Мы представляем метод обработки изображений на основе иммунофлюоресценции для пространственной и временной локализации активного ERK в рассеченной C. Элеганс гонад. Протокол , описанный здесь , может быть адаптирована для визуализации любой сигнализации или структурного белка в C. Элеганс гонад, при условии , подходящим реагентом антитело доступно.
Эволюционно консервативными внеклеточный сигнал трансдукции РТК-RAS-ERK путь является важной киназа-сигнальный каскад , который контролирует множество клеточных и развития процессов , главным образом посредством активации ERK, терминальной киназы пути. Tight регулирование ЭРК деятельности имеет важное значение для нормального развития и гомеостаза; чрезмерно активные ERK приводит к чрезмерной пролиферации клеток, в то время как пониженная ЭРК вызывает гибель клеток. C. Элеганс является мощной моделью системы , которая помогла охарактеризовать функции и регулирование РТК-RAS-ERK сигнального пути в процессе разработки. В частности, путь РТК-RAS-ERK , имеет важное значение для C. Элеганс развитие зародышевой линии, которая находится в центре внимания этого метода. С помощью антител , специфичных к активному, diphosphorylated форме ЭРК (dpERK), стереотипные модели локализации могут быть визуализированы в зародышевой. Поскольку эта модель является одновременно во времени и пространстве Controllе изд, способность к воспроизводимым пробирного dpERK полезен для идентификации регуляторов пути, которые влияют на длительность сигнала dpERK и амплитуду и, таким образом, зародышевую развитие. Здесь показано , как успешно рассекать, пятно и dpERK изображения в C. Элеганс гонад. Этот метод может быть адаптирован для пространственной локализации любой сигнализации или структурного белка в C. Элеганс гонад, при условии , антитело совместим с иммунофлуоресценции доступен.
Рецепторных тирозинкиназ (РТК) -RAt саркомы (РАН) -Extracellular сигнал регулируемой киназы (ERK) путь реле внеклеточные сигналы через консервативному киназы каскада , что приводит к фосфорилированию и активации ERK 1-3. ERK белки являются членами законсервированного пролина направленной серин / треонин MAP (митоген активированный протеин) киназ, и непосредственно активируются МЕК с помощью двойного фосфорилирования на треонин (Т) и тирозина (Y) сохраняющегося TEY мотива. Активный ЭРК (называемый diphosphorylated ERK или dpERK) , а затем регулирует многие клеточные и процессы , сопровождающие развитие через фосфорилирование батареи ниже по течению субстратов 1-3. Таким образом , ненормальное ERK активность приводит к большому количеству клеток и дефектов развития 4-7.
Строгое регулирование ЭРК деятельности имеет решающее значение для нормального развития: в системах млекопитающих слишком много ERK активность приводит к избыточному ведущих клеточной пролиферациидля онкогенного роста; слишком мало активности приводит к гибели клеток 4,6. Кроме того, изменения в продолжительности ЭРК активности также может привести к различным результатам: в клетках PC12, активацию ERK в течение 30 мин или меньше индуцирует пролиферацию клеток, но активацию ERK в течение 60 мин или более индуцирует дифференцировку нейронов 8,9. Tight регуляция активности ERK, таким образом, очевидно, необходимы для нормального развития и гомеостаза.
C. Элеганс является мощным, и генетически податливым модель системы рассекать функции и регулирование РТК-RAS-ERK сигнального пути 3,10-15. По отношению к системам млекопитающих, которые содержат несколько генов РАН и ERK, C. Элеганс содержит один ген RAS (пусть-60) и один ген ERK (MPK – 1), что делает его генетически более легкое систему , в которой рассекать функцию этого пути 3,10-14. C. Элеганс зародышевой по существу трубка , которая состоит из митотическихстволовые клетки на своем дистальном конце и зрелых ооцитах на своем ближнем конце (рис 1) 16. Половые клетки инициируют мейоз только проксимального к дистальному зоне митоза, и прогресс с помощью расширенного мейоза профазе (пахитены), после чего они начинают формироваться ооциты в области петли, наконец , проходит созревание ооцитов в проксимальной области 16.
