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.
Retinoik asit (RA) retinol ve vitamin A bir metabolitidir türevidir ve çeşitli hücresel dehidrojenazların 1 sıralı aktivitesi ile üretilmektedir. Nedeniyle amphiphatic kimyasal yapısı nedeniyle, hali hazırda lipid membranlar geçer ve çözünebilir morfogenetik faktörü 1 olarak hareket edebilir. Nükleer retinoid reseptörleri için bir ligand olarak işlev gören ve gen ekspresyonu 2-10 aktive ederek pek çok gelişme ve yetişkin hücresel süreci düzenleyen önemli bir moleküldür. RA olmadan bu RA reseptörleri (RARS) baskılayıcı olarak DNA ve hareket bağlama RARE; RA bu reseptörlere bağlanması, hedef gen ekspresyonu 1,5,6 sonuçlanan transkripsiyonel aktivatörleri haline getirir.
RA sinyal yolu iyi karakterize olmasına rağmen, RA küçük boyutlu (~ 300 Da) ve amfipatik doğası direkt histolojik görselleştirme ve halen RA ölçümü 11 teknik olanaksız hale getirir. dir için tek yöntemRA seviyeleri vb ölçümü, yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) 11 kullanılarak doku örneklerinden RA izolasyonu geçer. Bu yöntem, genellikle, farklı numuneler 12 havuzu kolaylaştırdı doku büyük miktarlarda gerektirir. Bu nedenle, bu teknik, tek tek embriyolar ya da örnek / doku küçük miktarlarda RA seviyelerinin ölçümü için pek uygun değildir.
RA hücresel fonksiyonu incelemek için, birkaç yöntem dolaylı RA varlığını ortaya koymak geliştirilmiştir. Bu yöntemler, beta-galaktosidaz veya lusiferaz 11,13,14 ifadesini süren RARE son derece duyarlı, RAR-beta ihtiva eden raportör sistemler kullanır. Rossant ve ark., 13 tarafından oluşturulan transgenik NADİR-LacZ haberci fare yerinde 11,13,15,16 RA sinyalizasyon Spatiotemporal bölgelerini görselleştirmek için ideal bir sistem ancak kantitatif ölçümler için uygun değildir. T F9 NADİR-LacZ hücre hattı 14,O, diğer yandan, doku eksplantlarında 11,12,14,17,18 RA RA seviyelerinin niceliksel ölçümlerini içerir saptanması için yararlıdır.
F9 teratokarsinoma hücrelerinin beta, endojen alfa- ifade eder ve y-retinoik asit, 19 alıcıları, ve RA 19-21 maruz kaldıktan sonra parietal endoderm şeklınde farklılaşmayı başlatır. F9 hücrelerinin uzun bir RA haberci deneyi için ideal bir hücre çizgisi olarak seçilmiştir neden RA-uyarılan hücre farklılaşması için bir model olarak belirlenmiştir. Wagner ve ark tarafından üretilen F9 türetilmiş Sil-15 RA raportör hücre çizgisi. 14, E. içerir insan beta-retinoik asit reseptörü (RAR-p) geni (nadir) 64-bp retinoik asit, yanıt elementi bir kopyasının alt coli'LacZ geni. Seçip stabil klonlar korumak için, yapı da G418 mevcudiyetinde bir seçilebilir marker olarak aminoglikosit fosfotransferaz (NEO r) geni de içerir. Bu konstrukt, COLacZ boyama yoluyla görselleştirilebilir RA varlığında, B-galaktosidaz uyarılabilir ifade nfers ve bu yanıt, daha sonra olması kolorimetrik yöntemler 11,12,14,18 kullanılarak ölçülür olabilir.
