Summary

חזותי neuroblast cytokinesis במהלך<em> ג elegans</em> עובר

Published: March 12, 2014
doi:

Summary

פרוטוקול זה מתאר כיצד תמונת חלוקת תאים בתוך רקמה בעוברי elegans Caenorhabditis. בעוד כמה פרוטוקולים מתארים כיצד חלוקת תאי תמונה בעובר המוקדם, פרוטוקול זה מתאר כיצד תמונת חלוקת תאים בתוך רקמה מתפתחת במהלך embryogenesis אמצע סוף.

Abstract

פרוטוקול זה מתאר את השימוש במיקרוסקופ פלואורסצנטי לתמונת חלוקת תאים בתוך פיתוח עוברי elegans Caenorhabditis. בפרט, פרוטוקול זה מתמקד איך תמונת חלוקת neuroblasts, אשר נמצאים מתחת לתאי האפידרמיס ועשוי להיות חשוב עבור המורפוגנזה אפידרמיס. היווצרות רקמה חיונית לפיתוח מטזואניים ומסתמכת על רמזים חיצוניים מרקמות שכנות. ג elegans הוא אורגניזם מודל מצוין ללמוד המורפוגנזה רקמות in vivo בשל השקיפות שלה וארגון פשוט, מה שהופך את הרקמות שלה קלים ללמוד באמצעות מיקרוסקופ. מתחם הגחון הוא התהליך שבו פני השטח הגחון של העובר הוא מכוסה על ידי שכבה אחת של תאי האפיתל. הוא חשב את האירוע הזה כדי להיות בהנחייתם של neuroblasts הבסיסית, המספק רמזי הדרכה כימית לתווך הגירה של תאי האפיתל שמעליה. עם זאת, neuroblasts הן שגשוג מאוד וגם עשויה לפעולכמצע מכאני לתאי האפידרמיס הגחון. מחקרים באמצעות פרוטוקול ניסוי זה יכול לחשוף את חשיבותה של תקשורת בין תאית במהלך היווצרות רקמות, ויכולים לשמש כדי לחשוף את תפקידם של גנים הקשורים בחלוקת תאים בתוך רקמות מתפתחות.

Introduction

אמנם יש פרוטוקולים המתארים כיצד לחלוקת תא תמונה בתחילת ג עובר elegans, פרוטוקול זה מתאר כיצד חלוקת תא תמונה בתוך רקמות במהלך אמצע העובר. אחד האתגרים הגדולים בתחום ההדמיה אורגניזמים במהלך הפיתוח היה רגישותם לphototoxicity. עם זאת, נגישות מוגברת למיקרוסקופי confocal הדיסק מסתובב או מיקרוסקופים שדה סחפו התירה יישומי הדמיה נפוצים יותר. שני מערכות משתמשות בלייזרים של מצב מוצקים ואור מפוזר, המגבילים את הרמות של UV שאורגניזמים נחשפים אליהן. עם זאת, דוכני Widefield עדיין יכולים לשמש הדמיה in vivo, במיוחד אם הם לבוש עם מצלמות עם רגישות גבוהה (למשל EMCCD), בקרת צמצם ושליטה אור (למשל נוריות או נורות כספית להתאמה). פרוטוקול זה מתאר כיצד להשתמש באחת מערכת confocal מבוסס או מערכת widefield לחלוקת תא תמונה בתוך פיתוח ג elegans </ Em> עוברים. כדוגמא, נתאר כיצד תמונת חלוקת תא neuroblast. Neuroblasts עשויה להקל המורפוגנזה אפידרמיס על ידי מתן אותות כימיים או מכאניים לתאי האפידרמיס שמעליה, ומספקת דוגמא מצוינת לחשיבות של תקשורת בין תאית ביצירת רקמות.

