Nós apresentamos um método baseado em imagens de imunofluorescência para a localização espacial e temporal da ERK ativo no C. dissecados gonad elegans. O protocolo aqui descrito pode ser adaptado para a visualização de qualquer sinalização ou uma proteína estrutural na C. elegans gonadal, proporciona-se um reagente de anticorpo adequado está disponível.
O sinal extracelular evolutivamente conservadas transdução RTK-RAS-ERK via é um importante da cascata de sinalização da cinase que controla vários processos celulares e de desenvolvimento, principalmente através da activação de ERK, a quinase terminal da via. regulação apertada da actividade ERK é essencial para o desenvolvimento normal e homeostase; Resultados ERK excessivamente activas em termos de proliferação celular excessiva, enquanto subativa ERK provoca a morte celular. C. elegans é um sistema poderoso modelo que ajudou a caracterizar a função e regulação da via de sinalização RTK-RAS-ERK durante o desenvolvimento. Em particular, a via de RTK-RAS-ERK é essencial para C. elegans desenvolvimento da linha germinal, que é o foco deste método., utilizando anticorpos específicos para a forma activa, diphosphorylated de ERK (dpERK), o padrão de localização estereotipada pode ser visualizada no interior da linha germinal. Porque esse padrão é tanto espacialmente e temporalmente controllEd, a capacidade de ensaiar reprodutivelmente dpERK é útil para identificar reguladores da via que afectam a duração de sinal e amplitude dpERK desenvolvimento e, portanto, da linha germinal. Aqui demonstramos como dissecar com sucesso, mancha e dpERK imagem dentro do C. gonad elegans. Este método pode ser adaptado para a localização espacial de qualquer sinalização ou uma proteína estrutural na C. elegans gônadas, desde um anticorpo compatível com imunofluorescência está disponível.
O receptor de tirosina-quinase (RTK) -RAt Sarcoma (RAS) de sinal -Extracellular regulado Quinase (ERK) via retransmite sinais extracelulares através de uma cascata de quinase conservada que resulta na fosforilação e activação de ERK 3/1. Proteínas ERK são membros do mapa conservada dirigido prolina-serina / treonina (proteína activada por Mitogénio) da família da quinase, e são directamente accionados pela MEK através de dupla fosforilação na treonina (T) e tirosina (Y) do motivo TEY conservada. ERK activo (designado por ERK diphosphorylated, ou dpERK), em seguida, regula diversos processos celulares e de desenvolvimento através da sua fosforilação de uma bateria de substratos a jusante 1-3. Assim, a actividade de ERK anormal de células conduz a muitos defeitos do desenvolvimento e 4-7.
regulamentação estrita da actividade ERK é crítico para o desenvolvimento normal: em sistemas de mamíferos muita atividade ERK leva à excessiva líder proliferação celularpara o crescimento oncogénica; muito pouca actividade conduz à morte da célula 4,6. Além disso, alterações na duração da actividade ERK pode também levar a resultados distintos: em células PC12, a activação de ERK de 30 minutos ou menos induz a proliferação das células, mas a activação de ERK durante 60 min ou mais induz a diferenciação neuronal 8,9. regulação apertada da actividade ERK é, portanto, claramente essencial para o desenvolvimento normal e homeostase.
C. elegans é um poderoso, e geneticamente maleável sistema modelo para dissecar a função e regulação da via de sinalização RTK-RAS-ERK 3,10-15. Em relação a sistemas de mamífero, o qual contêm vários genes para RAS e ERK, C. elegans contém um gene ras (let-60) e um gene de ERK (mpk – 1), tornando-o um sistema geneticamente mais fácil na qual dissecar a função desta via 3,10-14. A C. elegans linha germinativa é essencialmente um tubo que consiste em mitóticocélulas na sua extremidade distal e oócitos maduros na sua extremidade proximal (Figura 1) 16 haste. Células germinativas iniciar a meiose apenas proximal à zona mitótico distal, e do progresso através de uma prophase estendida meiose (pachytene), depois do qual eles começam a formar oócitos na região do loop, finalmente passando a maturação do oócito na região proximal 16.
