Wir haben eine Strategie zur sequentiellen Aufnahme von Thymidin-Analoga (CldU und IDU) in das Gewebe erwachsener Mäuse zu erkennen an zwei aufeinander folgenden Runden der Zellteilung zu quantifizieren abgeleitet. Diese Strategie ist sinnvoll, die Zellerneuerung an langlebigen Geweben, onkogenen Transformation oder die Durchreise verstärkenden Zellen zu erkennen.
Genaue Messung der Zellteilung ist eine grundlegende Herausforderung in der experimentellen Biologie, die immer komplexer, wenn sich langsam teilenden Zellen analysiert werden wird. Etablierte Methoden zur Zellteilung zu erkennen sind direkte Visualisierung durch kontinuierliche Mikroskopie in Zellkultur, Verdünnung von entscheidender Farbstoffe wie Carboxyfluorescein di-aetate Succinimidylester (CFSE), Immuno-Detektion von mitogenen Antigene wie Ki67 oder PCNA und Thymidin-Analoga. Thymidin-Analoga kann durch eine Vielzahl von Methoden, einschließlich Radio-Erkennung für Tritium-Thymidin, Immun-Erkennung für Brom-desoxyuridin (BrdU), Chlor-deoxyuridin (CldU) und Iod-desoxyuridin (IDU) und der chemischen Erkennung für Ethinyl-desoxyuridin erkannt werden (EDU). Wir haben eine Strategie zur sequentiellen Aufnahme von verschiedenen Thymidin-Analoga (CldU und IDU) in das Gewebe erwachsener Mäuse zu erkennen abgeleitet. Unsere Methode erlaubt es Forschern, um genau zu quantifizieren zwei aufeinander folgenden Runden der Zellteilung. Durch die Optimierung der Immunfärbung Protokolle unser Ansatz erkennt sehr niedrige Dosis Thymidinanaloga über das Trinkwasser, sichere Verabreichung an Mäuse für längere Zeit zu verabreichen. Folglich kann unsere Technik verwendet, um die Zellerneuerung in sehr langlebigen Geweben zu detektieren. Optimal immunofluoresent Färbung Ergebnisse können in mehreren Gewebearten, darunter Bauchspeicheldrüse, Haut, Darm, Leber, Nebennieren, Hoden-, Eierstock-, Schilddrüsen-, Lymphknoten und Gehirn erreicht werden. Wir haben auch diese Technik angewendet, um onkogenen Transformation im Gewebe zu identifizieren. Wir haben weiter diese Technik, um festzustellen, ob Transit-Verstärkung Zellen zum Wachstum oder Erneuerung von Gewebe beitragen angewendet. In diesem Sinne stellt sequenzielle Verabreichung von Thymidin-Analoga einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung der Ursprünge und Überleben von Zellen im Gewebe eine Rolle spielt.
Unser Ansatz zur Thymidin-basierten Ansatz zur Etikettierung Zellerneuerung hat viele potenzielle Anwendungen in der biomedizinischen Forschung. Bis heute haben wir uns auf die Bauchspeicheldrüse konzentriert, aber wir haben auch diese Strategie angewandt, um die Zellerneuerung der Haut, Darm, Leber, Nebenniere, Niere, Hoden-, Eierstock-, Schilddrüsen-, Lymphknoten, Blutbildung und Gehirn 1 zu untersuchen. Da die Zellerneuerung variiert von Gewebe zu Gewebe, sollte die Kennzeichnung Strategien individuell auf die spannendsten Informationen aus der Orgel von Interesse zu erhalten. Morrison und seine Kollegen verwendeten CldU und IdU für 1 Tag jeweils Hämatopoese 2 Label. Kuhn und seine Kollegen verwenden CldU und IdU für 4 Tage jeweils um die Zellteilung bei der Regeneration von Herzmuskel 3 zu detektieren. Im Gegensatz dazu haben wir CldU und IdU für bis zu 9 Monate insgesamt Basalzell Gesamtumsatzes in Pankreasinseln, einem Gewebe mit minimalem Zellerneuerung wie das Tier im Alter 1,4-6 Etikett verwendet. Die naheliegendste mögliche Anwendung unserer Strategie ist die Kennzeichnung für Studien zur Zellerneuerung im Gewebe Homöostase zu definieren. Aber unsere Technik hat mehrere weitere mögliche Anwendungen. Zum Beispiel haben wir kürzlich auch diese Technik angewendet, um onkogenen Transformation in Geweben, in denen Schwerpunkte der erhöhte Replikation leicht durch verstärkten Einbau von CldU oder IdU 5 kann identifiziert werden zu identifizieren. Morrison und seine Kollegen verwendeten CldU und IdU für 1 Tag jeweils für Etiketten Beibehaltung Verhalten von hämatopoetischen Stammzellen 2-Test. Wir haben auch sequentielle Thymidinanalogon Kennzeichnung zu ermitteln, ob Transit-Verstärkung Zellen zum Wachstum oder Erneuerung von Gewebe beitragen 1 angewendet. In dieser Anwendung sequenzielle Verabreichung von Thymidin-Analoga stellt einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung der Ursprünge und Überleben von Zellen im Gewebe eine Rolle spielt.
