دراسة أقرب أحداث تطور الخلية سابق للورم والفطري تفاعل الخلايا المناعية غير محورية لفهم وعلاج السرطان. نحن هنا تصف طريقة للحث مشروط التحولات الخلايا الظهارية والتصوير الحي لاحق من الفطري تفاعل الخلايا المناعية مع HRAS G12V معربا عن خلايا الجلد في يرقات الزرد.
Here we describe a method to conditionally induce epithelial cell transformation by the use of the 4-Hydroxytamoxifen (4-OHT) inducible KalTA4-ERT2/UAS expression system1 in zebrafish larvae, and the subsequent live imaging of innate immune cell interaction with HRASG12V expressing skin cells. The KalTA4-ERT2/UAS system is both inducible and reversible which allows us to induce cell transformation with precise temporal/spatial resolution in vivo. This provides us with a unique opportunity to live image how individual preneoplastic cells interact with host tissues as soon as they emerge, then follow their progression as well as regression. Recent studies in zebrafish larvae have shown a trophic function of innate immunity in the earliest stages of tumorigenesis2,3. Our inducible system would allow us to live image the onset of cellular transformation and the subsequent host response, which may lead to important insights on the underlying mechanisms for the regulation of oncogenic trophic inflammatory responses. We also discuss how one might adapt our protocol to achieve temporal and spatial control of ectopic gene expression in any tissue of interest.
فرط نمو ذرية خلية سابق للورم داخل ورقة الظهارية عادية على خلاف ذلك تعتمد بقوة على التفاعل مع المكروية لها. التفاعل مع الأنسجة مضيفه من المرجح أن يكون المحدد الرئيسي لما إذا كانت الخلية سابق للورم قادرة على تأسيس مكانة نسيلي لمواصلة تطوير إلى السرطان كاملة. وعلى الرغم من أهميته في التنمية، وهذه المرحلة الأولية من تطور سرطان هي التي يتعذر الوصول إليها في الأنظمة النموذج الأكثر شيوعا في الجسم الحي.
الزرد، دانيو rerio، هو نموذج كائن راسخة للدراسات التصوير الحية بسبب الشفافية في جميع أنحاء التنمية، وإمكانية للتلاعب الجيني، وسهولة الوصول للأدوية للذوبان في الماء. الدراسات الحديثة باستخدام نموذج الزرد اليرقات، overexpressing الجين الورمي البشري HRAS G12V لتحويل الخلايا الظهارية، وأظهرت أن الخلية المضيفة إشارات مشتقة، ولا سيما H 2 O 2 الرصاص لتجنيد الخلايا المناعية الفطرية. ومن المثير للاهتمام، وتجنيد خلايا المناعة، العدلات والضامة وقد أظهرت، أن يكون لها دور التغذية في دعم انتشار الخلايا سابق للورم 2،3.
من أجل فهم الأحداث في وقت مبكر من بدء الورم والتقدم فضلا عن مساهمة استجابة التهابية، ويحتاج المرء أن يكون قادرا على صورة هذه الأحداث من أقرب نقطة زمنية فصاعدا. ولذلك فمن الضروري للسيطرة على التحولات خلية بطريقة معينة الزمنية والأنسجة. علينا الاستفادة من نظام / UAS GAL4 التي تم تكييفها بنجاح من ذبابة الفاكهة 4 للتعبير مشروط في الجين الورمي البشري HRAS G12V تحت سيطرة المروج الجلد محدد الكيراتين 4 (krt4) 5. نسخة معدلة من النسخي المنشط GAL4، وهي KalTA4 6، يمكن التعبير عن HRAS G12V تحت سيطرة المنبع تفعيل تسلسل (UAS). للحث مشروط التعبير المنشط النسخي، وقد تنصهر KalTA4 إلى متحولة ملزم يجند المجال من α مستقبلات هرمون الاستروجين الإنسان (ER T2) 7 الذي يربط على وجه التحديد 4-Hydroxytamoxifen (4-OHT) 1. في غياب 4-OHT لا بد من ER T2 في السيتوبلازم من البروتينات الحرارة صدمة. على 4 OHT ملزمة الحرارة في صدمة البروتينات تنفصل، والسماح لإزفاء النووي من KalTA4-ER T2 وتفعيل لاحق من UAS تسيطر الجينات في المصالح 8 (الشكل 1C، ب). كما يعتمد هذا النظام التعبير عن وجود 4 OHT، وKalTA4 تسيطر تعبير عن الجينات في المصالح هو عكسها. وعلى النقيض من لجنة المساواة العرقية-ER T2 / نظام السلمون المدخن، الأمر الذي يؤدي إلى حدث إعادة التركيب لا رجعة فيه، وتحريض تفعيل النسخي التي كتبها KalTA4-ER T2 هو عكسها عن طريق إضافة أو إزالة 4-OHT.