elegans Caenorhabditis הוא אורגניזם מודל אידיאלי למחקרים מבוססי מיקרוסקופיה בשל השקיפות שלה וארגון של רקמות פשוטות 1. יתר על כן, ג elegans ניתן לשיטות גנטיות וRNAi, ומאז יש לי רבים מהגנים שלו homologues האנושי, זה יכול לשמש כדי לזהות מנגנוני שימור להיווצרות רקמת 2-5. בג elegans, היווצרות של האפידרמיס מתרחש במהלך אמצע העובר, כאשר לעובר> 300 תאים. המורפוגנזה עוריות מורכבת מכמה שלבים עיקריים, שבמהלכו העובר מוקף בשכבה של תאי האפידרמיס שלהצר ולהרחיב להפוך embrיו מצורת ביצה לצורה המוארכת של תולעת 6. מתחם הגחון מתאר את אחד אירועי morphogenetic אלה, כאשר תאי האפידרמיס הגחון נודדים לכיוון קו האמצע הגחון כדי לכסות את פני השטח הגחון של העובר (איור 1). ראשית, שני זוגות של תאים החדשניים קדמי ממוקם נודדים לכיוון קו אמצע הגחון, שבו הם דבקים והפתיל עם שכניהם נגדי 6. זה ואחריו הגירה של תאי כיס האחוריים ממוקם, המהווים טריז כמו צורות יצירת כיס הגחון 6-7. המנגנון שסוגר את הכיס אינו מובן היטב. אפשרות אחת היא שמבנה התכווצות שרירן אקטין supracellular קושר את תאי הכיס יחד במחרוזת ארנק כמו אופנה, בדומה לריפוי פצעים 8. מעניין לציין, כי הגירתם של חלק מתאי הכיס מתווכת על ידי תת ספציפי של neuroblasts בסיס 9 (מבשרי נוירונים שנמצאים מתחת לepidermis; איור 1).

מחקרים קודמים הראו כי neuroblasts לווסת את הגירת הגחון אפידרמיס תא ומתחם הגחון. VAB-1 (קולט ephrin) ו( יגנד ephrin) VAB-2 באים לידי ביטוי מאוד בneuroblasts ולהקל על מיון הקדמי והאחורית neuroblasts אחד מהשני, ו מוטציות במתחם הגחון סיבת VAB-1 או VAB-2 פנוטיפים 10-13. עם זאת, ניסויי הצלת אמרגן הראו כי VAB-1 נדרש גם בתאים שמעל הגחון אפידרמיס וקולטנים לאותות הנחיה אחרים מופרשים על ידי neuroblasts באים לידי ביטוי בתאי האפידרמיס הגחון 9. למרות שמוטציות בכל של קולטנים אלה גורמים לפנוטיפים מתחם הגחון, שלא ברור אם פגמים להתעורר עקב בעיות במיקום neuroblast או עקב כישלון של תאי האפידרמיס הגחון להגיב להדרכת רמזי 14. לשנות את חלוקת wi neuroblastsגם בלי להשפיע על היכולת שלהם להפריש רמזי הדרכה יכול לשפוך אור על התפקיד של neuroblasts והיכולת שלהם לספק קלט מכאני במהלך המורפוגנזה אפידרמיס. לאחרונה, נמצא כי גן חלוקת תא, ani-1 (anillin) מתבטא מאוד בneuroblasts (איור 2 א) ודלדולה גורם למומי חלוקת neuroblast. מעניין לציין, כי העוברים האלה להציג פנוטיפים מתחם הגחון (Fotopoulos, Wernike וPiekny, תצפיות לא פורסמו).

