik larva epitel içinde de novo polarize membran Biyogenez böylece ayrılabilir çoğu in vivo ve in vitro epitel polarite modellerinde mümkün değildir, polarize doku morfogenez Bu tek hücreli çözünürlük (örneğin 3D MDCK kist modeli⁸) dahil. Diğer bileşenler için etiketleme ile bu ayarı (hücreleri daha yüksek bir sitoplazma/çekirdek oranı varsa özellikle L1 larva aşamasında) fırsat sağlar özgü bu hücre içi değişiklikleri ayırt etmek için polarize membran dipnotlar () örneğin kaçakçılığı yörüngeleri hale gelmesini) bu kullanılazlar polarize hücre bölünmesi ve geçiş için gerekli.

C. elegans genetik çok yönlülük iyi bilinen²⁵ve biyolojik herhangi bir soru moleküler analiz için güçlü modeli sistem yapar. Morfogenez, üzerine bir çalışma, bir vahşi tipi yük, faiz (örneğin bir membran) yapısını floresan bir marker ile veya bir kaybı veya kazanç-in-fonksiyonlu mutant bir üründe ile ile nerede etiketli bir transgenik yük ile başlayabilirsiniz yapısı. Tipik bir ters genetik çalışma germline (örneğin tarafından hedeflenen silme), mutagenesis (genellikle nokta mutasyonlar sonucu kaybı, azaltılması ya da kazanç fonksiyonu ile üreten değiştiren bir mutant gen ilgi silinmesi oluşturabilir Gen) veya nerede onun transkript RNAi tarafından düşürülür. C. elegans²⁶ besleme tarafından RNAi kolaylığı da ilgi genlerin daha büyük bir grup incelemek hedeflenen ekranlar için tasarım oldukça rahat. Bir genetik model organizma’nın tartışmasız en güçlü bir fenotip moleküler nedeni tarafsız bir soruşturma izni vivo içinde ileri ekranlar (örneğin mutagenesis, sistematik veya genom geniş RNAi ekranlar) yapmak için yeteneğidir faiz. Örneğin, tarafsız bir görsel C. elegans RNAi tubulogenesis ekran, apikal membranlar, ERM-1 olarak etiketlenmiş transgenik bir hayvanla ile başlayan bir ilgi çekici tersinir bağırsak polarite dönüşüm ve Ektopik Lümen fenotip, kullanılan keşfetti Burada bu tür analiz için bir örnek olarak. Bu ekran glycosphingolipids (GSLs; onların GLS biyosentetik enzimler ile tanımlanan zorunlu membran lipidler) tükenmesi ve vezikül kat clathrin ve onun AP-1 adaptör bileşenleri bu polarizasyona neden belirli moleküler kusurlar tespit dönüşüm fenotip, böylece bunlar molekülleri in vivo kaçakçılığı karakterize apikal membran polarite ve Lümen^12,13konumlandırma için ipuçları. Ayrıca belirli genetik mutasyon/morfogenez fenotip ile Başlarken, bu tür ekranları (veya tek genetik/RNAi etkileşim deneyler) iki veya daha fazla faiz (bkz: kağıt üzerinde boşaltım eşlik eden genler arasındaki işlevsel etkileşimler inceleyebilirsiniz Canal böyle bir analiz örneği için)². Bu iletişim kuralı hangi ek olarak doğrudan kimin fenotip ileri ekranları kaybolmasına neden gen tanımlama yeteneği onun morfogenez çözümlemesi için belirli avantajlar sağlayan RNAi odaklanır. Gen ürünü morfogenez kez yönetmenlik bir doz bağımlı biçimde çalışır beri RNAi fenotipleri bir spektrum oluşturmak için genellikle başarılı olur. Bilgilendirici işlevi, kısmi kaybı fenotipleri oluşturma yeteneği de önemli tubulogenesis genler çoğunluğu gerekli ve onların kayıpları kısırlık ve erken embriyonik ölümcül neden sorunu çözmek için yardımcı olur. Bu iletişim kuralı bu zorluk üstesinden gelmek için koşullu RNAi stratejileri içerir ve fenotipleri, mutagenesis tarafından üretilen bir allelic serisi gibi daha geniş bir spektrum nesil optimize etmek için yollar önerir.