Bu çok yönlü raportör hücre hattı yaygın olarak 17 koklear ve embriyonik taban plakası eksplantlar 14 olarak haberci hücrelerde, doku örneklerinin ko-kültür ile endojen RA üretim saptanmasında kullanılmıştır. Buna ek olarak, bu muhabir hattı ayrıca oluşum safhasındaki omurilik toplanmış bölümleri kültürlenmesini ve F9 nadir LacZ hücre 18 için bu kültürlerden kıvamlandırılmış ortam eklenerek geliştirilmesi omurilik RA seviyelerinin ölçümü için kullanılmıştır. Niceleme standart ELISA plaka okuyucusu 11,12,18 kullanılarak kolorimetrik okuma yoluyla LacZ boyama sonra yapıldı. Son olarak, bu raportör hücre hattı Monitori RA metabolik enzimlerin mevcudiyetinde saptanmasında kullanılmıştırng RA seviyeleri 12,18 değişir.
Burada bu raportör hücre kuşağının duyarlılığı tek tek birlikte kültüre E8.5 embriyolardan oluşturulan RA seviyelerinin ölçümü sağlar bildirmektedir. Bu, farklı genotipleri bireysel embriyoları arasında karşılaştırma sağlar. Spesifik bir örnek olarak, Gpr161 RA sinyal yolu 22 boyunca kısmen Nörülasyonu düzenleyen yetim GPCR olduğunu ve genel RA düzeyde Gpr161 (Gpr161 il) ve resesif mutasyon etkisinin araştırılması için bu raportör hücre soyu kullanılarak rapor embriyo. Buna ek olarak, çok yönlülük ve kolay kullanım, bu muhabir sisteminin ölçmek ve hatta yetişkin omurilik kök hücrelerinden elde edilen neurosphere kültürlerde, farklı doku örneklerinin RA seviyelerini karşılaştırmak için özgürlük sağlar. Burada F9 NADİR-LacZ RA temsilcisi ile doğrudan ko-kültür aracılığıyla embriyo ve neurosphere kültürlerde göreceli RA seviyelerinin kantitatif tayini tarifÖrter hücre çizgisi.
F9 nadir LacZ hücre çizgisi 14 doku eksplantlarında 12,14,17,18 tarafından üretilen RA saptanması için kullanılabilen bir güçlü bir sistemdir. RA 12,14,18 ile muamele edilmemiş hücreler tespit Resim spesifik olmayan bir tepki ile, 100 fM kadar düşük RA konsantrasyonlarda duyarlıdır. Ayrıca, raportör hücre dolayısıyla LacZ Reaksiyon ölçülmesi ve RA seviyelerine 12,14,18 büyüklüğünü belirlemek için kullanılabilir sağlayan konsantrasyon belirli bir aralık içinde doğrusal bir şekilde all-trans RA yanıt. Burada sunulan hızlı ve kolay RA muhabiri tahlil embriyo ve kültürlü yetişkin nöral kök hücrelerin görselleştirme (Şekil 2) ve bağıl kantitatif ölçümü (Şekil 3) için F9 NADİR-LacZ haberci hücre hattını kullanır. Bu muhabir sistem Şekil 2'de gösterildiği gibi bireysel örnekler arasında endojen RA seviyeleri, karşılaştırılmasına olanak sağlar. RA tespit edebilmek için yeterince duyarlıkültürlenmiş neurospheres (Şekil 2B) tarafından üretilen tek tek E8.5 embriyolar (Şekil 2A) ve RA tarafından oluşturulan. RA konsantrasyonları bu hücre hattının doza bağlı tepki örnekleri (Şekil 3B) arasındaki görece RA seviyelerinin örnekleri RA seviyelerine (Şekil 3A) miktarının yanı sıra, karşılaştırma için izin verir. F9 RARE raportör hücre hattı fırınlama süresi boyunca doku örnekleri tarafından üretilen RA toplam miktarını ölçen dikkat etmek önemlidir. Bu RA sentezi ve katabolizması net dengesi eşdeğerdir.