Anillin נדרש לחלוקת תאים, ובמיוחד עבור cytokinesis, המתאר את התהליך שבו תא האם מחלק פיזי לשני תאים בת. Cytokinesis הוא מונע על ידי היווצרות של טבעת התכווצות actomyosin, אשר צריך להיות מבוקר היטב בחלל ובזמן כדי לוודא שהוא מצמידים כראוי עם הפרדה chromatid האחות. הרגולטור הראשי של cytokinesis מטזואניים הוא RhoA (RHO-1 ב C. elegans), GTPase קטן שהואctive בצורה מאוגד GTP. GEF Ect2/ECT-2 מפעיל RhoA, לאחר שRhoA-GTP אינטראקציה עם effectors מורד הזרם היוצרות את טבעת ההתכווצות ולתווך ingression 15. Anillin הוא חלבון תחום רב שנקשר לRhoA באמצעות C-הסופית שלה ויקטין ומיוזין באמצעות N-הסופית שלה. Anillin נדרש כדי לייצב את עמדתה של טבעת ההתכווצות בתאי יונקים או דרוזופילה S2 16. דלדול Anillin גורם טבעות התכווצות לעבור תנודות לרוחב, וסופו של דבר נכשל cytokinesis יוצר תאים multinucleate 17-19. מעניין לציין, כי למרות שג elegans ani-1 מתאם את התכווצות actomyosin בעובר המוקדם, זה לא חיוני לcytokinesis. עם זאת, כפי שתואר לעיל, נדרש ani-1 לcytokinesis neuroblast במהלך אמצע העובר (Fotopoulos, Wernike וPiekny, תצפיות לא פורסמו). כישלון cytokinesis ישנה את המספר והמיקום של neuroblasts ועלול להשפיע על locע אותות הנחיה כימיים, או שזה יכול לשנות את התכונות מכאניות של הרקמות. שני הדגמים להדגיש את תפקיד nonautonomous של neuroblasts למתחם הגחון, ואת החשיבות של תקשורת רקמות רקמות במהלך התפתחות עוברית.

פרוטוקול ניסוי זה מתאר כיצד חלוקת תא תמונה במהלך ג elegans אמצע עובר באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. רוב ניסויי חקר המנגנונים של חלוקת תא בוצעו בתאים בודדים בתוך מנות תרבות (למשל. הלה או תאי S2) או בעוברים מוקדמים עם מספר מוגבל של תאים (לדוגמא C. elegans עובר אחד תאים, Xenopus, או echinoderm עוברים). עם זאת, חשוב גם ללמוד חלוקת תאים בתוך רקמות, שכן יש רמזים חיצוניים שיכול להשפיע על העיתוי ומיקום של מטוס החטיבה. יתר על כן, תאים עשויים לספק רמזים כימיים או מכאניים כדי להשפיע על ההתפתחות של רקמה השכנהים, וזה חשוב להבין כיצד תקשורת בין תאית מסייעת רקמות כדי ליצור במהלך פיתוח.

Protocol

1. הכנת צלחות לשמירה על זני תולעת וביצוע RNAi צלחות צמיחה נמטודות מדיה צלחות הכן את צלחות צמיחה נמטודות מדיה (NGM) כדי לשמור …

Representative Results

פרוטוקול ניסוי זה מתאר כיצד חלוקת תאי תמונה בג elegans עוברים במהלך אמצע העובר. בפרט, היא מתארת ​​כיצד neuroblasts תמונה, אשר עשוי להקל המורפוגנזה אפידרמיס. המורפוגנזה עוריות מתרחשת עקב שילוב של שינויי צורת תא אפידרמיס, הגירה והידבקות, אלא גם מסתמך על אותות כימיים או מכא…

Discussion

פרוטוקול זה מתאר את השימוש בסוגים שונים של מיקרוסקופ לחלוקות תא תמונה במהלך אמצע העובר. בפרט, פרוטוקול זה מדגיש עד כמה לתמונת חלוקת neuroblasts, תאים שעשויים להקל המורפוגנזה אפידרמיס. תקשורת בין התאים חשובה להיווצרות רקמה במהלך פיתוח מטזואניים וג elegans הוא מודל מצוין ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים רוצים להכיר בכך שעבודה זו נתמכה על ידי למדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה מענק (NSERC).

