Methods to accurately measure retinoic acid (RA) levels in small amounts of tissue do not exist. This protocol describes the easy, quantitative measurement of relative RA levels in E8.5 embryos and neurospheres using an RA reporter cell line.
Retinoic acid (RA) is an important developmental morphogen that coordinates anteroposterior and dorsoventral axis patterning, somitic differentiation, neurogenesis, patterning of the hindbrain and spinal cord, and the development of multiple organ systems. Due to its chemical nature as a small amphipathic lipid, direct detection and visualization of RA histologically remains technically impossible. Currently, methods used to infer the presence and localization of RA make use of reporter systems that detect the biological activity of RA. Most established reporter systems, both transgenic mice and cell lines, make use of the highly potent RA response element (RARE) upstream of the RAR-beta gene to drive RA-inducible expression of reporter genes, such as beta-galactosidase or luciferase. The transgenic RARE-LacZ mouse is useful in visualizing spatiotemporal changes in RA signaling especially during embryonic development. However, it does not directly measure overall RA levels. As a reporter system, the F9 RARE-LacZ cell line can be used in a variety of ways, from simple detection of RA to quantitative measurements of RA levels in tissue explants. Here we describe the quantitative determination of relative RA levels generated in embryos and neurosphere cultures using the F9 RARE-LacZ reporter cell line.
L' acide rétinoïque (RA) est un dérivé d' un métabolite de la vitamine A ou rétinol et est produit par l'activité séquentielle de plusieurs déshydrogénases 1 cellulaires. En raison de sa nature amphipatique chimique, il traverse facilement les membranes lipidiques et peut agir comme un facteur morphogénétique 1 soluble. Il est essentiel d' une molécule qui régule de nombreux processus cellulaires de développement et des adultes , en agissant comme un ligand pour les récepteurs de rétinoïdes nucléaires et l' activation de l' expression du gène 10/2. Sans RA, ces récepteurs RA (RAR) de Rareş se lient à l'ADN et agissent comme répresseurs; RA se lier à ces récepteurs , les transforme en activateurs de transcription résultant de l'expression du gène cible 1,5,6.
Bien que la voie de signalisation de RA est bien caractérisée, la petite taille (~ 300 Da) et de la nature amphipathique des RA rend la visualisation directe histologique et la mesure de RA actuellement techniquement impossible 11. La seule méthode pour direct mesure des niveaux RA est l'isolement de la polyarthrite rhumatoïde à partir d' échantillons de tissus en utilisant la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) 11. Cette méthode nécessite généralement de grandes quantités de tissu, facilitées par la mise en commun des échantillons différents 12. Par conséquent, cette technique est peu adaptée à la mesure des taux de PR dans les embryons individuels ou de petites quantités d'échantillon / tissu.
Afin d'étudier la fonction cellulaire de la polyarthrite rhumatoïde, plusieurs méthodes ont été développées pour déduire indirectement la présence de la polyarthrite rhumatoïde. Ces méthodes utilisent des systèmes rapporteurs contenant le RAR-beta très réactif RARE conduisant l'expression de la bêta-galactosidase ou la luciférase 11,13,14. La souris reporteur LacZ RARES transgénique généré par Rossant et al. 13 est un système idéal pour la visualisation de régions spatiotemporelles de signalisation RA in situ 11,13,15,16 mais ne convient pas pour des mesures quantitatives. La ligne F9 cellulaire RARE-LacZ 14, sur til d' autre part, est utile pour la détection de la PR et des mesures quantitatives de niveaux RA dans des explants de tissus 11,12,14,17,18.
Des cellules de tératocarcinome F9 expriment l' alpha endogène, bêta- et l' acide gamma-rétinoïque , les récepteurs 19, et initient la différenciation en endoderme pariétal après l' exposition à la PR 19-21. les cellules F9 ont longtemps été établi comme un modèle pour la différenciation cellulaire RA-induite, ce qui explique pourquoi il a été choisi comme une lignée cellulaire idéal pour un essai RA rapporteur. Le Sil-15 RA lignée cellulaire rapporteur F9 dérivé généré par Wagner et al. 14 contient un E. coli'LacZ gène en aval d'une copie de l'élément rétinoïque 64 pb réaction d'acide (rare) du récepteur de l' acide bêta-rétinoïque humain (RAR-bêta) , le gène. Afin de sélectionner et de maintenir des clones stables, le produit d' assemblage contient également le gène d' aminoglycoside phosphotransferase (neor) en tant que marqueur sélectionnable en présence de G418. Cette co constructionnfers expression inductible de la b-galactosidase en présence de la polyarthrite rhumatoïde, qui peut être visualisée par coloration de LacZ et de cette réaction peuvent ensuite être quantifié en utilisant des procédés colorimétriques 11,12,14,18.