Thymidin-Analoga sollte nicht ohne Vorsicht angewendet werden. Synthetische Thymidinanaloga haben potenzielle Toxizität auf sich teilende Zellen, und ihre Verwendung könnte theoretisch beeinträchtigen die Zellerneuerung in wachsenden Tieren. Thymidin-Analoga als radiosensibilisierende Agenten für Krebspatienten verwendet worden, und kann die Zellerneuerung langsam. So fordern wir Ermittler vorsichtig auf mögliche Toxizitäten in ihrem Gewebe von Interesse zu untersuchen. Zum Beispiel finden Trumpp und seine Kollegen, dass die systemische BrdU zwingen kann hämatopoetischen Stammzellen zu Zellzyklus 7 eingeben. So beobachtet Rutter und Kollegen, die eine hohe Dosis Thymidinanaloga giftig für die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse 8 sind. In jüngerer Zeit Hellerstein und Kollegen an KineMed fand Inc, daß BrdU Verwaltung intra-Insel Verbreitung von 16-25% mit einem proprietären schwerem Wasser Markierungstechnik 9 verlangsamt. Die ganze Insel Vorbereitungen Hellerstein und seine Kollegen verwendeten enthielt viele andere endokrine und nicht-endokrinen Zelltypen, was so viel wie 50% der gesamten Insel Zubereitungen enthalten könnte. Allerdings finden wir, dass eine längere Infusion von BrdU hat keinen Einfluss auf beta-Zell-Proliferation in jungen erwachsenen Mäusen, wie Ki67 Expression 4 gemessen. Ebenso hat langfristige Gabe von CldU und IdU nicht scheinen, um Beta-Zellmasse Expansion 1 beeinträchtigen. Darüber hinaus sind Beta-Zell-Proliferation Äquivalent zwischen Mäusen mit BrdU für längere Zeit und Mäuse, die nur für ein paar Stunden (Preise werden in äquivalente Zeiträume normalisiert) sind beschriftet. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse, dass Mäuse, kann sicher tolerieren langfristige niedrig dosierte Gabe von Thymidin-Analoga. Dennoch können wir nicht ausschließen, potentielle Toxizität von Thymidin-Analoga in pankreatischen Beta Zellwachstum. Als Ergebnis wir weiterhin Kontrollen durchzuführen, wenn die Kennzeichnung Mäuse mit Thymidin-Analoga, und fordern andere Forscher, dies so gut zu machen.
