Se presenta un método basado en la formación de imágenes de inmunofluorescencia para la localización espacial y temporal de ERK activa en la C. diseccionado gónadas elegans. El protocolo aquí descrito se puede adaptar para la visualización de cualquier señalización o la proteína estructural en la C. elegans gónada, proporciona un reactivo de anticuerpo adecuado está disponible.
La señal extracelular conservado evolutivamente transducción vía RTK-RAS-ERK es un importante quinasa cascada de señalización que controla múltiples procesos celulares y de desarrollo, principalmente a través de la activación de ERK, la quinasa terminal de la vía. estrecha regulación de la actividad de ERK es esencial para el desarrollo normal y la homeostasis; ERK resultados excesivamente activos en la proliferación celular excesiva, mientras que baja actividad de ERK causa la muerte celular. C. elegans es un modelo de sistema de gran alcance que ha ayudado a caracterizar la función y regulación de la vía de señalización RTK-RAS-ERK durante el desarrollo. En particular, la vía de RTK-RAS-ERK es esencial para C. elegans desarrollo de la línea germinal, que es el foco de este método. El uso de anticuerpos específicos para la forma activa, difosforilado de ERK (dpERK), el patrón de localización estereotipada puede visualizarse dentro de la línea germinal. Debido a que este patrón es tanto espacial como temporalmente controlled, la capacidad para someter a ensayo reproducible dpERK es útil para identificar reguladores de la ruta que afecta a la duración de la señal dpERK y la amplitud y el desarrollo tanto de la línea germinal. Aquí demostramos cómo diseccionar con éxito, las manchas y dpERK imagen dentro de la C. gónadas elegans. Este método se puede adaptar para la localización espacial de cualquier señalización o la proteína estructural en la C. elegans gónada, proporciona un anticuerpo compatible con inmunofluorescencia está disponible.
El receptor de la tirosina quinasa (RTK) -rat Sarcoma (RAS) señal -Extracellular vía kinasa regulada (ERK) transmite las señales extracelulares a través de una cascada quinasa conservado que resulta en la fosforilación y activación de ERK 1-3. Proteínas ERK son miembros de la MAP conservada dirigidas por prolina serina / treonina (por mitógenos proteína activada) de la familia quinasa, y se activan directamente por MEK a través de fosforilación dual en la treonina (T) y tirosina (Y) del motivo TEY conservada. ERK activa (referido como difosforilado ERK, o dpERK) y luego regula muchos procesos celulares y de desarrollo a través de su fosforilación de una batería de sustratos aguas abajo 1-3. Por lo tanto la actividad de ERK anormal conduce a muchos teléfonos y defectos de desarrollo 4-7.
estricta regulación de la actividad de ERK es fundamental para el desarrollo normal: en los sistemas de mamíferos exceso de actividad de ERK conduce a la excesiva proliferación celular líderal crecimiento oncogénica; muy poca actividad conduce a la muerte celular 4,6. Además, los cambios en la duración de la actividad de ERK también pueden conducir a resultados distintos: en las células PC12, la activación de ERK por 30 min o menos induce la proliferación celular, pero la activación de ERK por 60 min o más induce la diferenciación neuronal 8,9. estrecha regulación de la actividad de ERK es, pues, sin duda esencial para el desarrollo normal y la homeostasis.
C. elegans es un modelo de sistema de gran alcance, y genéticamente maleable para diseccionar la función y regulación de la vía de señalización RTK-RAS-ERK 3,10-15. En relación con los sistemas de mamíferos, que contienen múltiples genes para RAS y ERK, C. elegans contiene un gen RAS (let-60) y un gen ERK (mpk – 1), lo que hace que un sistema genéticamente más fácil en el que para diseccionar la función de esta vía 3,10-14. El C. elegans línea germinal es esencialmente un tubo que consiste en mitóticoLas células en su extremo distal y ovocitos maduros en su extremo proximal (Figura 1) 16 de vástago. Las células germinales inician meiosis justo proximal a la zona mitótico distal, y el progreso a través de una profase meiótica extendida (pachytene), después de lo cual comienzan a formarse los ovocitos en la región del bucle, finalmente sometidos a maduración de los ovocitos en la región proximal 16.
