このプロトコルの目的は、ショ ウジョウバエ 卵巣の細胞下構造の局在およびダイナミクスに対する酸化損傷の影響を可視化するために、ライブ画像を使用することです。
ショウジョウバエメラノガスター卵巣の生画像化は、リボヌクレオタンパク質粒子運動、mRNA局在、オルガネラ運動、細胞骨格動態など、開発中のさまざまな基本的な細胞プロセスを理解するのに役立っています。ライブイメージングには、開発されたいくつかの方法があります。各方法は、培地やハロカーボンオイルに入れられた個々の卵巣を解剖することを含むという事実のために、低酸素症および/または物理的操作による細胞損傷は必然的に時間の経過とともに起こる。低酸素症の下流の効果の1つは、細胞内の酸化的損傷を増加させることである。このプロトコルの目的は、制御された細胞損傷の誘導後のショウジョウバエ卵巣における細胞下構造の局在およびダイナミクスに対する酸化損傷の影響を可視化するために、ライブ画像を使用することである。ここでは、過酸化水素を用いて細胞酸化損傷を誘導し、このような損傷がミトコンドリアとClu至福粒子の2つの細胞下構造に及ぼす影響の例を挙げる。しかし、この方法は、細胞内構造に適用可能である。制限は、過酸化水素は水性媒体にのみ添加でき、ハロカーボン油を使用するイメージングには機能しないことです。利点は、過酸化水素が容易に入手でき、安価であり、迅速に作用し、その濃度を変調することができ、酸化的損傷は、低酸素症および操作による一般的な組織損傷によって引き起こされる損傷の良好な近似である。
複数の異なる細胞ストレッサーは、実験培養中に発生し、組織の操作の際に発生する可能性があります ex vivo, 熱ショックを含みます, 酸化ストレス, 浸透ストレス, 栄養ストレス, および毒性条件.ライブイメージングは、実験的な処理と操作後のex vivo組織のリアルタイム変化を視覚化するために使用される強力なツールです。微細な組織解剖と操作は練習を行い、解剖からイメージングまでの時間は経験によって異なる場合があります。この方法を開発するための根拠は、組織をライブイメージング用に準備すると、解剖およびイメージング調製中に細胞ストレスを引き起こす可能性があるという懸念に基づいています。これは、細胞代謝の変化や利用可能な酸素レベルに敏感なプロセスのために特に問題になる可能性があります, ミトコンドリア機能など.野生型のサンプルを並行して持つことは重要なコントロールですが、細胞下構造の一部または全部が解剖による損傷や細胞ストレスによるもので、通常の生理学や治療や突然変異を反映していない可能性があります。
この潜在的な問題に対処するために、我々は細胞の酸化損傷を誘導するために、ライブイメージング中に過酸化水素添加を使用する。この方法の目的は、細胞内構造への影響を監視するために組織に損傷を誘発することにある。このプロトコルは、2つの目的に有用である:1)対象の構造の細胞内局在化の変化が未経験の解剖によって引き起こされるストレスによるものであるかどうかを判断し、2)研究者が制御されたストレスが目的の構造に及ぼす影響を監視するために説明された解剖技術に自信を持っていった。ここでは、酸化損傷の増加が、ミトコンドリアとClu至福粒子の2つの細胞内構造の変化を引き起こす方法の2つの例を示す。これを行うために、我々は生画像研究のための一般的なモデルであるショウジョウバエ卵巣を使用する。最初の例では、ミトコンドリアの局在を調べます。私たちの経験では、女性生殖細胞における正常なミトコンドリア局在化は摂動に対して非常に敏感であり、細胞ストレスの先駆者として作用することができる。ショウジョウバエ雌胚芽細胞におけるミトコンドリアは、通常、細胞質2中に均一に分散している。過酸化水素添加は、オルガネラを原因に、様々な突然変異3、4、5と同様の方法でオルガネラを迅速に誤局化し、クラスター化する。2番目の例は、クルーレス(Clu)によって形成された至福の粒子です。Cluは細胞質全体に拡散するリボヌクレオタンパク質である;しかし、それはまた、最適な細胞条件5の下でミトコンドリア関連粒子を形成する。Clu粒子の存在は健康な細胞状態に依存するため、我々はそれらを「至福」粒子3、5、6と呼んでいる。過酸化水素を添加すると、これらの粒子は細胞質5に迅速に分散し均一になる。我々の研究の過程で、我々はこれらの細胞下構造の両方の局在化の変化を観察したが、ライブイメージング研究を行った後にのみ、細胞のストレスと酸化損傷がミトコンドリアおよび至福の粒子の局在化およびダイナミクスに及ぼす影響を十分に理解することができた。
