我々は、解剖CのアクティブなERKの空間的および時間的局在化のための免疫蛍光イメージングベースの方法を提示しますエレガンス生殖腺。ここで説明するプロトコルは、Cの任意のシグナルまたは構造タンパク質の可視化のために適合させることができますエレガンス生殖腺は、適切な抗体試薬は入手可能です提供しました。
RTK-RAS-ERK経路を伝達する進化的に保存された細胞外シグナルは、主にERK、経路の末端キナーゼの活性化を介して複数の細胞と発生過程を制御する重要なキナーゼシグナル伝達カスケードです。 ERK活性の厳しい規制は、正常な発達と恒常性に不可欠です。過剰な細胞増殖における過度に積極的なERKの結果、不活発ERKは、細胞死を引き起こすながら。C.エレガンスは、開発中にRTK-RAS-ERKシグナル伝達経路の機能および調節を特徴づける助けた強力なモデル系です。具体的には、RTK-RAS-ERK経路は、Cのために不可欠ですこの方法の焦点である生殖系列発達をエレガンス 。ERK(dpERK)の活性、二リン酸化形態に特異的な抗体を使用して、ステレオタイプの局在パターンは、生殖細胞系内で可視化することができます。このパターンは、空間的及び時間的にcontrollあるのでedは、再現性dpERKを分析する能力はdpERK信号継続時間と振幅ので、生殖系列発達に影響を与える経路の調節因子を同定するために有用です。ここでは、Cの範囲内に成功し、汚れを分析する方法を示し、および画像dpERK エレガンス生殖腺。この方法は、Cの任意のシグナルまたは構造タンパク質の空間的局在性に適合させることができますエレガンス生殖腺は、免疫蛍光との互換性抗体が入手可能です提供しました。
受容体チロシンキナーゼ(RTK)-RAt肉腫(RAS)-Extracellular信号調節キナーゼ(ERK)経路は、ERK 1-3のリン酸化および活性化をもたらす保存されたキナーゼカスケードを介して細胞外の信号を中継します。 ERKタンパク質は、保存されたプロリン指向性セリン/スレオニンMAP(マイトジェン活性化タンパク質)キナーゼファミリーのメンバーであり、直接保存さTEYモチーフのトレオニン(T)及びチロシン(Y)上の二重リン酸化を介して、MEKによって活性化されます。 (二リン酸化ERK、またはdpERKとも呼ばれる)アクティブERKは、その後、下流基質1-3の電池のそのリン酸化を介して、多くの細胞や発達過程を調節します。このように異常なERK活性は、多くの細胞や発達障害4-7につながります。
ERK活性の厳しい規制は正常な発達のために重要である:哺乳動物系であまりにも多くのERKの活性が過剰な細胞増殖リーディングにつながります発癌性成長へ。過少活性は細胞死4,6に至ります。さらに、ERK活性の持続時間の変化はまた、異なる結果をもたらすことができる:PC12細胞で、30分以下誘導する細胞増殖のためのERKの活性化が、60分以上ERKの活性化は、神経分化8,9を誘導します 。 ERK活性の厳しい規制は、このように正常な発達と恒常性のために明らかに必須です。
C.エレガンスは、RTK-RAS-ERKシグナル伝達経路3,10-15の機能と規制を分析するための強力な、そして遺伝的に可鍛性モデル系です。 RASおよびERK、Cの複数の遺伝子が含まれている哺乳動物系への相対この経路3,10-14の機能を分析するには、遺伝的に、より容易なシステムを、それをレンダリング、 – エレガンスは、1 RAS遺伝子( せ-60)と1つのERK遺伝子(1 MPK)が含まれています。 C.エレガンスの生殖細胞系は、本質的に、有糸分裂で構成されてい管でありますその近位端部( 図1)16にその遠位端部での細胞および成熟した卵母細胞を生じます。生殖細胞は、彼らが最終的に、近位領域16に卵成熟を受けて、ループ領域に卵母細胞を形成し始める後、遠位分裂ゾーンのすぐ近位減数分裂を開始し、拡張減数分裂前期(太糸期)を経て進行。
私たち自身を含む複数の研究室からの遺伝学的研究は、RTK-RAS-ERK経路は、Cの生殖系列発達に不可欠であることを示していますエレガンス 12,13,15,17-19。具体的には、そのERKコントロールを発見し、そのような卵母細胞の成長11,18のような生物学的プロセスをセルにこのような生殖細胞のアポトーシスなどの発達のスイッチに至るまで、生殖細胞系の開発中に、少なくとも9の異なる生物学的プロセスを調整します。多くの哺乳動物系、Cであまりにも多くのERK活性のようなあまりにも李ながら、複数の小さな卵母細胞の生産に生殖細胞系列結果エレガンス一つの大きな卵母細胞11内ttle活動実績。したがってdpERKの厳しい規制は、通常の生殖系列発達に不可欠です。 dpERK半ば太糸期の間に高いです( ゾーン1、図1)、ループ領域における低および高再び成熟中:ERKの活性型は、dpERKに特異的な抗体によって可視化されるように、ステレオタイプ、ダイナミック、二峰性の局在パターンを表示します卵母細胞( ゾーン2、図1)。最近、我々は、栄養ゾーン1 12でERKを活性化するためにインスリン様成長因子受容体1(DAF-2)を介して作用することを見出しました。従来の研究は、(エフリン受容体チロシンキナーゼを介して )精子信号はゾーン2 13でERKを活性化することが示されました。
卵母細胞の成長、空間的および時間的局在化、ならびにdpERKの振幅を調節するための生殖細胞系列における可変抵抗器のような活性ERK機能することを考えると、その正常なシグナル伝達の結果を理解する鍵です。の変化をここで記載された方法を用いてdpERKのステレオタイプの局在化が容易に監視することができ、予測はERK活性て、関数への環境や遺伝的摂動の影響に導出しました。したがって、dpERKについてのアッセイは、生殖系列発達の間の役割の包括的な理解を可能にします。