Estudos genéticos de vários laboratórios, inclusive o nosso, têm mostrado que a via RTK-RAS-ERK é essencial para o desenvolvimento da linha germinativa em C. elegans 12,13,15,17-19. Especificamente, verificou-se que os controles de ERK e coordena pelo menos nove processos biológicos distintos durante o desenvolvimento da linha germinativa, que vão desde interruptores de desenvolvimento, como a apoptose de células germinativas para a célula processos biológicos, como 11,18 crescimento do oócito. Bem como em sistemas de mamíferos, muita atividade ERK na C. elegans resultados germinativas na produção de vários pequenos oócitos, enquanto também liresultados da actividade ttle em um grande oócito 11. Assim regulação apertada de dpERK é essencial para o desenvolvimento normal da linha germinativa. A forma activa de ERK, como visualizado por um anticorpo específico para dpERK, exibe um, dinâmico, padrão de localização bimodal estereotipada: dpERK é elevada durante a meados de paquíteno (Zona 1, Figura 1), de baixo na região do loop e alta novamente em madura oócitos (zona 2, figura 1). Recentemente, descobriu-se que a nutrição actua através do factor de crescimento insulina-like receptor-1 (DAF-2) para activar ERK na Zona 1 12; trabalho anterior mostrou que o sinal de esperma (através do receptor tirosina-quinase Efrina) activa a ERK na zona 2 13.
Uma vez que ERK funções activas como um reóstato na linha germinal para regular o crescimento de oócitos, localização espacial e temporal, bem como a amplitude de dpERK, é fundamental para compreender o seu resultado normal de sinalização. Utilizando o método descrito aqui, as mudanças nolocalização estereotipada de dpERK pode ser facilmente controlado e as previsões derivadas sobre o impacto das perturbações ambientais ou genéticos sobre a actividade ERK e assim função. Assim, o ensaio para dpERK permite uma compreensão abrangente do seu papel durante o desenvolvimento da linha germinativa.
ERK ativa (dpERK) segue um padrão localização espacial e dinâmica estereotipada na C. da linha germinal elegans. Este padrão estereotipado dpERK espacial (Figura 5), e a amplitude de um adulto C. elegans gonadal, pode ser eficazmente correlacionados com os diversos processos biológicos que regula ERK. Por exemplo, uma incapacidade para ativar ERK na zona 2 resulta em uma prisão em oócitos na prófase da meiose, um fenótipo observado em linhas germinais femininas que não especificam esperma, e, portanto, não ativar ERK em oócitos maduros (Figura 5). Acasalamento com os resultados dos machos na acumulação eficaz de dpERK na Zona 2 nas linhas germinais femininas 11,13, juntamente com o início da maturação do oócito ea ovulação. Assim, a análise de padrões espaciais e activação temporal dpERK em certas perturbações genéticas (como interferência de RNA inativação de genes mediada) ou tratamentos químicos permite a identificação de fatores que Regulasinalização ERK tarde e processos biológicos, assim, ERK-dependentes. Essas análises também permitem a descoberta de novas interacções genéticas entre vias de sinalização.
Um ponto crítico para qualquer análise de imagem com base é a disponibilidade de reagentes funcionais, tais como anticorpos que são específicos para a aplicação. Se um tal reagente existe, em seguida, métodos tais como o descrito acima pode ser facilmente adaptado para a análise do padrão de localização para qualquer proteína de interesse. A aplicação está assim limitada pela disponibilidade de um anticorpo de funcionamento. Além disso, porque o método descreve a dissecção e coloração em um determinado momento do desenvolvimento, que só permite a captura de informações em um único período de tempo, e não lançar luz sobre a dinâmica ou a regulação de proteínas em tempo real ou taxa de rotatividade de proteína.
