Visualización de la actividad eléctrica celular en embriones tempranos de pez cebra y tumores
Summary
Aquí, mostramos el proceso de crear una línea de pez cebra de reportero de tensión eléctrica celular para visualizar el desarrollo embrionario, movimiento, y las células de tumor de peces en vivo.
Abstract
Bioelectricidad, señalización eléctrica endógena mediada por canales iónicos y bombas situadas en la membrana celular, juega un papel importante en la señalización de los procesos de las células neuronales y musculares excitables y muchos otros procesos biológicos, tales como embrionarias patrones del desarrollo. Sin embargo, es necesario para en vivo monitoreo de la actividad eléctrica en la embriogénesis vertebrados. Los avances de los indicadores de voltaje fluorescente genéticamente codificados (GEVIs) han hecho posible dar una solución para este desafío. Aquí, describimos cómo crear un indicador de voltaje transgénicos pez cebra utilizando el indicador de tensión establecido, ASAP1 (acelerado Sensor de potenciales de acción 1), por ejemplo. El kit de Tol2 y un promotor de pez cebra ubicuo, ubi, fueron escogidos en este estudio. También explicamos los procesos de clonación de puerta de enlace específica, Tol2 pez cebra basada en transposon transgénesis y el proceso de proyección de imagen de incipiente peces peces y embriones los tumores utilizando microscopios regulares epifluorescente. Usando esta línea de peces, encontramos que hay cambios de voltaje eléctrico celular durante la embriogénesis de pez cebra y movimiento de larvas de peces. Además, se observó que en unos tumores de la vaina del nervio periférico maligno de pez cebra, el tumor de células generalmente fueron polarizadas en comparación con los tejidos normales circundantes.
Introduction
Bioelectricidad se refiere a señalización eléctrica endógena mediada por canales iónicos y bombas situadas en la membrana de la célula1. Intercambio iónico a través de la membrana celular y el acoplado cambios actuales y potenciales eléctricos, es esencial para la señalización de los procesos de las células neuronales y musculares excitables. Además, la bioelectricidad y los gradientes de iones tienen una variedad de otras funciones biológicas importantes como almacenamiento de energía, biosíntesis y transporte de metabolitos. Señalización bioeléctrica también fue descubierto como un regulador de la formación embrionaria, como ejes del cuerpo, el ciclo celular y diferenciación de células1. Por lo tanto, es fundamental para la comprensión de muchas enfermedades congénitas humanas que resultan de la mala regulación de este tipo de señalización. Aunque abrazadera del remiendo ha sido ampliamente utilizada para la grabación de las células, está todavía lejos de ser ideal para el control simultáneo de múltiples células durante el desarrollo embrionario en vivo. Además, moléculas pequeñas sensibles de tensión no son también ideales para aplicaciones en vivo debido a su toxicidad, especificidades y sensibilidades.
La creación de una variedad de genéticamente codificado voltaje fluorescente indicadores (GEVIs) ofrece un nuevo mecanismo para resolver este problema y permite la fácil aplicación para el estudio de desarrollo embrionario, a pesar de que originalmente estaban destinados para el control neural células de2,3. Uno de los GEVIs actualmente disponibles es el Sensor acelerado de potenciales de acción 1 (ASAP1)4. Se compone de un lazo extracelular de un dominio de detección de tensión de voltaje sensibles fosfatasa y una proteína fluorescente verde permutada circularmente. Por lo tanto, ASAP1 permite la visualización de los cambios de potencial eléctricos celulares (polarización: verde brillante, despolarización: verde oscuro). ASAP1 tiene 2 ms on y off cinética y puede realizar un seguimiento de cambio potencial subliminal4. Así, esta herramienta genética permite un nuevo nivel de eficacia en bioeléctrica de la supervisión en tiempo real en células vivas. Mayor comprensión de los roles de la bioelectricidad en muchas enfermedades humanas, como el cáncer y el desarrollo embrionario se arroja nueva luz sobre los mecanismos subyacentes, que es fundamental para la prevención y tratamiento de la enfermedad.
Pez cebra se ha demostrado un potente modelo animal para estudiar la biología del desarrollo y enfermedades humanas incluyendo cáncer5,6. Comparten el 70% orthologous genes con los seres humanos, y tienen Biología vertebrado similar7. Pez cebra proporcionan cuidado relativamente fácil, un tamaño grande de huevos, manejable genética, transgénesis fácil y desarrollo embrionario externo transparente, que las hacen un sistema superior en vivo imagen5,6. Con una fuente grande de líneas de peces mutantes ya presentes y un genoma completamente secuenciado, pez cebra ofrecerá una gama relativamente ilimitada de los descubrimientos científicos.
