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.
O ácido retinóico (RA) é um derivado metabolito de retinol ou vitamina A e é produzida através da actividade sequencial de várias desidrogenases celulares 1. Devido à sua natureza química anfifático, que atravessa facilmente membranas lipídicas e podem actuar como um factor morfogenético de 1 solúvel. É uma molécula essencial que regula numerosos processos celulares de desenvolvimento e adultos, actuando como um ligando para os receptores de retinóide nuclear e activação da expressão do gene de 10/02. Sem RA, estes receptores de AR (RAR) Rares ligamento no DNA e atuam como repressores; RA se ligar a esses receptores os transforma em activadores transcricionais, resultando na expressão do gene alvo 1,5,6.
Embora a via de sinalização RA está bem caracterizado, o tamanho pequeno (~ 300 Da) e da natureza anfipática da AR faz a visualização histológica direta e medição de RA atualmente tecnicamente inviável 11. O único método para direct medição de níveis de AR é através do isolamento de AR a partir de amostras de tecido, utilizando cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) 11. Este método normalmente requer grandes quantidades de tecido, facilitados através da partilha de amostras diferentes 12. Assim, esta técnica é pouco adequado para a medição de níveis de AR em embriões individuais ou pequenas quantidades de amostra / tecido.
A fim de investigar a função celular de RA, vários métodos têm sido desenvolvidos para inferir indirectamente a presença de RA. Esses métodos fazem uso de sistemas repórter contendo o RAR-beta altamente responsivo RARO dirigir a expressão da beta-galactosidase ou luciferase 11,13,14. O ratinho transgénico repórter LacZ-RARA gerado por Rossant et ai. 13 é um sistema ideal para a visualização de regiões espaço-temporais da sinalização de AR in situ 11,13,15,16, mas não é adequada para medições quantitativas. A linha F9 celular RARE-LacZ 14, em tele outro lado, é útil para a detecção de RA e medições quantitativas dos níveis de RA em explantes de tecido 11,12,14,17,18.
Células de teratocarcinoma F9 expressam alfa endógeno, beta-, e gama-ácido retinóico receptores 19, e iniciar a diferenciação em endoderme parietal após exposição a RA 19-21. células F9 foram há muito estabelecida como um modelo para a diferenciação celular induzida por RA, o que é por isso que foi escolhido como uma linha celular ideal para um ensaio de repórter de RA. A linhagem de células repórter Sil-15 RA-F9 derivado gerado por Wagner et ai. 14 contém uma E. coli'LacZ gene a jusante de uma cópia do elemento retinóico 64-pb resposta ácido (raro) do gene (RAR-beta) beta-receptor do ácido retinóico humano. A fim de seleccionar e manter os clones estáveis, o construto também contém o gene de aminoglicósido fosfotransferase (neor) como um marcador seleccionável na presença de G418. Esta co construtonfers expressão indutível de b-galactosidase na presença de RA, o que pode ser visualizado por meio de coloração LacZ e esta resposta pode ser subsequentemente quantificado utilizando métodos colorimétricos 11,12,14,18.
Esta linha de células relatora extremamente versátil, tem sido amplamente utilizado na detecção da produção endógena de RA por meio de co-cultura de amostras de tecido com as células repórter, tais como a cóclea e 17 embrionárias explantes placa de fundo 14. Além disso, esta linha repórter foi utilizada para a quantificação dos níveis de RA na medula espinal em desenvolvimento, a cultura de secções de dados agregados de medulas espinais embrionários separadamente e adicionando meio condicionado a partir destas culturas de células F9 RARO-LacZ 18. A quantificação foi realizada após coloração LacZ através da leitura colorimétrica utilizando um leitor de placas ELISA padrão 11,12,18. Por último, esta linha de células relatora foi usado na detecção da presença de enzimas metabólicas RA por monitoring muda em níveis RA 12,18.
Aqui mostramos que a sensibilidade desta linhagem de células repórter também permite a medição dos níveis de RA gerada a partir de embriões E8.5 co-cultivadas individuais. Isto permite a comparação entre os embriões individuais de diferentes genótipos. Como um exemplo específico, Gpr161 é um GPCR órfãos que regula neurulação em parte, através da via de sinalização RA 22, e que relatam o uso desta linha de células relatora para investigar o efeito de uma mutação recessiva no Gpr161 (Gpr161 VL) sobre os níveis globais de RA no embrião. Além disso, a versatilidade e a facilidade de utilização deste sistema repórter permite a liberdade para medir e comparar os níveis de RA em amostras de tecido diferentes, mesmo em culturas de neuroesferas obtidos a partir de células estaminais de medula espinal adulta. Aqui descrevemos a determinação quantitativa dos níveis de AR relativas em embriões e culturas de neuroesferas através de co-cultura directa com o RA representante LacZ-RARE F9linha de células orter.
