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.
レチノイン酸(RA)は、レチノールまたはビタミンAの代謝産物の誘導体であり、いくつかの細胞デヒドロゲナーゼ1の順次活性により製造されます。理由は、その両親媒性の化学的性質のため、それは容易に脂質膜を横断し、可溶性形態形成因子1として作用することができます。それは、核レチノイド受容体に対するリガンドとして作用し、遺伝子発現2-10を活性化することにより、多数の発達及び成体の細胞プロセスを調節する必須の分子です。 RAがなければ、これらのRA受容体(RAR類)プレッサーとしてのDNAと行動で結合するレアアイテム。 RAは、これらの受容体への結合は、標的遺伝子の発現1,5,6で得られた転写活性化因子に変換します。
RAシグナル伝達経路は十分に特徴付けされていますが、RAの小さいサイズ(〜300ダ)と両親媒性の性質は、直接組織学的可視化し、現在RAの測定11技術的に実現不可能になります。 dirのための唯一の方法RAレベルのECT測定は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)11を用いて組織サンプルからRAの単離を介してです。この方法は、典型的には、異なるサンプル12をプールすることによって容易に組織を大量に必要とします。したがって、この技術は、個々の胚またはサンプル/組織の少量でRAレベルの測定のためにあまり適していません。
RAの細胞機能を調査するために、いくつかの方法は、間接的に、RAの存在を推測するために開発されています。これらの方法は、β-ガラクトシダーゼまたはルシフェラーゼ11,13,14の発現を駆動RARE高応答RAR-βを含むレポーターシステムを利用します。 Rossant ら 13によって生成されたトランスジェニックRARE-LacZレポーターマウスは、 その場 11,13,15,16 に RAシグナル伝達の時空間領域を可視化するための理想的なシステムであるが、定量的な測定には不向きです。トンにF9 RARE-LacZの細胞株14、彼一方、組織外植片11,12,14,17,18におけるRAとRAレベルの定量的測定の検出に有用です。
F9奇形癌細胞は、内因性α-、β-、およびγ-レチノイン酸受容体19を発現し 、RA 19-21への曝露後壁側内胚葉への分化を開始します。 F9細胞は、長い間、それはRAレポーターアッセイのための理想的な細胞株として選ばれた理由であるRAによって誘発される細胞分化のモデルとして確立されています。 Wagnerらにより生成されたF9由来SIL-15 RAレポーター細胞ライン14は 、Eを含有しますヒトβ-レチノイン酸受容体(RAR-β)遺伝子の64-bpのレチノイン酸応答要素(RARE)の1コピーの下流coli'LacZ遺伝子 。安定したクローンを選択し、維持するために、構築物はまた、G418の存在下での選択マーカーとしてアミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ(NEO R)遺伝子が含まれています。この構築物の共同LacZ染色を介して可視化することができ、この応答はその後、比色法11,12,14,18を用いて定量することができるRAの存在下でβ-ガラクトシダーゼのnfers誘導発現。
この非常に多目的レポーター細胞株は、広くそのような17蝸牛および胚の底板外植片14とレポーター細胞と組織サンプルとの共培養を介して内因性RA産生の検出に使用されてきました。また、このレポーターラインは、別々に、胚脊髄のプールされたセクションを培養し、F9 RARE-LacZ細胞18に、これらの培養物からの馴化培地を添加することにより、開発脊髄におけるRAレベルの定量のために使用されてきました。定量化は、標準的なELISAプレートリーダー11,12,18を使用して比色読み取りを介してLacZ染色後に行きました。最後に、このレポーター細胞株は、monitoriによってRA代謝酵素の存在の検出に使用されていますRAレベル12,18でngの変化。
ここでは、このレポーター細胞株の感受性もまた、個々の共培養E8.5胚から生成されたRAレベルの測定を可能にすることを報告しています。これは、異なる遺伝子型の個々の胚の間の比較を可能にします。具体的な例としては、Gpr161は、RAシグナル伝達経路22を介して部分的には神経胚形成を制御するオーファンGPCRである、と私たちは中の全体的なRAレベル上のGpr161(Gpr161のVL)における劣性突然変異の効果を調査するために、このレポーター細胞株を使用して報告します胚。これに加えて、汎用性と使いやすさ、このレポーター系の自由があっても成人脊髄幹細胞から得られたニューロスフェア培養物中で、別の組織サンプルにおいてRAのレベルを測定し、比較することができます。ここでは、F9 RARE-LacZのRA担当者との直接の共培養による胚および神経球培養における相対的なRAレベルの定量的な決意を記述するorter細胞株。