Los estudios genéticos de varios laboratorios, incluyendo el nuestro, han demostrado que la vía RTK-RAS-ERK es esencial para el desarrollo de la línea germinal en C. elegans 12,13,15,17-19. Específicamente, encontramos que los controles de ERK y coordina al menos nueve procesos biológicos distintos durante el desarrollo de la línea germinal, que van desde los interruptores del desarrollo, tales como la apoptosis de células germinales a la celda procesos biológicos tales como 11,18 crecimiento de los ovocitos. Al igual que en los sistemas de mamíferos, el exceso de actividad de ERK en la C. elegans resultados de la línea germinal en la producción de múltiples ovocitos pequeños, mientras que muy liresultados de la actividad ttle en un ovocito grande 11. Por lo tanto la regulación estricta de dpERK es esencial para el desarrollo normal de la línea germinal. La forma activa de ERK, como se visualiza por un anticuerpo específico para dpERK, muestra una dinámica patrón estereotípico,, bimodal localización: dpERK es alta durante la mitad del paquiteno (Zona 1, Figura 1), bajo en la región de bucle y de alta de nuevo en madura ovocitos (Zona 2, Figura 1). Recientemente, hemos encontrado que la nutrición actúa a través del factor de crecimiento similar a la insulina-1 receptor (daf-2) para activar ERK en la Zona 1 12; trabajo anterior mostró que la señal de esperma (a través de la tirosina quinasa del receptor Efrina) activa ERK en la Zona 2 13.
Dado que las funciones de ERK activos como un reóstato en la línea germinal para regular el crecimiento de los ovocitos, localización espacial y temporal, así como la amplitud de dpERK, es clave para entender el resultado normal de señalización. Utilizando el método descrito aquí, los cambios en ellocalización estereotipada de dpERK se puede controlar con facilidad y predicciones deriva sobre el impacto de las perturbaciones ambientales o genéticas en la actividad de ERK y por lo tanto la función. Por lo tanto, el ensayo de dpERK permite una comprensión completa de su papel durante el desarrollo de la línea germinal.
ERK activa (dpERK) sigue un patrón de localización espacial y dinámica estereotipada en el C. de la línea germinal elegans. Este patrón estereotipado dpERK espacial (Figura 5), y la amplitud en un adulto C. elegans gónada, se puede correlacionar con eficacia con los muchos procesos biológicos que ERK regula. Por ejemplo, la incapacidad para activar ERK en la Zona 2 da como resultado una detención en ovocitos en profase de la meiosis, un fenotipo observado en líneas germinales femeninas que no especifican los espermatozoides, y por lo tanto no active ERK en ovocitos maduros (Figura 5). Apareamiento con machos resultados en la acumulación efectiva de dpERK en la Zona 2 en las líneas germinales femeninas 11,13, junto con el inicio de la maduración de ovocitos y la ovulación. Así, el análisis de los patrones espaciales y temporales de la activación dpERK sobre ciertas perturbaciones genéticas (como ARN de interferencia mediada por la inactivación de genes) o tratamientos químicos permite la identificación de los factores que REGUfines de señalización de ERK y procesos biológicos tanto ERK-dependientes. Estos análisis también permiten el descubrimiento de nuevas interacciones genéticas entre las vías de señalización.
Un cuello de botella crítico para cualquier análisis basado en formación de imágenes es la disponibilidad de reactivos funcionales, tales como anticuerpos que son específicos de la aplicación. Si un reactivo tal existe, entonces métodos tales como el descrito anteriormente pueden adaptarse fácilmente para el análisis de patrón de localización para cualquier proteína de interés. La aplicación está por tanto limitada por la disponibilidad de un anticuerpo funcionamiento. Además, debido a que el método describe la disección y la tinción en un momento dado del desarrollo, sólo se permite la captura de información en un marco de tiempo, y no vierte luz sobre la dinámica o la regulación de proteínas en tiempo real o la tasa de recambio de proteínas.