Cette lignée cellulaire rapporteur extrêmement polyvalent a été largement utilisé dans la détection de la production endogène de RA par co-culture d'échantillons de tissus avec les cellules rapporteuses, telles que cochléaires et 17 explants embryonnaires plaque de plancher 14. En outre, cette ligne de journaliste a été utilisé pour la quantification des niveaux de PR dans la moelle épinière en développement par la culture de sections regroupées de la moelle épinière embryonnaire séparément et en ajoutant des milieux conditionnés à partir de ces cultures à cellules RARE-LacZ F9 18. Quantification a été réalisée après coloration LacZ par la lecture colorimétrique en utilisant un lecteur de plaque ELISA standard 11,12,18. Enfin, cette lignée cellulaire rapporteur a été utilisée dans la détection de la présence de la polyarthrite rhumatoïde par les enzymes du métabolisme monitoring changements dans les niveaux RA 12,18.
Nous rapportons ici que la sensibilité de cette lignée cellulaire rapporteur permet également pour la mesure des niveaux RA générés par E8.5 individuels embryons co-cultivés. Ce qui permet la comparaison entre des embryons individuels de différents génotypes. Comme exemple spécifique, Gpr161 est un GPCR orphelin qui réglemente neurulation en partie par la voie de signalisation de RA 22, et nous rendre compte en utilisant cette lignée cellulaire rapporteur pour étudier l'effet d'une mutation récessive dans Gpr161 (Gpr161 vl) sur les niveaux de RA globaux dans le embryon. En plus de cela, la polyvalence et la facilité d'utilisation de ce système permet de reporter la liberté de mesurer et de comparer les niveaux de RA dans des échantillons de tissus différents, même dans les cultures de neurosphères obtenues à partir de cellules souches de la moelle épinière adulte. Nous décrivons ici la détermination quantitative des niveaux relatifs de PR dans les embryons et les cultures de neurosphères par co-culture directe avec le F9 RARE-LacZ RA replignée cellulaire orter.
La lignée cellulaire RARE-LacZ F9 14 est un système puissant qui peut être utilisé pour la détection de la polyarthrite rhumatoïde produite par des explants de tissu 12,14,17,18. Il est sensible à des concentrations aussi faibles que RA 100 fM, aucune réponse non spécifique détecté dans les cellules non traitées avec la polyarthrite rhumatoïde 12,14,18. En outre, les cellules reporteurs réagissent à tout-trans RA de manière linéaire à l' intérieur d' une plage spécifique de la concentration, ce qui permet ainsi la réaction LacZ à quantifier et utilisé pour déterminer l'ampleur des niveaux 12,14,18 RA. L'essai RA reporter rapide et facile présentée ici utilise la lignée cellulaire rapporteur F9 RARE-LacZ pour la visualisation (Figure 2) et la mesure quantitative relative (Figure 3) des embryons et des cellules souches neurales adultes cultivés. Ce système rapporteur permet la comparaison des niveaux de PR endogène entre les différents échantillons, comme le montre la figure 2. Il est assez sensible pour être capable de détecter RAproduite par les embryons E8.5 individuels (figure 2A), ainsi que la PR produites par neurosphères cultivées (figure 2B). La réponse dose-dépendante de cette lignée de cellules à des concentrations de RA variable permet la quantification des niveaux de RA (figure 3A) dans les échantillons, ainsi que la comparaison des niveaux relatifs entre les échantillons de PR (figure 3B). Il est important de noter que la lignée cellulaire rapporteur RARE F9 mesure la quantité totale de la polyarthrite rhumatoïde produite par les échantillons de tissus au cours du temps d'incubation. Ceci est équivalent au solde net de la synthèse de RA et le catabolisme.