Генетические исследования из нескольких лабораторий, в том числе наши собственные, показали , что путь РТК-RAS-ERK имеет важное значение для развития зародышевой в C. Элеганс 12,13,15,17-19. В частности, мы обнаружили , что элементы управления ERK и координирует , по меньшей мере девять различных биологических процессов во время развития зародышевой, начиная от коммутаторов развития , таких как апоптоз зародышевой клетки к клетке биологические процессы , такие как 11,18 роста ооцитов. Так же, как в системах млекопитающих, слишком много ЭРК активности в C. Элеганс результаты зародышевых в производстве нескольких небольших ооцитов, тогда как слишком LiРезультаты ttle активности в одном большом ооцит 11. Таким образом плотно регулирование dpERK имеет важное значение для нормального развития зародышевой. Активная форма ЭРК, как и визуализировали антителом , специфичным к dpERK, отображает стереотипное, динамичный, бимодальный образец локализации: dpERK высока в течение середины пахитене (зона 1, рисунок 1), низко в области петли и высокий снова в зрелые ооциты (зона 2, рисунок 1). В последнее время , мы обнаружили , что питание действует через инсулин-подобный фактор роста рецептора-1 (ДАФ-2) , чтобы активировать ERK в зоне 1 , 12; Предшествующая работа показала , что сигнал спермы (через рецептор тирозинкиназы эфрин) активирует ERK в Зоне 2 13.
Учитывая, что активные ERK функционирует как реостат в зародышевой для регулирования роста ооцитов, пространственной и временной локализации, а также амплитуду dpERK, является ключом к пониманию его нормального результата сигнализации. Используя метод, описанный здесь, изменения встереотипное локализация dpERK можно легко контролировать и прогнозы, полученные на воздействие окружающей среды или генетических возмущений на ЭРК активности и, следовательно, функции. Таким образом, для опробования dpERK дает полное представление о его роли в процессе зародышевого развития.
Активный ЭРК (dpERK) следует стереотипную пространственную и динамическую картину локализации в C. Элеганс зародышевой. Это стереотипное dpERK пространственная структура (рисунок 5), а амплитуда у взрослого C. Элеганс гонад, может быть эффективно коррелируют со многими биологическими процессами , которые регулируют ЭРК. Например, неспособность активировать ERK в Зоне 2 приводит арест в ооциты в профазе мейоза, фенотип наблюдается у самок germlines , которые не указывают спермы, и , таким образом , не активируют ERK в зрелых ооцитов (рисунок 5). Спаривание с результатами самцов в процессе эффективного накопления dpERK в Зоне 2 в женских germlines 11,13, в сочетании с началом созревания ооцитов и овуляции. Таким образом, анализ пространственных структур и временной активации dpERK при определенных генетических возмущений (таких как РНК-интерференции, опосредованной инактивации генов) или химической обработки позволяет идентифицировать факторы, которые Reguв конце передачи сигналов ERK и, таким образом, ERK-зависимые биологические процессы. Такие анализы позволяют также открытие новых генетических взаимодействий между сигнальными путями.
Критическим узким местом для любого на основе анализа изображений является наличие функциональных реагентов, таких как антитела, которые являются специфическими для приложения. Если такой реагент существует, то методы, такие, как описанный выше, может быть легко адаптирована для анализа локализации шаблона для любого белка, представляющего интерес. Приложение, таким образом, ограничивается наличием функционирующего антитела. Кроме того, так как метод описывает рассечение и окрашивания в определенный момент времени развития, он позволяет только захват информации в один период времени, и не пролить свет на динамику или регуляции белка в режиме реального времени или скорости оборота белка.