F9 RARE-LacZの細胞ライン14は、組織外植片12,14,17,18によって生成されるRAの検出のために使用することができる強力なシステムです。これは、RA 12,14,18と、未処理の細胞で検出された非特異的な応答なしで、100 fMのような低いRAの濃度に敏感です。さらに、レポーター細胞は、このようにLacZ反応が定量化RAレベル12,14,18の大きさを決定するために使用することができるように、濃度の特定の範囲内に直線的にオールトランスRAに応答します。ここに提示され、迅速かつ簡単にRAのレポーターアッセイは、胚培養成体神経幹細胞の可視化( 図 2)との相対的な定量測定( 図3)のためのF9 RARE-LacZのレポーター細胞株を利用します。 図2に示すように、このレポーターシステムは、個々のサンプル間の内因性RAレベルの比較を可能にする。RAを検出することができるように十分に敏感です培養したニューロスフェア( 図2B)によって生成され、個々のE8.5胚( 図2A)と同様にRAによって生成されます。 RAの濃度を変化させることに、この細胞株の用量依存的応答は、サンプル( 図3B)との間の相対的なRAレベルのサンプル中のRAレベル( 図3A)の定量、ならびに比較を可能にします。また、F9 RAREレポーター細胞株は、インキュベーションの時間をかけて組織サンプルにより生成されるRAの全体的な量を測定することに留意することが重要です。これは、RA合成と異化の正味残高に相当します。
F9 RARE-LacZの細胞レポーターシステムは、高感度かつ汎用性であるが、我々は、このシステムの信頼性を確保するために組み込まれているいくつかの重要なトラブルシューティングの手順があります。 図1に示すように、まず、彼らにGをさせることなく、定期的な継代によって、これらの細胞の健康を維持することが重要ですコンフルエントに行。第二に、我々が観察した後に継代培養物は常にG418での選択下で維持されている場合でも、一貫性のないRAレスポンスをもたらす傾向があります。これを解決するには、20継代後の培養物を破棄して新しいバイアルを解凍することをお勧めします。また、定期的なチェックは、レポーター細胞がまだメディアでのRAの存在に強い応答者であることを保証するために実行する必要があります。第三に、初期の通路が強いレスポンダが( 図1B、RIGHトン)が得られるまで、必要があるかもしれRA( 左図1B)、1またはサブクローニングのいくつかのラウンドに乏しいまたは不均一な応答が表示されます。共培養の前に最後には、そのような胚およびニューロスフェアのような組織試料は、単一の細胞に解離することをお勧めします。私たちは、より一貫性の比色測定中の試料の結果の解離を観察しています。解離した細胞はユニであるように、これは、培養ウェルにおけるRAのより均一な分布に起因する可能性がありますレポーター細胞を使用してフォームの連絡先。
いくつかの変更は、元のプロトコル14に行われました。まず、F9 RARE-LacZ細胞のRA応答は、直接細胞を固定し、610 nmでの吸光度を測定する代わりに、細胞を収集し、β-ガラクトシダーゼ活性の14のための溶解物を分析することによって定量しました。別の修飾は、RA応答の定量化の前にF9 RARE-LacZの解離したサンプルの直接の共培養です。以前の方法は、個別のサンプルを培養し、これらの培養物からF9 RARE-LacZを16,18にのみメディアを追加することを報告しました。
それは、強力なシステムであるにもかかわらず、F9 RARE-LacZレポーターアッセイは、いくつかの制限があります。このレポーター細胞株の1つの制限は、それは、オールトランスRAの存在に強く応答するが、それはまた、9-シス-RA及び13-シスRAを含む他のレチノイン酸異性体に応答することです。しかしながら、それらは、オールトランスRAのコンパに敏感100倍です他の異性体18に赤。このシステムの別の制限は、線形用量依存性応答はわずか10 -7に10 -13 Mの間に入ることであるMで-RA 14,18;したがって、これらの範囲外RAレベルを比較する場合、測定値が直線範囲内に入るまで、サンプルの連続希釈を行う必要があるかもしれません。これは主に比色アッセイであるので、最後に、発色のエンドポイントは、サンプルと実験の間で変化します。これにより、標準曲線が常にレポーター細胞応答の定量化のためにそれを使用するためにすべての単一の実験のために並列に播種することが重要です。
結論として、我々はニューロスフェアで、以前に報告されていない、E8.5胚において定量的にRAのレベルを測定し、F9キーRARE-LacZのRAレポーター細胞株の使用を報告しています。このレポーターシステムの汎用性は、実質的に任意の細胞または組織型、およびmにおけるRAレベルの定量化を可能にすることができますAY将来的に多様なアプリケーションの開発につながります。
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 |