アクティブERK(dpERK)はCのステレオタイプの空間的および動的局在パターンを次のエレガンス生殖細胞系列。大人C.で、このステレオタイプdpERK空間パターン( 図5)、および振幅エレガンスの性腺には、効果的にERKの調整多くの生物学的プロセスと相関させることができます。ゾーンで減数分裂の前期における卵母細胞で逮捕中2の結果、精子を指定していない、したがって、成熟した卵母細胞( 図5)におけるERKを活性化しない女性の生殖系列で観察された表現型をERKを活性化させる。例えば、できないこと。卵成熟と排卵の発症に結合された女性の生殖系列11,13、中ゾーン2でdpERKの効果的な蓄積の男性」の結果と交配。したがって、空間パターンと(例えば、RNA干渉を介した遺伝子不活性化など)特定の遺伝的摂動または化学的処理の際にdpERKの一時的な活性化の分析はのRegu因子の同定を可能にします後半ERKシグナル、したがってERK依存する生物学的プロセス。このような分析はまた、シグナル伝達経路間の小説の遺伝的相互作用の発見を可能にします。
任意の画像ベースの分析のための重要なボトルネックは、アプリケーションに特異的な抗体等の機能性試薬の可用性です。そのような試薬は、次に存在する場合、このような上記のものなどの方法を容易に目的の任意のタンパク質のための局在化パターンの分析のために適合させることができます。アプリケーションは、このような機能抗体の利用可能性によって制限されます。この方法は、所定の発生時に解剖し、染色を記述しているのでさらに、それだけで1時間枠内の情報の取り込みを可能にし、リアルタイムまたはタンパク質の代謝回転率のダイナミクスやタンパク質調節に光を当てるしません。
上記の方法は、フランシスらから適応される。23、Seydouxとダンメートルとは区別されます生殖腺の押出および抗体染色のために24を ethod。フランシスらに基づく方法は 、「懸濁法」と呼ぶことにするとSeydouxとダンの方法は、比較のための"メソッドをクラッキング凍結」と呼ばれます。懸濁法は、本質的に過酷な取り扱い条件に対してより敏感であるようなdpERKなどのシグナル伝達分子の再現性の局在パターンを得るために私たちの手で非常に有効でした。 dpERKローカリゼーションの場合には、私たちの経験では、ゾーン1内の信号は、凍結割れの方法と実質検出不可能です。さらに、多くの場合、凍結割れの方法で発生する可能性がある試料乾燥、スプリアス抗体シグナルの結果。生殖腺は、プロセス全体を通して、液体中に懸濁されているので、懸濁法は、試料の乾燥を最小限に抑えます。我々は、懸濁法は、単一のスライド上に複数の異なる遺伝子型を撮像するために有用であることも見つけます。例えば、雌雄同体のような場合は2つの遺伝子型、 対女性は直接dpERKのローカライズのために比較される、2つの遺伝子型を混合して処理することができます。表現型は別個であり、DAPIの形態を介して識別することができるので、これは可能です。同じスライド上のイメージングに続いて同じチューブ内染色は、異なる遺伝子型から生殖腺間の直接比較を可能にします。 DAPIの形態が識別可能でない場合あるいは、2つの段階の抗体染色を採用することができます。まず、各個々の遺伝子型は、二つの異なる抗体、変異体について、WTおよび抗体Bのための抗体A(両方の抗体がdpERKの抗体とは異なるホストに上昇させる必要がある)で処理されています。 2つの遺伝子型は、一次抗体で染色し、洗浄された後、それらは、1つのチューブ中で一緒に混合することができ、現在チューブ内の全ての抗体を可視化するために二次抗体を処理することにより、dpERK抗体で染色しました。単一のスライド上の異なる遺伝子型を比較する能力、特にときD活性化パターンのeductionsは、明確な染色条件の影響を受けない正確な解釈を確実に行われています。
有利な一方で、慎重な操作を必要と懸濁法全体の複数のステップがあります。解剖は時間効率的な方法で発生することが重要です。重要なのは、切開は、5分間にわたって服用してはいけません。長い解剖時間は、多くの場合、ERKの活性化における規制の変化、としてではなく、技術的な障害と誤解されることができる可変dpERK信号をもたらします。様々な洗浄を通じて生殖腺が簡単に分注誤差による管から失われる可能性がステップため、各解剖のための150の動物 – 100以上で開始することが重要です。生殖腺の損失がいずれかの複数の小さなバッチで解剖することによって低減することが可能に組み合わせることができる(例えば50匹ずつの3つのバッチとして)、または150の一つの大きなバッチを解剖することにより、別の課題は、十分に間隔をあけにあると生殖腺を得ています形成スライド上全体遠位生殖腺を画像化することができるようになっています。これを有効にするには、マッチ棒上まつげや性腺外空間へ引っ張らピペットを使用しています。このプロセスの間に生殖腺を損傷しないようにしかし、注意が必要です。多くの場合、これらの技術では、スライド上に複数の解剖を習得しようとする試みと同様に生殖腺の配置をとります。
