מטרת פרוטוקול זה היא להשתמש בהדמיה חיה כדי לדמיין את ההשפעות של נזק חמצוני על לוקליזציה ודינמיקה של מבנים תת תאיים בשחלות Drosophila.
הדמיה חיה של שחלות Drosophila melanogaster סייעה בהבנת מגוון תהליכים תאיים בסיסיים במהלך הפיתוח, כולל תנועת חלקיקי ריבונוקלאופרוטאין, לוקליזציה של mRNA, תנועת ארגון ודינמיקה ציטוסלטלית. קיימות מספר שיטות להדמיה חיה שפותחו. בשל העובדה כי כל שיטה כרוכה בניתוח ovarioles בודדים להציב מדיה או שמן halocarbon, נזק הסלולר עקב היפוקסיה ו / או מניפולציה פיזית בהכרח יתרחש לאורך זמן. השפעה אחת במורד הזרם של היפוקסיה היא להגדיל את הנזק החמצוני בתאים. מטרת פרוטוקול זה היא להשתמש בהדמיה חיה כדי לדמיין את ההשפעות של נזק חמצוני על לוקליזציה ודינמיקה של מבנים תת תאיים בשחלות Drosophila לאחר אינדוקציה של נזק תאי מבוקר. כאן, אנו משתמשים במי חמצן כדי לגרום נזק חמצוני הסלולר ולתת דוגמאות של ההשפעות של נזק כזה על שני מבנים תת תאיים, מיטוכונדריה ו Clu bliss חלקיקים. עם זאת, שיטה זו ישימה לכל מבנה תת-תאי. המגבלות הן כי מי חמצן ניתן להוסיף רק למדיה מימית ולא יעבוד עבור הדמיה המשתמשת בשמן halocarbon. היתרונות הם כי מי חמצן זמין וזול, פועל במהירות, הריכוזים שלה ניתן לווסת, נזק חמצוני הוא קירוב טוב של נזק שנגרם על ידי היפוקסיה, כמו גם נזק כללי לרקמות עקב מניפולציה.
גורמי לחץ תאיים שונים רבים עשויים להתעורר במהלך התרבות הניסיונית ומניפולציה של רקמות ex vivo, כולל הלם חום, מתח חמצוני, מתח אוסמוטי, מתח תזונתי, ותנאי רעילות. הדמיה חיה היא כלי רב עוצמה המשמש לדמיין שינויים בזמן אמת ברקמות ex vivo לאחר טיפול ניסיוני ומניפולציה. ניתוחי רקמות עדינים ומניפולציה דורשים תרגול, וכמות הזמן מניתוח להדמיה יכולה להשתנות בהתאם לניסיון. הרציונל לפיתוח שיטה זו מבוסס על החשש כי הכנת רקמה להדמיה חיה עלולה לגרום ללחץ תאי במהלך ניתוח והכנת הדמיה. זה יכול להיות בעייתי במיוחד עבור תהליכים רגישים לשינויים בחילוף החומרים הסלולר ורמות החמצן הזמינות, כגון תפקוד המיטוכונדריה. בעוד שיש מדגם סוג פראי מקביל הוא שליטה חשובה, עדיין קיימת האפשרות כי חלק או כל השינויים שנצפו במבנים תת תאיים יכול להיות בגלל נזק או מתח התא מניתוק ואינם משקפים פיזיולוגיה נורמלית או טיפול או מוטציה הנחקרים.
כדי לטפל בבעיה פוטנציאלית זו, אנו משתמשים בתוספת מי חמצן במהלך הדמיה חיה על מנת לגרום נזק חמצוני הסלולר1. מטרת שיטה זו היא לגרום נזק לרקמות על מנת לפקח על ההשפעה על מבנים תת תאיים. פרוטוקול זה שימושי לשתי מטרות: 1) הקובע אם שינויים בלוקליזציה תת-תאית של מבנה העניין נובעים מהלחץ שנגרם על ידי ניתוח לא מנוסה ו -2) ברגע שהמתו החוקר בטוח בטכניקות הניתוח המתוארות כדי לפקח על השפעת הלחץ המבוקר על מבנה העניין. כאן אנו מראים שתי דוגמאות של איך נזק חמצוני מוגבר גורם לשינויים בשני מבנים תת תאיים, מיטוכונדריה וחלקיקי אושר קלו. כדי לעשות זאת, אנו משתמשים בשחלת דרוזופילה שהיא מודל נפוץ למחקרי הדמיה חיה. הדוגמה הראשונה בוחנת לוקליזציה מיטוכונדרית. מניסיוננו, לוקליזציה מיטוכונדרית נורמלית בתאי נבט נקבה רגישה מאוד להפרעות ויכולה לשמש כמבשרת של מתח תאי. המיטוכונדריה בתאי הנבט הנשיים של דרוזופילה מפוזרים בדרך כלל באופן שווה לאורך הציטופלסמה2. תוספת מי חמצן גורמת אברונים במהירות mislocalize ו cluster באופן דומה מוטציות שונות3,4,5. הדוגמה השנייה היא חלקיקי אושר שנוצרו על ידי Clueless (קלו). קלו הוא ריבונוקלאופרוטאין מפוזר לאורך הציטופלסמה; עם זאת, הוא גם יוצר חלקיקים הקשורים המיטוכונדריה בתנאים תאיים אופטימליים5. מכיוון שנוכחותם של חלקיקי קלו תלויה בתנאים תאיים בריאים, כינו אותם חלקיקי “אושר”3,5,6. תוספת של מי חמצן גורמת לחלקיקים אלה להתפזר במהירות ולהיות הומוגניים בציטופלסמה5. במהלך המחקרים שלנו, ראינו שינויים בלוקליזציה של שני מבנים תת-תאיים אלה, אך רק לאחר ביצוע מחקרי הדמיה חיים נוכל להעריך באופן מלא את ההשפעה של מתח תאי ונזק חמצוני על לוקליזציה ודינמיקה של חלקיקי מיטוכונדריה ואושר.