وألو بروتوكول التالية WS تحولا مشروط من خلايا الجلد في يرقات الزرد ومراقبة لاحقة من التفاعل مع الخلايا المناعية الفطرية التي كتبها الفلورسنت التعبير البروتين. المنهجيات الأساسية المستخدمة في هذا البروتوكول هي مماثلة لبعض التقنيات المستخدمة عادة داخل المجتمع الزرد 9-13.
توليد واستخدام توفيقية من خطوط المعدلة وراثيا مع Microinjection من يبني المعدلة وراثيا تمكن نهج عابرة فقط لتحويل الخلايا واحد بطريقة الفسيفساء. نفاذية الأكسجين من الجنينية واليرقات الجلد الزرد تثير إمكانية لمرور الزمن الدراسات التصوير الحي من قبل عالية الدقة المجهر من ساعات إلى أيام. وعلاوة على ذلك، فإن الوصول إلى الأدوية للذوبان في الماء تسمح دراسات الآلية المستقبلية ورصد الأحداث البيولوجية خلية في الجسم الحي والتي قد تؤدي إلى فهم أفضل للالمراحل الأولى من تطور مرض السرطان.
_content "> هذا البروتوكول يمكن تكييفها لأداء مشروط التعبير الجيني في أي نوع من الأنسجة من الاهتمام في يرقات الزرد، بطريقة الفسيفساء. يمكن للمرء أيضا تحسين وضع المجهر في سبيل العيش صورة أعمق الأنسجة الأخرى من الجلد.خلال مرحلة التطور الجنيني ونمو اليرقات، ويتكون الجلد الزرد الجنينية من طبقتين الظهارية، وطبقة سطحية دعا محيط بالأدمة وطبقة من الخلايا الكيراتينية القاعدية التي تعلق على الغشاء القاعدي الأساسي 19 (الشكل 1C، أ). بروتوكول المعروضة هنا يصف طريقة واضحة للحث مشروط تحول الخلية سابق للورم في طبقة الجلد السطحية لليرقات الزرد، ويسمح للتحليل التفاعل لاحق مع الخلايا المناعية الفطرية عن طريق التصوير الحي. المنهجيات الأساسية في بروتوكول لدينا تتبع تقنيات الزرد راسخة 9-13، وبروتوكول لدينا يمكن أن تتكيف بسهولة وتعديلها.
المروج krt4 5 المستخدمة هنا يدفع KalTA4-ER T2 التعبير على وجه التحديد في طبقة الجلد الأبعد (الشكل 1C، ب). ومع ذلك، فإن وحدات متعددة المواقع بوابةاستنساخ استراتيجية، وتستخدم لتوليد krt4: KalTA4-ER T2 بناء (1D الشكل، أ)، ويوفر إمكانية استنساخ أي مروج للاهتمام أمام KalTA4-ER T2 في خطوة الاستنساخ واحدة. للتكيف من طريقة المقدمة في هذه الوثيقة هو بالتالي من الممكن بالنسبة لمعظم الأنسجة خلال مرحلة التطور الجنيني ومراحل اليرقات. توافر تسلسل المروج هو بهذا العامل المحدد. وعلاوة على ذلك، أي ما يقرب من الجينات في المصالح المستنسخة وراء UAS يمكن overexpressed مشروط في مراحل تنموية مختلفة عن طريق استخدام والمكاني وتسيطر زمنيا التعبير KalTA4-ER T2. لذلك، لدينا بروتوكول يمكن تكييفها لأداء مشروط التعبير الجيني في أي نوع من الأنسجة من الاهتمام في يرقات الزرد، بطريقة الفسيفساء. يمكن للمرء أيضا تحسين وضع المجهر في سبيل العيش صورة أعمق الأنسجة مثل الكبد أو البنكرياس.