Описанный выше метод заимствован из Francis и др. 23, которая отличается от Сейду и Dunn меню 24 для гонад экструзии и с использованием меченых антител. Метод , основанный на Francis и др. Будет называться "метод подвески" и метод Сейду и Dunn называется «замораживать растрескиванию метод" для сравнения. Метод подвески была очень эффективна в наших руках для получения воспроизводимых моделей локализации сигнальных молекул, таких как dpERK, которые по своей природе более чувствительны к суровым условиям обработки. В случае локализации dpERK, в нашем опыте, сигнал в зоне 1 практически невозможно обнаружить с помощью метода сублимационной растрескиванию. Кроме того, образец для сушки, которые часто могут возникать с методом сублимационной растрескиванию, приводит к паразитных сигналов антител. Способ подвески сводит к минимуму образец сушки, так как гонады подвешены в жидкости в течение всего процесса. Мы также считаем, что метод подвески полезно для получения изображений нескольких различных генотипов на одном слайде. Например, если два генотипы, такие как гермафродитов противСамки должны быть непосредственно по сравнению локализации dpERK, два генотипы могут быть смешаны вместе и обработаны. Это возможно потому , что фенотипы различны и могут быть выделены с помощью DAPI морфологией. Окрашивание в той же трубе с последующей обработки изображений на одном предметном стекле позволяет для прямого сравнения между половыми железами разных генотипов. В качестве альтернативы, если DAPI морфологию не различимы, а затем с использованием меченых антител двухступенчатый может быть принят. Во-первых каждый отдельный генотип обрабатывают двумя различными антителами, Антитело А при WT и антителу B для мутанта (оба антитела должны быть подняты в хозяине, отличной от антитела dpERK). После того, как два генотипы были окрашены с первичным антителом, и промывают, они могут быть смешаны друг с другом в одной трубке, и теперь окрашивали антителом dpERK, с последующей обработкой вторичным антителом для визуализации всех антител в трубке. Возможность сравнения различных генотипов на одном слайде, особенно когда deductions паттернов активации делаются обеспечивает высокую точность интерпретации не затронутых различных условий окрашивания.
В то время как выгодно, есть несколько шагов, на протяжении метода подвески, которые требуют тщательного манипуляций. Очень важно, что диссекция происходит в то время, эффективным образом; важно то, что диссекция не следует принимать в течение 5 мин. Более длительное время рассечение в результате переменного сигнала dpERK, которые часто могут быть неверно истолкованы как регулируемые изменения в активации ERK, а не в качестве технических сбоев. Крайне важно, чтобы начать с более чем 100 – 150 животных для каждого рассечение, потому что на протяжении различных мытья шаги гонады могут быть легко потеряны из труб из-за ошибок при использовании пипеток. Потеря гонад может быть уменьшена либо путем рассечения в нескольких небольших партий (например, три порции по 50 животных в каждой), которые могут быть объединены, или рассечением одну крупную партию 150. Еще одной проблемой становится все гонады лежать в хорошо разнесены формированиена слайде таким образом, что весь дистальный гонад может быть отображена. Для включения этого использовать ресничку на спичкой или запряженных пипеткой в космос из гонад. Тем не менее, следует соблюдать осторожность, чтобы не повредить гонады во время этого процесса. Часто с этими методами она занимает несколько попыток овладеть вскрытий, а также аранжировки гонад на слайдах.
После того, как эта техника была освоена, она служит мощным методом для различных биологических анализов, и может быть использовано для изучения более чем просто уровней dpERK. Например, этот метод может быть использован для визуализации активных уровней р38 или активных уровней CDK или любой белок, для которых реагент антитела существует. Кроме того, способ может быть соединен с экраном химическое ингибирование в целых животных для анализа на новых ингибиторов или активаторов пути, с помощью анализа на уровне dpERK. Это позволит для считывания в естественных условиях обоих реакции и чувствительности к любым ингибиторам , которые могут ИНТeract с сигнального пути РТК-RAS-ERK. Более того, этот метод может быть использован в комбинации с антителом несколькими выходами сигнализации, которые могут быть использованы и визуализированных в одно время. Использование нескольких антител позволяет корреляцию между несколькими путями, их статус активации, и результаты все в пределах той же ткани, что позволяет более глубокое понимание этих взаимодействий. Это всего лишь несколько примеров дальнейшего применения этого метода, но эта система может быть изменена для изучения нескольких научных интересов.
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. |