El método descrito anteriormente se adapta de Francis et al. 23, que es distinta de la Seydoux y Dunn mÉTODO 24 para la extrusión de las gónadas y la tinción de anticuerpos. El método basado en Francis et al. Será llamado el "método de suspensión" y el método Seydoux y Dunn llamada la "congelación de craqueo método" para la comparación. El método de suspensión ha sido muy eficaz en nuestras manos para la obtención de patrones de localización reproducibles de moléculas de señalización tales como dpERK, que son inherentemente más sensibles a las condiciones de manipulación duras. En el caso de dpERK localización, en nuestra experiencia, la señal en la zona 1 es prácticamente indetectable con el método de craqueo congelación. Además, el secado de la muestra, que a menudo puede producirse con el método de craqueo de congelación, los resultados en señales de anticuerpos espurias. El método de suspensión minimiza el secado de la muestra, ya que las gónadas se suspenden en líquido durante todo el proceso. También encontramos que el método de suspensión es útil para obtener imágenes de varios genotipos diferentes en una sola diapositiva. Por ejemplo, si dos genotipos, como hermafroditas vslas hembras son para ser comparado directamente para dpERK localización, los dos genotipos pueden mezclarse entre sí y se procesan. Esto es posible debido a que los fenotipos son distintos y se pueden distinguir a través de morfologías DAPI. La tinción en el mismo tubo seguido de formación de imágenes en la misma diapositiva permite la comparación directa entre las gónadas de diferentes genotipos. Alternativamente, si las morfologías DAPI no son distinguibles, a continuación, una tinción de anticuerpos de dos etapas puede ser adoptado. En primer lugar cada genotipo individuo se trata con dos anticuerpos distintos, Anticuerpo A para WT y el anticuerpo B para mutante (ambos anticuerpos necesita ser levantada en un huésped distinto del anticuerpo dpERK). Una vez que los dos genotipos se han teñido con el anticuerpo primario, y se lavó, se pueden mezclar juntos en un tubo y ahora se tiñeron con el anticuerpo dpERK, seguido de un tratamiento con el anticuerpo secundario de visualizar todos los anticuerpos en el tubo. La capacidad de comparar los diferentes genotipos en una sola diapositiva, especialmente cuando dSe están haciendo eductions de los patrones de activación asegura interpretaciones precisas no afectados por las condiciones de tinción distintos.
Mientras ventajosa, hay varios pasos en todo el método de suspensión que requieren manipulación cuidadosa. Es fundamental que las disecciones se producen en un tiempo de manera eficiente; importante, las disecciones no deben tomar más de 5 minutos. disección veces más largos dan como resultado la señal dpERK variable, que a menudo pueden ser mal interpretados como cambios reguladas en la activación de ERK, en lugar de fracasos como técnicos. Es crucial comenzar con más de 100 – de 150 animales para cada disección porque a través de las diversas etapas de lavado las gónadas pueden perderse fácilmente a partir de los tubos debido a los errores de pipeteo. La pérdida de las gónadas se puede reducir, ya sea mediante la disección en múltiples lotes pequeños (por ejemplo, tres lotes de 50 animales cada uno) que se pueden combinar, o mediante la disección de un gran lote de 150. Otro reto es conseguir que las gónadas se sitúe en un bien espaciados formaciónen el portaobjetos de modo que toda la gónada distal se pueden obtener imágenes. Para permitir esto, utilizar una pestaña en una cerilla o una pipeta tirado espaciar las gónadas. Sin embargo, se debe tener cuidado para no dañar las gónadas durante este proceso. A menudo con estas técnicas se tarda varios intentos para dominar las disecciones así como las disposiciones de las gónadas sobre los portaobjetos.
Una vez que esta técnica ha sido dominado, que sirve como un poderoso método para análisis biológicos variados, y se puede utilizar para estudiar más que los niveles dpERK. Por ejemplo, este método se puede utilizar para visualizar niveles activos de p38, o los niveles de CDK activos, o cualquier proteína para la que existe un reactivo de anticuerpo. Además, el método puede ser acoplado con una pantalla de inhibición química en animales enteros para el ensayo de nuevos inhibidores o activadores de la vía, a través de ensayar los niveles de dpERK. Esto permitirá una lectura en vivo tanto de la reacción y la sensibilidad a los inhibidores que pueden interact con la vía de señalización RTK-RAS-ERK. Por otra parte, este método se puede utilizar en combinaciones de anticuerpos con múltiples salidas de señalización que pueden ser usados y visualizarse a la vez. El uso de múltiples anticuerpos permite la correlación entre múltiples vías, su estado de activación, y los resultados todo ello dentro del mismo tejido, lo que permite una mejor comprensión de estas interacciones. Estos son sólo algunos ejemplos de aplicaciones adicionales de este método, pero este sistema se pueden modificar para estudiar múltiples líneas de investigación.
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. |