A linha de células F9 RARO-LacZ 14 é um poderoso sistema que pode ser usado para a detecção de RA produzido por explantes de tecido 12,14,17,18. É sensível a concentrações de RA tão baixas como 100 fM, sem resposta não específica detectada em células não tratadas com RA 12,14,18. Além disso, as células repórter responder aos RA todo-trans de uma forma linear dentro de um intervalo específico de concentração, permitindo assim que a reacção de LacZ a ser quantificado e utilizado para determinar a magnitude de níveis RA 12,14,18. O ensaio de repórter RA rápido e fácil aqui apresentado utiliza a linha F9 de células repórteres RARE-LacZ para visualização (Figura 2) e medição quantitativa relativa (Figura 3) de embriões e adultos cultivadas células-tronco neurais. Este sistema repórter permite a comparação dos níveis endógenos de AR entre amostras individuais, como mostrado na Figura 2. É sensível o suficiente para ser capaz de detectar RAgerado por embriões E8.5 individuais (Figura 2A), bem como RA produzidos por neuroesferas cultivadas (Figura 2B). A resposta dose-dependente desta linha de células em diferentes concentrações de RA permite a quantificação dos níveis de RA (Figura 3A) nas amostras, bem como a comparação dos níveis relativos entre as amostras de RA (Figura 3B). É importante observar que a linhagem de células repórter RARO F9 mede a quantidade total de RA gerado pelas amostras de tecido ao longo do tempo de incubação. Isto é equivalente ao saldo líquido de síntese de RA e catabolismo.
Enquanto o sistema repórter de células F9 RARE-LacZ é altamente sensível e versátil, existem várias etapas críticas de solução de problemas que temos incorporadas a fim de garantir a fiabilidade deste sistema. Em primeiro lugar, como se mostra na Figura 1, é importante para manter a saúde destas células através de passagens regulares sem que elas glinha até à confluência. Em segundo lugar, temos observado mais tarde passagens tendem a resultar em respostas RA inconsistentes, mesmo se as culturas são constantemente mantidos sob selecção com G418. Para solucionar isso, recomenda-se a descartar culturas após 20 passagens e descongelar um novo frasco. Além disso, os controlos regulares devem ser realizados para assegurar que as células repórter ainda apresentam uma resposta forte para a presença de RA nos meios de comunicação. Em terceiro lugar, se as primeiras passagens exibir fraca resposta ou não-uniforme para RA (Figura 1B, à esquerda), uma ou várias rondas de subclonagem podem ser necessários até respondedores fortes são obtidos (Figura 1B, righ t). Finalmente, antes da co-cultura, recomenda-se que as amostras de tecidos, tais como embriões e neuroesferas dissociadas são para células individuais. Temos observado que a dissociação das amostras Resultados das medições colorimétricas mais consistentes. Isto pode ser devido a uma distribuição mais uniforme da AR em poços de cultura, tal como as células dissociadas são em uniformulário de contato com as células repórter.
Várias modificações também foram feitas para o protocolo original de 14. Em primeiro lugar, a resposta RA das células F9 RARO-LacZ foram quantificadas directamente através da fixação das células e a medição da absorvência a 610 nm em vez de células de recolha e análise de lisado para a actividade de b-galactosidase 14. Outra modificação é a co-cultura directa de amostras dissociadas com F9 RARO-LacZ antes da quantificação da resposta RA. Métodos anteriores relataram a cultura de amostras separado e adicionando apenas a mídia a partir destas culturas a F9 RARE-LacZ 16,18.
Apesar de ser um sistema poderoso, o ensaio repórter RARE-LacZ F9 tem várias limitações. Uma limitação desta linha celular repórter é que, embora ele responde fortemente para a presença de todo-trans RA, que também responde a outros isómeros do ácido retinóico, incluindo 9-cis-RA e 13-cis-RA; no entanto, eles são 100 vezes mais sensíveis à all-trans-RA compavermelho para os outros isómeros 18. Uma outra limitação deste sistema é que a resposta dependente da dose linear só cai entre 10 -13 M a 10 -7 M a RA-14,18; Assim, se a comparação dos níveis de RA fora destes limites, pode ser necessário efectuar uma diluição de série da amostra até que as medições estão dentro do intervalo linear. Por último, uma vez que este é essencialmente um ensaio colorimétrico, o ponto final do desenvolvimento da cor pode variar entre amostras e experimentos. Assim, é importante que uma curva padrão estar sempre banhado em paralelo para cada experiência de forma a utilizá-lo para a quantificação da resposta das células repórter.
Em conclusão, nós relataram o uso da linha celular repórter RARE-LacZ RA F9 para medir os níveis de AR quantitativamente em embriões E8.5 e, anteriormente não declarada, em neurospheres. A versatilidade deste sistema repórter pode permitir que a quantificação dos níveis de RA em virtualmente qualquer tipo de célula ou tecido, e may resultar no desenvolvimento de aplicações variadas no futuro.
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 |