وصفناها تطبيق واحد باستخدام بروتوكول انهإعادة، وبالمثل، يمكن للمرء أن بإفراط عن جهري التهاب الأخرى التي تستخدم هذا البروتوكول لدراسة تنظيم الاستجابات الالتهابية، باعتبارها واحدة يمكن أن يعيش بسهولة العدلات صورة والتغيرات السلوكية بلعم التالية تحريض واعتقال في التعبير عن المغير التهابات مرشح. وعلاوة على ذلك، فإن بروتوكول تكييفها أيضا أن يكون مفيدا لأولئك الذين يريدون لتتبع حركة الخلية وتغيير السلوك خلال مراحل مختلفة من التشكل الأنسجة وتشكيل هيئة وصورة حية أخيرا تفاعل الفطرية تفاعلات الخلايا المناعية مع غيرها من الأنساب الخلية المحددة التي يمكن أن تستهدف قبل KalTA4-ER نظام T2 / UAS التعبير محرض.
استخدمنا ناقلات pDestTol2CG من Tol2kit الزرد 23 – 20 التي تحتوي على cmlc2: EGFP والسلطة الفلسطينية كاسيت (1D الشكل، أ) والتي تتيح اختيار لاحقة من الأجنة التي كتبها الخضراء الفلورسنت قلوب إيجابية باعتباره حد ذاتهافصل من الكتاب المقدس علامة 20 التي تبسط عملية الفرز F0. ومما يسهل والإدراج المستقر للينقول يحيط الجينات في المصالح في الجينوم من شارك في حقن الحمض النووي البلازميد مع ترانسبوزاز مرنا. إعداد DNA البلازميد ومرنا ترانسبوزاز ل microinjection يتبع البروتوكولات القياسية. ومع ذلك، فإن التكامل الناجح للبناء في الجينوم يعتمد على تبديل استنادا Tol2-14. هذا يسلط الضوء على اهتمام خاص لدفعها إلى العمل على الجليد تحت ظروف معقمة لتجنب التلوث والتدهور التي كتبها RNases وDNases. حقن مكروي في خلية واحدة الأجنة مرحلة هي تقنية قوية وراسخة لتحقيق مكاسب وخسائر من الدراسات وظيفة في 9،10 الزرد. على الرغم من أن الشخص المدربين تدريبا جيدا يمكن حقن بسهولة في صفار البيض من أكثر من 1،000 الأجنة في 1 ساعة، والحقن في blastodisc (الشكل 1A، النجمة) يتطلب المزيد من الخبرة والتدريب. الحرجة أثناء هذا الإجراء طليالي التعامل مع الإبرة. الإبرة يجب أن تكون رقيقة جدا لاختراق الخلية دون ضرر، وبالتالي لابد من كسر فقط على طرف ذاته. من المهم للسيطرة بانتظام وقياس حجم انخفاض خلال الحقن لضمان حقن موحد في كل جنين. التعامل معها بعناية، الإبرة يمكن أن تستخدم لتدوير الجنين. وغالبا ما يحتاج هذا للعثور على blastodisc وزاوية الاختراق المثلى.
تركيز الحمض النووي وترانسبوزاز مرنا المستخدمة للحقن يكاد يكون من المؤكد يؤثر على كفاءة التعبير. الجرعات العالية يمكن أن يؤدي إلى زيادة نسبة الخلايا معربا عن التحوير ولكن مع تركيزات أعلى من الحمض النووي (> 50 نانوغرام / ميكرولتر) وترانسبوزاز مرنا (> 100 نانوغرام / ميكرولتر) أيضا إمكانية الآثار السامة بين الأجنة المحقونة لا تنشأ. ونحن نحبذ استخدام 10 نانوغرام / DNA ميكرولتر و 20 نانوغرام / ميكرولتر ترانسبوزاز مرنا للحقن، والتي تتطابق إلى 50 خريج من DNA البلازميد و 100 خريج من الحمض النووي الريبي في الإدارة الانتخابية حقنريو. 100٪ من الأجنة المحقونة مع هذه التركيزات لا تتطور بشكل طبيعي، وبين 40-70٪ عرض EGFP-HRAS G12V التعبير، وبعد 4-OHT الاستقراء، وهذا يتوقف على كفاءة الحقن في خلية واحدة. بين الأجنة إيجابية ونحن عادة تجد ما يقرب من 30٪ أن يكون 1-10 استنساخ، و 40٪ أن يكون 10-50 استنساخ و 30٪ وجود أكثر من 50 الحيوانات المستنسخة. نظرا لأهداف أبحاثنا، فإننا نفضل استخدام الأجنة مع عدد أقل من الحيوانات المستنسخة معربا عن EGFP-HRAS G12V. نختار الأجنة مع 10-50 استنساخ لتجارب عابرة لدينا. لتوليد الأسماك مؤسس المعدلة وراثيا، ونحن نوصي لتحديد الأجنة مع كل من EGFP علامة القلب الإيجابية وعدد كبير من الحيوانات المستنسخة إيجابية EGFP-HRAS G12V في البشرة بهم فقط.