Alors que le système rapporteur de cellules F9 RARE-LacZ est très sensible et polyvalent, il y a plusieurs étapes de dépannage critiques que nous avons incorporés afin d'assurer la fiabilité de ce système. D' abord, comme le montre la figure 1, il est important de maintenir la santé de ces cellules par des passages réguliers , sans les laisser gla rangée jusqu'à la confluence. Deuxièmement, nous avons observé plus tard passages ont tendance à entraîner des réponses incohérentes RA, même si les cultures sont constamment maintenues sous sélection avec G418. Pour résoudre cela, il est recommandé d'éliminer les cultures après 20 passages et décongeler un nouveau flacon. En outre, des contrôles réguliers doivent être effectués pour veiller à ce que les cellules rapporteurs sont encore forts répondeurs à la présence de RA dans les médias. Troisièmement, si les premiers passages présentent une réponse faible ou non uniforme à RA (figure 1B, à gauche), une ou plusieurs séries de sous – clonage peut être nécessaire jusqu'à ce que les intervenants forts sont obtenus (Figure 1B, righ t). Enfin, avant la co-culture, il est recommandé que des échantillons de tissus tels que des embryons et des neurosphères sont dissociés à des cellules individuelles. Nous avons observé que la dissociation des résultats des échantillons de mesures colorimétriques plus cohérentes. Cela peut être dû à une distribution plus uniforme de la PR dans les puits de culture, les cellules dissociées sont en uniformulaire de contact avec les cellules rapporteurs.
Plusieurs modifications ont également été apportées au protocole 14 d' origine. Tout d' abord, la réponse RA des cellules RARE-LacZ F9 ont été quantifiés en fixant directement les cellules et mesurer l' absorbance à 610 nm au lieu de recueillir et d' analyser les cellules lysat pour l' activité b-galactosidase 14. Une autre modification est la co-culture directe d'échantillons dissociées avec F9 RARE-LacZ avant la quantification de la réponse RA. Les méthodes précédentes ont rapporté la culture des échantillons séparément et en ajoutant seulement les médias de ces cultures à F9 RARE-LacZ 16,18.
En dépit de son être un puissant système, le test F9 rapporteur RARE-LacZ a plusieurs limites. Une limitation de cette lignée cellulaire rapporteur est que même si elle réagit fortement à la présence de tout-trans RA, il répond également aux autres isomères de l'acide rétinoïque, y compris 9-cis-RA et 13-cis-RA; cependant, ils sont 100 fois plus sensible à tout-trans compa RArouge pour les autres isomères 18. Une autre limitation de ce système est que la réponse dépend de la dose linéaire se situe seulement entre 10 -13 M à 10 -7 M à-RA 14,18; ainsi, si l'on compare les niveaux de PR en dehors de ces limites, il pourrait être nécessaire d'effectuer une dilution en série de l'échantillon jusqu'à ce que les mesures se situent dans la plage linéaire. Enfin, étant donné que cela est principalement un essai colorimétrique, le point final de développement de la couleur varie entre les échantillons et les expériences. Par conséquent, il est important qu'une courbe standard toujours être plaqué en parallèle pour chaque expérience unique afin de l'utiliser pour la quantification de la réponse cellulaire rapporteur.
En conclusion, nous avons signalé l'utilisation de la lignée cellulaire rapporteur RARE-LacZ RA F9 pour mesurer les niveaux de PR quantitativement dans des embryons de E8.5 et non déclarés antérieurement en neurosphères. La polyvalence de ce système rapporteur peut permettre la quantification des niveaux de RA dans pratiquement n'importe quel type de cellule ou de tissu, et may entraîner le développement d'applications variées dans l'avenir.
The authors have nothing to disclose.
We would like to acknowledge Dr. Michael Wagner (SUNY Downstate Medical Center) and Ben Thiede (Dr. Jeff Corwin lab, University of Virginia) for providing us with the F9 RARE-LacZ cells and technical support. This study is funded by the New Jersey Commission on Spinal Cord Research (NJCSCR) (Grantnumber:10-3092-SCR-E-0) and the New Jersey Commission on Brain Injury Research (NJCBIR) (Grant number: CBIR13FEL006).