Unsere Technik der sequentiellen Thymidinanalogon Kennzeichnung ist nicht ohne Tücken und technischen Herausforderungen. Als Ergebnis sind Kontroll-Objektträger besonders wichtig. Wir haben die Kontrolle Folien, die aus verschiedenen Geweben besteht aus 1 erzeugt) Mäuse, die nur mit CldU markiert wurden,.. 2) Mäuse, die nur mit IdU markiert wurden;. 3) Mäuse, die nacheinander mit CldU und dann IdU markiert wurden;. 4) Mäuse, die nacheinander in umgekehrter Reihenfolge markiert wurden, zunächst mit IdU und dann CldU;. 5) Mäuse, mock nur mit Wasser gekennzeichnet sind. Beim Lernen auf Etikett mit CldU und IdU, sollten die Ermittler immer führen die gesamte Protokoll mit allen 5 oben Foliensätze aus dem Gewebe von Interesse.
Leichte Kreuzreaktionen zwischen CldU und IdU ist eine unglückliche, aber unvermeidliche Kehrseite mit beiden Thymidinanaloga Kennzeichnung. Die CldU und IdU Technik basiert auf Unterschiede in der Affinität zwischen Antiseren, die ursprünglich gegen BrdU in verschiedenen Spezies (Maus und Ratte) wurden abgeleitet. Unser Protokoll, während schwerfällig, ist entworfen, um solche Kreuzreaktion zu minimieren. Daher fordern wir vorsichtig unter Forschern, die das Überspringen Schritt (e) des Protokolls zu prüfen. Insbesondere haben wirauftretende Probleme mit sekundären Antiseren, dass kreuzreaktive sind zwischen Maus und Ratte. Dies kann durch die Verwendung von Jackson Antiseren, die voll sind zwischen Maus und Ratte cross-adsorbiert minimiert werden.
Wir haben gelegentlich nicht angemessen erkennen Thymidineinbau. In solchen Fällen ist es von entscheidender Bedeutung für positive Kontroll-Objektträger zu verwenden, um festzustellen, welche Reagenz oder Schritt nicht funktioniert. Die Schwierigkeiten sind in der Regel aufgrund der schlechten Aliquots von Antiseren, trocken Dias oder unzureichende nuklearen Permeabilisierung. Wir haben es versäumt, erfolgreich Label entwickelnden Embryonen mit IdU. So können nicht alle Gewebe durchlässig sein IdU.
Alternativen zu CldU und IdU für Doppel Thymidinanalogon Kennzeichnung sind am Horizont. EdU (5-Ethinyl-2 desoxyuridin) kann ein Substrat für Kupfer-katalysierten Klick-Chemie-Erkennung 10,11 sein. EdU Nachweisverfahren benötigen keine Trennung von DNA-Strängen und sind somit sehr gut für Analyse mittels Durchflusszytometrie 12. Edu ist kompatibel, aber nicht kreuzreaktiv mit BrdU 10. EdU wurde verwendet, um die Zellerneuerung der verschiedenen Maus-Geweben, einschließlich Betazellen des Pankreas 13, Darm-L-Zellen 14 und Epidermis 15 quantifizieren. Edu ist ziemlich teuer im Moment ($ 1000 US-Dollar pro 500mg). Dennoch scheint Edu-Erkennung zu viel empfindlicher als BrdU-Erkennung 10. So könnte es wirtschaftlich machbar Edu und BrdU anstelle von CldU und IdU kombinieren. Diese Methode könnte auch erlauben, den drei verschiedenen Runden der Zellteilung in Mäusen dreifach für Edu, CldU und IdU gekennzeichnet.
Zusammenfassend ist unsere Technik der sequentiellen Thymidinanalogon Kennzeichnung einen neuartigen Ansatz zur Erkennung Zellerneuerung. Wir hoffen, dass unser Ansatz ermöglicht es anderen Wissenschaftlern, um genauer zu quantifizieren Zellteilung, und erwarten, dass es neue Paradigmen in Gewebshomöostase öffnen.
The authors have nothing to disclose.
Unterstützt durch die JDRF, die NIH (R01-DK081469), der Commonwealth of Pennsylvania (Center for Excellence in der Regenerativen Medizin zu gewähren 4100043362), der March of Dimes (Basil O'Connor Starter Scholar Research Award) und der University of Pennsylvania DERC Pilot und Machbarkeit zu gewähren (DK19525).
Material Name | Tipo | 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). |