F9 NADİR-LacZ hücre muhabiri sistemi son derece hassas ve çok yönlü iken, biz bu sistemin güvenilirliğini sağlamak için dahil olması pek çok kritik sorun giderme adımları vardır. Şekil 1 'de gösterildiği gibi, ilk, onlara g izin vermeden normal yolu ile bu hücrelerin sağlığını korumak için önemlidirbirleştirilmek üzere kürek. İkinci olarak, gözlemledik daha geçitler kültürler sürekli G418 ile seçim altında muhafaza bile, tutarsız RA yanıtlarına neden olma eğilimindedir. Bu sorunu gidermek için, 20 pasajlar sonra kültürleri atmak ve yeni bir flakon çözülme tavsiye edilir. Buna ek olarak, düzenli kontroller muhabiri hücreleri hala medyada RA varlığı güçlü yanıt olmasını sağlamak için yapılmalıdır. Üçüncü olarak, erken pasajlar güçlü yanıt (Şekil 1B, righ t) elde edilene kadar gerekli olabilir RA (sol Şekil 1B), bir ya da alt klonlama birkaç tur yoksul ya da düzgün olmayan tepki göstermek durumunda. Son olarak,-kültür birlikte önce, tür embriyo ve neurospheres doku örnekleri tek hücrelere ayrışmış önerilir. Biz daha tutarlı kolorimetrik ölçümlerde numunelerin sonuçları bu ayrışma gözlemlenmiştir. ayrışan hücreler uni gibi bu kültür kaynağında RA'nın daha düzgün bir dağılımı nedeniyle olabilirmuhabir hücreleri form temas.
Çeşitli modifikasyonlar orijinal protokole 14 yapılmıştır. İlk olarak, F9 nadir LacZ hücre RA yanıtı, hücreleri doğrudan doğruya sabitlenmesi ve 610 nm'deki soğurma gücü ölçülerek yerine hücrelerin toplanması ile B-galaktosidaz aktivitesi 14 lisat analiz edilmesi ile ölçüldü. Başka bir değişiklik RA tepkisinin ölçümü öncesinde F9 NADİR-LacZ ile ayrışmış numunelerin doğrudan ko-kültür olduğunu. Önceki yöntemler ayrı ayrı numune kültüre ve NADİR-LacZ 16,18 F9 bu kültürlerden sadece medya ekleyerek bildirdi.
onun varlık güçlü bir sisteme rağmen, F9 NADİR-LacZ haberci deneyi çeşitli sınırlamalar vardır. Bu raportör hücre hattının bir sınırlaması, all-trans RA varlığında güçlü bir şekilde tepki verir, ancak, aynı zamanda, 9-cis-RA ve 13-sis-RA dahil olmak üzere diğer retinoik asit izomerleri tepki gösterir; Ancak, tüm-trans RA iştigal daha duyarlı 100 kat olandiğer izomerler 18 kırmızı. Bu sistemin bir başka sınırlama doğrusal doza bağımlı tepki sadece 10 -7 10 -13 M arasında düşer ki M at-RA 14,18; Bu şekilde, bu sınırların dışında RA seviyelerini karşılaştıran, ölçümler, doğrusal aralığı içinde kadar numunenin bir seri seyreltme yapılması gerekli olabilir. Bu öncelikle bir kolorimetrik tahlil olduğundan Son olarak, renk geliştirme uç örnekleri ve deneyler arasında değişir. Bu nedenle, her zaman için, her bir deney için paralel olarak kaplama, bir standart eğri raportör hücre yanıtının ölçülmesi için kullanmak önemlidir.
Sonuç olarak, neurospheres olarak, daha önce bildirilmemiş, E8.5 embriyoların kantitatif RA seviyelerini ölçmek ve F9 NADİR-LacZ RA raportör hücre hattının kullanımını bildirmişlerdir. Bu raportör sistemi çok yönlülüğü hemen hemen herhangi bir hücre ya da doku tipi RA seviyelerinin ölçümü sağlar, ve m, olabiliray gelecekte çeşitli uygulamaların geliştirilmesi ile sonuçlanır.
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 |