התועלת של פרוטוקול זה כתוספת לשיטות שכבר הוקמו או חלופיות תלויה במספר גורמים. ראשית, פרוטוקול ההדמיה חייב להיות נוח לתוספת סמים. אם המדגם מותקן תחת כריכה ובשמן הלוקרבון, שיטה זו לא תהיה אפשרית7. H2O 2 תוספתגורמת לעלייה מהירה בנזק חמצוני, ולכן, ציר זמן זה לא יכול להיות מתאים. נזק חמצוני עשוי להיחשב פרוקסי עבור היפוקסיה; עם זאת, זה עשוי להיות קשה מדי או כללי מדי לתפקד כפקד מתאים לנזק עבור רכיבים תת תאיים מסוימים. לבסוף, עבור ניסויי הדמיה שנמשכים שעות כגון אלה הבאיםתהליךהתפתחותי, תוספת H 2 O2 עשוי להיות חזק מדי (למשל8). בדיקת עקומת ריכוז עשויה להתגבר על מגבלה זו.
פרוטוקול זה יכול להיות תוספת שימושית כפקד עבור חפצים עקב ניתוח השחלות ודגרת רקמות עבור כל ניסוי הדמיה חיה. השלבים הקריטיים דומים לאלה שנמצאו עבור פרוטוקולי הדמיה חיים אחרים. ללמוד כיצד לנתח שחלות Drosophila שלמות לוקח בפועל; עם זאת, מיומנות זו בדרך כלל ניתן ללמוד די מהר עם כלי הניתוח המתאימים. קשה יותר לשלוט הוא הסרת השריר עוטף את השחלות וכל ovariole13. יש לעשות זאת כדי להבטיח שהתכווצויות שרירים לא יפריעו לרכישת התמונה. אם באמצעות מחטי טונגסטן מחודד לעשות זאת אינו מוכיח מוצלח, germarium בקצה ovariole ניתן לתפוס עם מלקחיים ovariole משך מן נדן השריר. עם זאת, טכניקה זו היא בעייתית אם השלבים ההתפתחותיים המוקדמים ביותר ייבחנו כי הם יכולים להיפגע. צעד מפתח נוסף הוא לא לעקור את ovarioles נח על החלק התחתון של המנה בעת הוספת H2O2. היבט חשוב נוסף משותף לכל ההדמיה החיה: על החוקר לוודא שמבנה העניין מתויג היטב לפני הטיפול. המנות המשמשות כאן(שולחן החומרים)משמשות בדרך כלל להדמיה חיה; עם זאת, כל מנה או שקופית עם כיסוי זכוכית בתחתית או אפילו כיסוי זכוכית גדול צריך לעבוד כל עוד טיפת המדיה יכולה להיות מכוסה כדי למנוע אידוי מדיה. בעוד אנו משתמשים במיקרוסקופ מסוים, כל מיקרוסקופ הפוך עם מטרה של הגדלה מספקת כדי לראות את המבנה התת-תאי המדובר ומצלמה מחוברת בעלת רזולוציה מספקת וקצב לכידת תמונה אמורים לעבוד.