(Z) -4-Hydroxytamoxifen يخضع لرابطة الدول المستقلة العابرة (EZ) interconversion عند تعرضها للضوء 24 ساعة. وقد وجد أن الأيزومر رابطة الدول المستقلة (E) هو 100X أقل المضادة للاستروجين من نظيره العابرة لل25،26. Exposurلذا الإلكترونية للضوء لابد من تجنبها. الحل الأسهم 4-OHT المذاب في الإيثانول يمكن تخزينها في -20 درجة مئوية في الظلام على مدى فترة زمنية طويلة. من المستحسن استخدام مربع لحماية أطباق بتري من خلال ضوء الهدف تحريض الجينات داخل الحاضنة والنقل. على الرغم من أن مجال التصوير صغيرة جدا وتعرض 4-OHT للأشعة فوق البنفسجية يتم تقليل إلى أدنى حد ممكن، تبادل مستمر من حل تحريض كل 2 ساعة بينما يوصى التصوير على مدى فترات زمنية أطول للحفاظ على مستويات التعبير القصوى. 4-OHT permeabilizes بشكل فعال من خلال المشيمه وطبقات الجلد الأبعد خلال مرحلة التطور الجنيني الزرد، وبالتالي فإنه يمكن أن تحفز التعبير الجيني بسرعة كبيرة. يمكننا أن نلاحظ بسهولة الانبعاثات EGFP بعد 2 ساعة من الحث وتم الإبلاغ عن أن العلامات الأولى للتعبير الجينات المستهدفة ويمكن ملاحظة بعد 1 ساعة والهضبة بعد 3 ساعات من العلاج 8. قد يكون الاختلاف يرجع إلى المروج المختلفة المستخدمة في دراستنا. كما تم العلاقات العامةذكرت eviously أن 4-OHT العلاج جرعة يعتمد 8،27، اخترنا لاستخدام أعلى تركيز المبلغ عنها من 5 ميكرومتر لتحقيق مستويات التعبير قوية وقابلة للتكرار في نهجنا عابر. وهذا ينبغي أن نضمن أن كل الخلايا التي تحمل التحوير من شأنها أن تحفز التعبير الجيني الهدف.
أنه يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن نهج عابرة المقدمة هنا يمكن أن يؤدي إلى تفاوت مستويات التعبير نظرا لإمكانية متعددة وعشوائية الأحداث الجينوم الإدراج. وعلاوة على ذلك، فإن استخدام مرنا ترانسبوزاز في Tol2 الخلفية المعدلة وراثيا من تيراغرام (UAS: EGFP-HRAS G12V) io006 يمكن أن يؤدي إلى التبديلات المحتملة للالتحوير UAS التي يمكن أن تؤدي في إسكات الجينات أو التعطيل. ومع ذلك، كما أن طريقة المقدمة هنا يمثل نهجا عابرة، والاختيار من الأجنة لاحقة لحقن إلزامي. وقد وجدت العديد من المختبرات التي متواليات UAS تميل إلى أن تصمت في النسل المعدلة وراثيا، وبالتالي فيحقن ثنائي في pTol2-krt4: KalTA4-ER T2، cmlc2: EGFP بناء في تيراغرام (UAS: EGFP-HRAS G12V) io006 الأجنة قد لا تكون فعالة مثل حقن UAS بناء في تيراغرام (krt4: KalTA4-ER T2، cmlc2: GFP ) الأجنة. استخدام خط المعدلة وراثيا مستقر تيراغرام (krt4: KalTA4-ER T2) عبروا مع تيراغرام (UAS: EGFP-HRAS G12V) io006 سيسمح للرصد الدقيق للتشغيل / إيقاف حركية الوقت جرعة يعتمد التنشيط الجيني 4-OHT .
خطوة حاسمة خلال تصاعد اليرقات هي نقل إلى الاغاروز LMP وعلى غطاء زجاجي (الشكل 1B). هو فقط هناك فترة زمنية قصيرة للسائلة في درجة الحرارة LMP الاغاروز التي تسمح للنقل آمنة والتوجه لليرقات انتقاؤه دون الإضرار الأسماك إما عن طريق الصدمة الحرارية أو تصلب هلام. يجب الموجه اليرقات مباشرة على الزجاج غطاء للحد من مسافة العمل لanaly المجهري لاحقجهاز الأمن والمخابرات. وهذا يمكن أن يكون عاملا يحد من خلال الفحص المجهري اختيار الأهداف المناسبة إلزامي. مرة واحدة محمولة، اليرقة يمكن الحفاظ على من ساعات إلى أيام.