Para investigar la en vivo en tiempo real actividad eléctrica de las células, aprovechamos el sistema de modelo de pez cebra y ASAP1. En este papel, describimos cómo incorporar el biosensor fluorescente tensión ASAP1 en el genoma del pez cebra con Tol2 transposon transgénesis y visualizar actividad eléctrica celular durante el desarrollo embrionario, larval de peces movimiento y el tumor vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
Aunque las actividades eléctricas nivel celular y tejidos durante el desarrollo embrionario y la enfermedad humana fueron descubiertas hace mucho tiempo, los en vivo eléctrica cambios dinámicos y sus papeles biológicos siguen siendo en gran parte desconocidos. Uno de los mayores retos es visualizar y cuantificar los cambios eléctricos. Tecnología de abrazadera del remiendo es una brecha para el seguimiento de las células, pero su aplicación en embriones vertebrados es limitada porque se componen de mucha…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El trabajo de investigación en esta publicación fue apoyado por el Instituto Nacional de General médica Ciencias de los institutos nacionales de salud bajo la concesión número R35GM124913, programa de incentivos de la Universidad de Purdue PI4D y PVM interno competitivo Programa de fondos de investigación básica. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representan necesariamente las opiniones oficiales de los agentes de financiación. Agradecemos a Koichi Kawakami para la construcción de Tol2, Michael Lin para la construcción de ASAP1, y Leonard Zon para el promotor ubi construir a través de Addgene.
Materials
| 14mL cell culture tubes | VWR | 60818-725 | E.Coli culture |
| Agarose electrophoresis tank | Thermo Scientific | Owl B2 | DNA eletrophoresis |
| Agarose RA | Amresco | N605-500G | For making the injection gels |
| Attb1-ASAP1-F primer | IDT DNA | GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTTCACCATGGAGACGACTGTGAGGTATGAACA | ASAP1 coding region amplification for subcloning |
| Attb2-ASAP1-R primer | IDT DNA | GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTCTTAGGTTACCACTTCAAGTTGTTTCTTCTGTGAAGCCA | ASAP1 coding region amplification for subcloning |
| Bright field dissection scope | Nikon | SMZ 745 | Dechorionation, microinjection, mounting |
| Color camera | Zeiss | AxioCam MRc | Fish embryo image recording |
| Concave slide | VWR | 48336-001 | For holding fish embryos during imaging process |
| Disposable transfer pipette 3.4 ml | Thermo Scientific | 13-711-9AM | Fish embryos and water transfer |
| Endonuclease enzyme, Not I | NEB | R0189L | For linearizing plasmid DNA |
| Epifuorescent compound scope | Zeiss | Axio Imager.A2 | Fish embryo imaging |
| Epifuorescent stereo dissection scope | Zeiss | Stereo Discovery.V12 | Fish embryo imaging |
| Fluorescent light source | Lumen dynamics | X-cite seris 120 | Light source for fluorescence microscopes |
| Forceps #5 | WPI | 500342 | Dechorionation and needle breaking |
| Gateway BP Clonase II Enzyme mix | Thermo Scientific | 11789020 | Gateway BP recombination cloning |
| Gateway LR Clonase II Plus enzyme | Thermo Scientific | 12538120 | Gateway LR recombination cloning |
| Gel DNA Recovery Kit | Zymo Research | D4002 | DNA gel purification |
| Loading tip | Eppendorf | 930001007 | For loading injection solution into capilary needles |
| Methylcellulose (1600cPs) | Alfa Aesar | 43146 | Fish embryo mounting |
| Methylene blue | Sigma-Aldrich | M9140 | Suppresses fungal outbreaks in Petri dishes |
| Microinjection mold | Adaptive Science Tools | TU-1 | To prepare agaorse mold tray for holding fish embryos during injection |
| Microinjector | WPI | Pneumatic Picopump PV820 | Microinjection injector |
| Micro-manipulator | WPI | Microinjector mm33 rechts | Microinjection operation |
| Micropipette puller | Sutter instrument | P-1000 | For preparing capillary needle |
| Mineral oil | Amresco | J217-500ml | For calibrating injection volume |
| mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription Kit | Thermo Scientific | AM1340 | mRNA in vitro transcription |
| Monocolor camera | Zeiss | AxioCam MRm | Fish embryo image recording |
| Plasmid Miniprep Kit | Zymo Research | D4020 | Prepare small amount of plasmid DNA |
| Plastic Petri dishes | VWR | 25384-088 | For holding fish or fish embryos during imaging process |
| RNA Clean & Concentrator-5 | Zymo Research | R1015 | mRNA cleaning after in vitro transcription |
| Spectrophotometer | Thermo Scientific | NanoDrop 2000 | For measuring DNA and RNA concentrations |
| Stage Micrometer | Am Scope | MR100 | Microinjection volume calibration |
| Thermocycler | Bio-Rad | T100 | DNA amplification for gene cloning |
| Thin wall glass capillaries | WPI | TW100F-4 | Raw glass for making cappilary needle |
| Tol2-exL1 primer | IDT DNA | GCACAACACCAGAAATGCCCTC | Tol2 excise assay |
| Tol2-exR primer | IDT DNA | ACCCTCACTAAAGGGAACAAAAG | Tol2 excise assay |
| TOP10 Chemically Competent E. coli | Thermo Scientific | C404006 | Used for transformation during gene cloning |
| Tricaine mesylate | Sigma-Aldrich | A5040 | For anesthetizing fish or fish embryos |
| UV trans-illuminator 302nm | UVP | M-20V | DNA visualization |
| Water bath | Thermo Scientific | 2853 | For transformation process of gene cloning |
References
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