C3H/HeSn-Gpr161vl/J mouse strain | Jackson Laboratory | 000316 | |
F9 RARE-LacZ reporter cell line | from Dr. Michael Wagner (SUNY Downstate Medical Center) and Ben Thiede (Dr. Jeff Corwin lab, University of Virginia) | ||
DMEM/F-12 (with L-glutamine and HEPES) | ThermoFisher Scientific | 11330-057 | |
Fetal Bovine Serum (FBS), qualified | ThermoFisher Scientific | 26140-079 | Store at -20 °C in 10-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; warm in 37 C for media preparation |
Penicillin/Streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140-122 | Store at -20 °C in 10-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; light-sensitive |
G418 | ThermoFisher Scientific | 10131-027 | Store at 4 °C; light-sensitive |
2% Gelatin | Sigma Aldrich | G1393 | Store at 4 °C |
B-27 supplement (2 % stock solution) | ThermoFisher Scientific | 17504-044 | Store at -20 °C in 1-ml aliquots to avoid repeated freeze-thaw; warm at room temperature for media preparation |
Murine Epidermal Growth Factor (EGF) | PeproTech | 315-09 | Prepare 100 μg/ml stock solution in 0.1% bovine serum albumin (BSA) in 1X PBS; prepare working concentrations by diluting with 1X PBS; store at -20 °C |
Murine Fibroblast Growth Factor (FGF)-basic | PeproTech | 450-33 | Prepare 100 μg/ml stock solution in 0.1% bovine serum albumin (BSA) in 1X PBS; prepare working concentrations by diluting with 1X PBS; store at -20 °C |
50% glutaraldehyde | Amresco | M155 | Store at 4 C |
Sodium deoxycholate monohydrate (C24H39NaO4 · H2O) | Sigma Aldrich | D5670 | Store at room temperature |
potassium ferrocyanide (K₄[Fe(CN)₆] · 3H₂O) | Sigma Aldrich | P-9387 | Store at room temperature |
potassium ferricyanide (K₃[Fe(CN)₆]) | Sigma Aldrich | P-8131 | Store at room temperature |
X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-d-galactopyranoside) | Promega | V3941 | Store stock at -20 °C |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | 41639 | Store at room temperature |
all-trans Retinoic Acid (at-RA) | Sigma Aldrich | R-2625 | Store 1 ml aliquots of stock in -80 °C; extremely sensitive to light |
TrypLE Express | ThermoFisher Scientific | 12605-010 | Store at room temperature |
0.25% trypsin-EDTA | ThermoFisher Scientific | 25200-056 | alternative to TrypLE Express; aliquot and store at -20 C |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | ThermoFisher Scientific | 14170-112 | Store at 4 C |
10X phosphate buffered solution (PBS) | ThermoFisher Scientific | 10010-023 | Store at 4 C |
Papain | Worthington | LK003176 | Store at 4 °C. |
Trypsin | Worthington | LS003703 | Store in 1 ml aliquots at -20 °C. |
Hyaluronic acid | Calbiochem | 385908 | Store 200 μl aliquots at -20 °C. |
DNaseI | Worthington | LS002139 | Store in 200 μl aliquots at -20 C |
Kynurenic acid | Sigma Aldrich | K3375 | Store in 200 μl aliquots at -20 C |
95% ethanol | |||
Mr. Frosty Freezing container | ThermoFisher Scientific | 5100-0001 | |
10 cm culture dish (non-cell culture treated) | |||
10 cm culture dish (cell culture treated) | |||
6 cm culture dish (non-cell culture treated) | |||
96-well cell culture plates | |||
1.5 ml microcentrifuge tubes | |||
1.5 ml amber microcentrifuge tubes | |||
1.5 ml cryovials | |||
37 °C water bath | |||
surgical scissors | |||
fine surgical scissors | |||
no. 5 forceps | |||
blunt-ended forceps | |||
scalpel blade | |||
glass pasteur pipettes | |||
cotton | |||
alcohol lamp | |||
ELISA plate reader | |||
stereomicroscope |