この技術は、習得された後、それは多様な生物学的分析のための強力な方法として機能し、単にdpERKレベル以上を研究するために使用することができます。例えば、この方法は、活性p38のレベル、または活性なCDKレベル、または抗体試薬が存在する任意のタンパク質を可視化するために使用することができます。さらに、この方法は、dpERKレベルについてのアッセイを経由して 、経路の新規阻害剤または活性化をアッセイするために動物全体での化学阻害画面と結合することができます。これは、int型があり、任意の阻害剤に対する反応性と感度の両方の生体内における読み出しを可能にしますRTK-RAS-ERKシグナル伝達経路とeract。また、この方法は、すべての使用と同時に可視化することができる複数の信号出力を持つ抗体を組み合わせて使用することができます。複数の抗体を使用して、複数の経路との間の相関を可能にするそれらの活性化状態、およびすべて同じ組織内の成果、これらの相互作用のより良い理解を可能にします。これらはこの方法の更なる用途のほんの一例であるが、このシステムは、複数の研究対象を研究するために修飾することができます。
The authors have nothing to disclose.
Work in the Arur Lab is supported by grants from the National Institutes of Health, NIHGM98200; Cancer Prevention Research Institute of Texas, CPRIT RP160023; the American Cancer Society Research Scholar Award (ACS RSG014-044-DDC); and by the Anna Fuller Funds.
Agarose | Sigma Inc. | A9539 | Dissolve 2 g in 100 ml to make the 2% agarose |
Flat bottom glass watch dish | Agar Scientific | AGL4161 | We use glass, because dissected gonads often stick to plastic |
25 gauge needles | BD PrecisionGlide | 305122 | |
Syringes (could be 1 or 5 ml) | BD Syringes | 1 ml: BD 309659 | |
Microscope slides (25mm x 75mm x 1.0mm) | Fisherbrand | 12-550-343 | |
Coverslips (24x50mm) | Corning | 2935-245 | |
5ml glass conical tube | Corning | 8060-5 | |
9" disposable Pasteur pipette | Fisherbrand | 13-678-20D | |
Clinical bench top centrifuge | |||
Glass tubes (6x50mm) | Fisherbrand | 14-958-A | |
*M9 solution | |||
Levamisole | Sigma | L9756 | |
3% Paraformaldehyde | Electron microscopy services | 17500 | Obtained as 16% solutions in ampoules, and diluted to 3% in Potassium Phosphate Buffer |
**PBS | |||
1X PBST | 1X PBS with 0.1% Tween 20 | ||
Methanol | Electron microscopy services | 18510 | |
Normal goat serum (NGS) | Cell Signaling | 5425 | Diluted to 30% in 1x PBST |
MAPKYT (dpERK) antibody | Sigma Inc. | M9692 | Dilution 1:400 in 30% NGS |
Secondary antibody | Invitrogen | A-11005 | Dilution 1:500 in 30% NGS |
DAPI | Sigma | D9542 | |
Vectashield | Vector Labs | H-1000 | |
*M9 Buffer Recipe | 3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O to 1 litre. | ||
**PBS (1X) | 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.44 g Na2HPO4, 0.24 g KH2PO4, 0.133 g CaCl2.2H2O, 0.10 g MgCl2.6H2O, H2O to 1 litre | ||
Nematode Growth Medium (NGM) | 3 g NaCl, 17 g Agar, 2.5 g Peptone, 975 mL of water in 2 L Erlenmayer Flask. Autoclave for 50 minutes. Cool, and add 1 mL of 1M CaCl2, 1 mL of 5 mg/mL cholesterol, 1 mL of 1M MgSO4 and 25 mL of 1M KPO4. |