בעוד המעבדה שלנו מתעניינת בעיקר בתפקוד המיטוכונדריאלי, שיטה זו יכולה להיות מועילה בבחינת הדינמיקה והלוקליזציה של כל מבנה תת תאי או organelle, כגון הגרעין, ציטוסקלטון או רשתית אנדופלזמית. עם זאת, לשיטה זו יש מגבלות. על מנת להוסיף מי חמצן, הרקמה חייבת להיות במדיה מימית. שיטה חלופית להדמיה חיה היא להשתמש בשמן halocarbon, אשר סייע בתיאור תהליכים חשובים רבים ב Drosophila ovarioles כולל הדוגמה הראשונה של תנועה דינמית של GFP באורגניזם מודל7,14. בנוסף, הוספת מי חמצן לתקשורת גורמת לנזק חמצוני רחב אשר עשוי להיות עלבון כללי מדי לרקמה כדי להיות אינפורמטיבי עבור תהליך הסלולר של עניין, במיוחד עבור ניסויים ארוכים יותר בוחן פיתוח. למרות שזה לא יכול להיות ריאלי לבצע ניסויים הדורשים לדמיין את התא על פני תקופות זמן ארוכות בשל זה נזק חמצוני מהיר, נרחב, וסביר להניח בלתי הפיך, ראינו כי טיפול מי חמצן חריף שתיארנו ישים ברוב שלבי oogenesis כפי שאנו מסוגלים לראות את אותן השפעות ברוב השלבים בתוך תקופת זמן ההדמיה. בהתחשב בעלות ובקלות הנמוכה של הפרוטוקול, זה עשוי להיות שליטה שימושית לנזק והוא יכול לשמש כטיפול לפני קיבעון ותיוג נוגדנים גם כן.
בידיים שלנו, טיפול H2O2 מחקה את השינויים ב mislocalization המיטוכונדריה ופיזור חלקיקי אושר Clu שאנו רואים מוטציות Drosophila שונים. זה גם מחקה תוצאות שאנו רואים עבור חוקרים חדשים בטכניקות ניתוח למידה במעבדה. לכן, שיטה זו חשפה בבירור כי הכנת מדגם ומתח תאי כללי יכול להוביל לשינויים בלתי צפויים ובלתי מוסברים בעבר mislocalization המיטוכונדריה ואת נוכחותם של חלקיקי אושר. הזזת טכניקה זו קדימה, ריכוזי מי חמצן יכול להיות מווסת באמצעות ריכוז גבוה או נמוך יותר. אם אפקט תאי נראה באמצעות ריכוז נמוך יותר, ייתכן כי פנוטיפ הלחץ עשוי להיות הפיך על ידי החלפת המדיה ב- Complete Schneider’s. גורמי לחץ שונים של תאים כגון קרבוניל ציאניד m-כלורופניל הידראזון (CCCP), ארסניט או הלם חום פשוט עשויים להיות שימושיים ללחץ תאי כללי עבור מבנים תת-תאיים אחרים. מאז הדמיה חיה של רקמות ex vivo דורש מניפולציה ידנית דגירה במדיה שונה, שליטה זו צריכה להיות תוספת שימושית כדי להבטיח כל תצפיות קרובים לפיזיולוגיה נורמלית ככל האפשר.
The authors have nothing to disclose.
ברצוננו להודות לד”ר ג’רמי סמית על תמיכת ההדמיה ולאן סי שנק על האיורים, ההפקה והווידאוגרפיה. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (1R01GM127938 כדי R.T.C.).
Active dry yeast | Red Star® | ||
CO2 gas | 99.9% purity | ||
CO2 pad | |||
Dissecting microscope, Nikon SMZ645 model | Nikon | ||
Dissecting needles – PrecisionGlide needles | BD | 305165 | B-D 21G1 size |
Dissecting needles – PrecisionGlide syringes | BD | 309657 | Luer-Lok tip, 3 mL size |
Dissecting needles – tungsten wire | Electron Microscopy Sciences | 73800 | |
Dumont #5 forceps (2 pairs) | Fine Science Tools | 11251-10 | |
NI-150 High Intensity Illuminator | Nikon Instruments Inc. | ||
Gibco Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated | Fisher Scientific | 10082-147 | |
Gibco Schneider's Drosophila Media | Sigma-Aldrich | 21720-024 | |
Hydrogen peroxide solution, 30% (w/w) in H2O | Sigma-Aldrich | H1009 | |
Insulin from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | I6634 | |
Spinning disk microscope | Nikon | Equivalent scopes may also be used | |
Lonza BioWhittaker Antibiotics: Penicillin-Streptomycin mixtures | Fisher Scientific | 17-602E | |
MatTek Corporation Glass Bottom Dishes, 35 mm | Fisher Scientific | NC9344527 | |
Micropipettes and tips of appropiate size | Eppendorf | ||
Microcentrifuge tubes, 1.7 mL | VWR | 87003-294 | |
Tetramethylrhodamine, Ethyl Ester, Perchlorate (TMRE) | AnaSpec | AS-88061 | |
w[1118] | Bloomington Drosophila Stock Center | 5905 | Wild-type flies |
y w; clu[CA06604] | Available upon request. | Clu::GFP trap flies |