Materials

Agar BioShop Canada Inc. #AGR001.1 For making C. elegans NGM and RNAi plates
Agar Bio Basic Inc. #9002-18-0 For making bacteria LB agar plates
Agarose BioShop Canada Inc. #AGA001.500
Anti-mouse Alexa 488 antibody Life Technologies Corporation (Invitrogen) #A11029
Anti-mouse anti-GFP antibody Roche Applied Science #11814460001
Anti-rabbit Alexa 568 antibody Life Technologies Corporation (Invitrogen) #A11011
Ampicillin BioShop Canada Inc. #AMP201.5 Store powder at 4 °C and dissolved ampicillin at -20 °C
Bactopetone  (peptone-A) Bio Basic Inc. #G213
CaCl2 (calcium chloride) BioShop Canada Inc. #C302.1
Cholesterol BioShop Canada Inc. #CHL380.25 Dissolve in ethanol
DAPI  Sigma-Aldrich  #D9542 Use to stain nucleic acids (DNA)
Glycerol BioShop Canada Inc. #GLY001.1
IPTG (isopropylthio-β-galactoside) Bio Basic Inc. #367-93-1 Store powder and dissolved IPTG at -20 °C
KH2PO4 (potassium phosphate, monobasic) BioShop Canada Inc. #PPM666.1
K2HPO4 (potassium phosphate, dibasic) BioShop Canada Inc. #PPD303.1
L4440  (feeding vector) Addgene #1654 Keep as glycerol stock at -80 °C
MgSO4   (magnesium sulfate) BioShop Canada Inc. #MAG511.500
NaCl (sodium chloride) Bio Basic Inc. #7647-14-5
Na2HPO4 (sodium phosphate, dibasic) Bio Basic Inc. #7558-79-4
Normal Donkey Serum (NDS) Wisent Bioproducts #035-110
n-propyl 3.4.5-trihydroxybenzoate (propyl gallate) Alfa Aesar #A10877
Poly-L-lysine Sigma-Aldrich  #P8920 For optimal results coat microscope slides three times 
Streptomycin BioShop Canada Inc. #STP101.50 Store powder at 4 °C and dissolved streptomycin at -20 °C
Tetracyclin BioShop Canada Inc. #TET701.10 Store powder at 4 °C and dissolved tetracycline at -20 °C
Tween-20 Bio Basic Inc. CAS#9005-64-5
Tryptone BioShop Canada Inc. #TRP402.500
Yeast Extract Bio Basic Inc. #8013-01-2