O método descrito acima é adaptado de Francis et ai. 23, que é distinta da Seydoux e Dunn mé todo 24 para extrusão gônadas e coloração de anticorpos. O método baseado em Francis et al., Será chamado o "método de suspensão" e o método de Dunn e Seydoux chamado de "congelar craqueamento método" para comparação. O método de suspensão tem sido muito eficaz nas nossas mãos para a obtenção de padrões de localização reprodutíveis de moléculas de sinalização, tais como dpERK, que são inerentemente mais sensível às condições de manuseamento severos. No caso de dpERK localização, na nossa experiência, o sinal na zona 1 é virtualmente indetectável com o método de congelação de craqueamento. Além disso, a secagem da amostra, o que muitas vezes pode ocorrer com o método de congelação de craqueamento, resulta em sinais espúrios de anticorpos. O método de suspensão minimiza a secagem da amostra, uma vez que as gónadas são suspensos no líquido durante todo o processo. Nós também achamos que o método de suspensão é útil para geração de imagens múltiplas genótipos diferentes em um único slide. Por exemplo, se dois genótipos, tais como hermafroditas vsfêmeas estão a ser comparados directamente para dpERK localização, os dois genótipos podem ser misturados e processados. Isto é possível porque os fenótipos são distintos e podem ser distinguidas através de morfologias DAPI. Coloração no mesmo tubo seguido por imagem no mesmo slide permite a comparação directa entre as gônadas de diferentes genótipos. Alternativamente, se as morfologias DAPI não se distinguem, em seguida, uma coloração de anticorpos de dois passos pode ser adoptado. Primeiro cada genótipo individual é tratada com dois anticorpos diferentes, Anticorpo Um anticorpo para a WT e B para o mutante (ambos os anticorpos têm de ser levantada num hospedeiro diferente do anticorpo dpERK). Uma vez que os dois genótipos foram coradas com o anticorpo primário, e lavou-se, eles podem ser misturados em um tubo e agora corado com o anticorpo dpERK, seguido por um tratamento com o anticorpo secundário para visualizar todos os anticorpos no tubo. A capacidade de comparar diferentes genótipos em um único slide, especialmente quando Deductions de padrões de ativação estão sendo feitos garante interpretações precisas que não são afectadas por condições de coloração distintas.
Embora vantajosa, existem múltiplos passos ao longo do método de suspensão que requerem manipulação cuidadosa. É fundamental que as dissecações ocorrer de forma eficiente tempo; importante, as dissecações não deve demorar mais de 5 min. vezes dissecação mais longos resultar em sinal dpERK variável, que muitas vezes podem ser mal interpretadas como mudanças regulamentadas ativação ERK, ao invés de falhas como técnicas. É fundamental começar com mais de 100-150 animais para cada dissecção porque ao longo dos vários passos de lavagem das gónadas pode ser facilmente perdida dos tubos devido a erros de pipetagem. Perda de gónadas pode ser reduzida através da dissecção em vários pequenos lotes (como três lotes de 50 animais cada) que podem ser combinados, ou dissecando um grande lote de 150. Outro desafio é fazer as gônadas de mentir em um bem-espaçados formaçãono slide para que toda a gônada distal pode ser trabalhada. Para habilitar isso, use uma pestana em um palito de fósforo ou uma pipeta puxado para o espaço fora das gônadas. No entanto, deve ser tomado cuidado para não danificar as gônadas durante este processo. Muitas vezes, com essas técnicas que leva várias tentativas para dominar as dissecações, bem como arranjos das gônadas nas lâminas.
Uma vez que esta técnica tem sido dominada, ela serve como um poderoso método para análises biológicas variadas, e pode ser usado para estudar mais do que apenas níveis dpERK. Por exemplo, este método pode ser usado para visualizar os níveis activos de p38, ou níveis de CDK activos, ou qualquer proteína para a qual existe um reagente de anticorpo. Além disso, o método pode ser acoplado com uma tela de inibição química em animais inteiros para ensaio para novos inibidores ou activadores da via, por meio de ensaio para os níveis de dpERK. Isto irá permitir uma leitura tanto in vivo de reacção e a sensibilidade a quaisquer inibidores que podem interact com a via de sinalização RTK-RAS-ERK. Além disso, este método pode ser usado em combinações de anticorpo com várias saídas de sinalização que podem ser utilizados e visualizados de uma só vez. Utilizando múltiplos anticorpos permite correlação entre múltiplas vias, o seu estado de ativação, e os resultados todos dentro do mesmo tecido, permitindo um melhor entendimento destas interações. Estes são apenas alguns exemplos de novas aplicações deste método, mas este sistema pode ser modificado para estudar vários interesses de pesquisa.
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. |