ومشروطية في النظام النموذجي المقدمة في هذه الوثيقة يسمح للتحول المتكررة من جانب تفعيل 4-OHT من التحوير. نظام التعبير يعتمد على وجود 4 OHT وبالتالي KalTA4 تسيطر تعبير عن الجينات في المصالح هو عكسها (1D الشكل، ب). وعلى النقيض من لجنة المساواة العرقية-ER T2 / نظام السلمون المدخن، مما يسهل على الجيني لا رجعة فيه الحدث إعادة التركيب 28، KalTA4-ER T2 / UAS يمكن تفعيلها وأبطل مفعولها على إضافة أو إزالة 4-OHT وهذه الإمكانات لتحريض المتكررة هي ميزة من هذه التقنية خلال لجنة المساواة العرقية-ER T2 نظام / السلمون المدخن. ومع ذلك، فإن شرط لمستويات ثابتة من 4 OHT وجود قيود إذا كانت التجربة لابد من فترات طويلة من أيام إلى أسابيع.
The authors have nothing to disclose.
This work was funded by a Wellcome Trust Sir Henry Dale Fellowship to Y. F. 100104/Z/12/Z.
We would like to thank Dr. Carl Tucker and the team of the fish facility at the Queen’s Medical Research Institute, University of Edinburgh. We like to thank Michael Millar of the immunohistology and imaging facility of the MRC Centre for Reproductive Medicine, University of Edinburgh for support.
We thank Prof. Dr. Matthias Hammerschmidt and Dr. Heiko Loehr of the Institute of Developmental Biology, University of Cologne for providing the p5E-krt4 entry vector. We also would like to thank Dr. Dirk Sieger of the Centre of Neuroregeneration, Univerity of Edinburgh for providing the pDestTol2CG destination vector.
Name of Material/Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
(Z)-4-Hydroxytamoxifen | Sigma Aldrich | H7904 | dilute in ethanol and store in the dark at -20°C |
20x Objective | Zeiss | 20x/0,5 Ph2 ∞/0,17 | |
40x Objective | Zeiss | 40x/1,2W Korr ∞/0,14-0,18 | |
63x Objective | Zeiss | 63x/1.4 Oil Ph3 ∞/0,17 | |
BamHI | New England Biolabs | R0136S | |
Confocal Microscope | Zeiss | LSM 510 META | |
Cover glass | VWR | 631-0171 | Diameter 25mm |
Dimethylpolysiloxane | Sigma Aldrich | DMPSV | |
Dow Corning high-vacuum silicone grease | Sigma Aldrich | MKBL4135V | |
Flaming/Brown P-97 Micropipette Puller | Sutter Instruments Co. | P-97 | Program: heat 530, pull 200, velocity 80 and time 150 |
Fluorescent stereoscope | Leica | M205 FA | |
Kwik-Fill Brosilicate Glass Capillaries | World Precision Instruments | 1B100F-4 | |
Microinjection mold TU-1 | Adaptive Science Tools | TU-1 | |
Microloader tip | Eppendorf | 930001007 | |
Microscope | Zeiss | Axiovert 200 | |
mMESSAGE mMACHINE Kit | Ambion | AM1348 | |
Nuclease-free water | Invitrogen | AM9937 | |
Pneumatic pico pump | World Precision Instruments | PV820 | |
Pneumatic pico pump | Warner Instruments | PLI-90A | |
pTol2-krt4:KalTA4-ERT2;cmlc2:eGFP | Dr. Thomas Ramezani/Yi Feng Lab/The University of Edinburgh | ||
QIAprep Spin Miniprep Kit | Quiagen | 27106 | |
Rhodamine B isothiocyanate-Dextran | Sigma Aldrich | R8881 | 10mg/μl in water |
Stereoscope | Leica | M80 | |
Tg(lysC:dsRed2)nz50Tg | BMC developmental biology 7, 42, doi:10.1186/1471-213X-7-42 (2007) | ||
Tg(UAS:eGFP-HRASG12V)io006 | PloS one 5 (12), e15170, doi:10.1371/journal.pone.0015170 (2010) | ||
Tricaine/MS-222 | Sigma Aldrich | A5040 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500-100 | |
UltraPure Low Melting Point Agarose | Invitrogen | 16520-050 | |
UltraPure Phenol:Chloroform:Isoamyl Alcohol | Invitrogen | 15593-031 | 25:24:1, v/v |