Referências

  1. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genética. 77, 71-94 (1974).
  2. Fire, A., Xu, S., Montgomery, M. K., Kostas, S. A., Driver, S. E., Mello, C. C. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 391, 806-811 (1998).
  3. . C. elegans Sequencing Consortium. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology. Science. 282, 2012-2018 (1998).
  4. Pennisi, E. Worming secrets from the C. elegans genome. Science. 282, 1972-1974 (1998).
  5. Tabara, H., et al. The rde-1 gene, RNA interference, and transposon silencing in C. elegans. Cell. 99, 123-132 (1999).
  6. Chisholm, A. D., Hardin, J. . Epidermal morphogenesis. WormBook. The C. elegans Research Community. , 1-22 (2005).
  7. Zhang, H., Gally, C., Labouesse, M. Tissue morphogenesis: how multiple cells cooperate to generate a tissue. Curr. Opin. Cell Biol. 22, 575-582 (2010).
  8. Kiehart, D. P. Wound healing: the power of the purse string. Curr. Biol. 9, 602-605 (1999).
  9. Ikegami, R., et al. Semaphorin and Eph receptor signaling guide a series of cell movements for ventral enclosure in C. elegans. Curr. Biol. 22, 1-11 (2012).
  10. Chin-Sang, I. D., George, S. E., Ding, M., Moseley, S. L., Lynch, A. S., Chisholm, A. D. The ephrin VAB-2/EFN-1 functions in neuronal signaling to regulate epidermal morphogenesis in C. elegans. C. elegans. Cell. 99, 781-790 (1999).
  11. Wang, X., Roy, P. J., Holland, S. J., Zhang, L. W., Culotti, J. G., Pawson, T. Multiple Ephrins Control Cell Organization in C. elegans Using Kinase-Dependent and -Independent Functions of the VAB-1 Eph. Mol. Cell. 4, 903-913 (1999).
  12. Chin-Sang, I. D., Moseley, S. L., Ding, M., Harrington, R. J., George, S. E., Chisholm, A. D. The divergent C. elegans ephrin EFN-4 functions in embryonic morphogenesis in a pathway independent of the VAB-1 Eph receptor. Development. 129, 5499-5510 (2002).
  13. Ghenea, S., Boudreau, J. R., Lague, N. P., Chin-Sang, I. D. The VAB-1 Eph receptor tyrosine kinase and SAX-3/Robo neuronal receptors function together during C. elegans embryonic morphogenesis. Development. 132, 3679-3690 (2005).
  14. Bernadskaya, Y. Y., Wallace, A., Nguyen, J., Mohler, W. A., Soto, M. C. UNC-40/DCC, SAX-3/Robo, and VAB-1/Eph polarize F-actin during embryonic morphogenesis by regulating the WAVE/SCAR actin nucleation complex. PLoS Genet. 8, (2012).
  15. Piekny, A. J., Werner, M., Glotzer, M. Cytokinesis: welcome to the Rho zone. Trends Cell Biol. 15, 651-658 (2005).
  16. Piekny, A. J., Maddox, A. S. The myriad roles of Anillin during cytokinesis. Sem. Cell Dev. Biol. 21, 881-891 (2010).
  17. Zhao, W. M., Fang, G. Anillin is a substrate of anaphase-promoting complex/cyclosome (APC/C) that controls spatial contractility of myosin during late cytokinesis. J. Biol. Chem. 280, 33516-33524 (2005).
  18. Piekny, A. J., Glotzer, M. Anillin is a scaffold protein that links RhoA, actin and myosin during cytokinesis. Curr. Biol. 18, 30-36 (2008).
  19. Hickson, G. R., O’Farrell, P. H. Rho-dependent control of anillin behavior during cytokinesis. J. Cell Biol. 180, 285-294 (2008).
  20. Fraser, A. G., Kamath, R. S., Zipperlen, P., Martinez-Campos, M., Sohrmann, M., Ahringer, J. Functional genomic analysis of C. elegans chromosome I by systematic RNA interference. Nature. 408, 325-330 (2000).
  21. Kamath, R. S., et al. Systematic functional analysis of the Caenorhabditis elegans genome using RNAi. Nature. 421, 231-237 (2003).
  22. Duerr, J. S. . Immunohistochemistry. WormBook, The C. elegans Research Community. , 1-61 (2006).
  23. Maddox, A. S., Habermann, B., Desai, A., Oegema, K. Distinct roles for two C. elegans anillins in the gonad and early embryo. Development. 132, 2837-2848 (2005).
  24. Sulston, J. E., Schierenberg, E., White, J. G., Thomson, J. N. The embryonic cell lineage of the nematode Caenorhabditis elegans. Dev. Biol. 100, 64-119 (1983).
  25. Chin-Sang, I. D., Chisholm, A. D. Form of the worm: genetics of epidermal morphogenesis in C. elegans. Trends Genet. 16, 544-551 (2000).
  26. Zhang, H., Labouesse, M. Signaling through mechanical inputs – a coordinated process. J. Cell Sci. 125, 3039-3049 (2012).
  27. Guenther, C., Garriga, G. Asymmetric distribution of the C. elegans HAM-1 protein in neuroblasts enables daughter cells to adopt distinct fates. Development. 122, 3509-3518 (1996).
  28. Audhya, A., et al. A complex containing the Sm protein CAR-1 and the RNA helicase CGH-1 is required for embryonic cytokinesis in Caenorhabditis elegans. J. Cell Biol. 171, 267-279 (2005).
  29. Maddox, A. S., Lewellyn , L., Desai, A., Oegema, K. Anillin and the septins promote asymmetric ingression of the cytokinetic furrow. Dev. Cell. 12, 827-835 (2007).
  30. Dorn, J. F., et al. Actomyosin tube formation in polar body cytokinesis requires Anillin in C. elegans. Curr. Biol. 20, 2046-2051 (2010).
  31. Calixto, A., Ma, C., Chalfie, M. Enhanced neuronal RNAi in C. elegans using SID-1. Nat. Methods. 7, 554-559 (2010).
check_url/pt/51188?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Wernike, D., van Oostende, C., Piekny, A. Visualizing Neuroblast Cytokinesis During C. elegans Embryogenesis. J. Vis. Exp. (85), e51188, doi:10.3791/51188 (2014).

View Video