既に確立されている方法または代替方法への追加として、このプロトコルの有用性は、いくつかの要因に依存します。まず、画像化プロトコルは薬物添加に適している必要があります。サンプルがカバースリップの下とハロカーボンオイルに取り付けられている場合、この方法は可能ではありません 7 .H2O2添加は酸化損傷の急激な上昇を引き起こし、したがって、このタイムスケールは適切でない場合がある。酸化的損傷は低酸素症の代理とみなされ得る。しかし、特定の細胞部成分の損傷に対する適切な制御として機能するには、あまりにも過酷または一般化しすぎる可能性があります。最後に、発達過程に続くもののような長時間の撮像実験では、H2O2添加が強すぎる場合がある(例えば8)。濃度曲線をテストすると、この制限を克服できます。
このプロトコルは、生画像実験のための卵巣解離および組織インキュベーションによるアーチファクトの制御として有用な付加である可能性がある。重要な手順は、他のライブ イメージング プロトコルで見られる手順と似ています。ショ ウジョウバエ の卵巣全体を解剖する方法を学ぶには練習が必要です。しかし、通常、このスキルは、適切な解剖ツールを使用してかなり迅速に学習することができます。より習得が難しいのは、卵巣と各卵巣13を包む筋肉を取り除くことである。これは、筋肉の収縮が画像の取得を妨げないようにするために行う必要があります。これを行うために鋭利なタングステン針を使用しても成功しない場合、オバモールの先端にあるゲルマリウムは鉗子と筋鞘から引っ張られた卵巣で把握することができます。しかし、この技術は、損傷を受ける可能性があるため、初期の発達段階を調べる場合には問題となります。もう一つの重要なステップは、H2O 2を追加するときに皿の底に置かれている卵巣子を取り除かないようにすることです。さらに重要な側面は、すべてのライブイメージングによって共有されています:研究者は、治療前に目的の構造が蛍光的に十分に標識されていることを確認する必要があります。ここで使用される料理 (材料表) は、ライブイメージングに一般的に使用されます。しかし、底面にガラスカバースリップや大きなガラスカバースリップを持つ皿やスライドは、メディアの蒸発を防ぐためにメディアの落下をカバーできる限り機能するはずです。特定の顕微鏡を使用する一方で、問題の細胞内構造を見るのに十分な倍率を持つ反転顕微鏡と、十分な解像度と画像キャプチャレートを持つカメラが動作するはずです。
当研究室ではミトコンドリア機能に関心を持っていますが、核、細胞骨格、小胞体など、細胞下の構造や小器官の動態や局在を調べるのに役立ちます。ただし、この方法には制限があります。過酸化水素を添加するためには、組織は水性媒体に入っている必要があります。ライブイメージングの代替方法は、モデル生物7,14におけるGFPの動的移動の最初の例を含むショウジョウバエの卵巣細胞における多くの重要なプロセスを記述するのに役立ったハロカーボンオイルを使用するものである。さらに、過酸化水素を培地に添加すると、広域的な酸化損傷を引き起こし、特に開発を調べる長い実験のために、関心のある細胞プロセスに有益である組織に対する侮辱が過度に一般的である可能性があります。この急速で広範で不可逆的な酸化損傷のために長期間にわたって細胞を視覚化する必要がある実験を行うことは不可能かもしれませんが、我々が述べた急性過酸化水素治療は、イメージング期間内のほとんどの段階で同じ効果を見ることができるので、ほとんどの段階でoogenesisに適用可能であることがわかります。プロトコルの低コストと容易さを考えると、損傷のコントロールが有用であり、固定および抗体標識の前の治療としても使用できます。
我々の手では、H2O2処理は、様々なショウジョウバエ変異体に見えるミトコンドリアの誤局在化およびClu至福粒子分散の変化を模倣する。また、研究室の解剖技術の新しい研究者のために見る結果を模倣します。したがって、この方法は、サンプル調製および一般的な細胞ストレスがミトコンドリアの誤局在化および至福の粒子の存在に予期せぬ、以前は原因不明の変化を引き起こす可能性があることを明確に明らかにした。この技術を前進させると、過酸化水素濃度がより高い濃度または低濃度を用いて変調され得る。より低濃度を用いて細胞効果が見られる場合、メディアをコンプリートシュナイダーの物に置き換えることでストレス表現型が可逆的である可能性がある。シアン化カルボニルm-クロロフェニルヒドラゾン(CCCP)、アルセイン酸または単純な熱ショックなどの異なる細胞ストレッサーは、他の細胞下構造の一般的な細胞ストレスに有用であることが証明される可能性があります。ex vivo組織のライブイメージングでは、異なる媒体での手動操作とインキュベーションが必要であるため、この制御は、観察が可能な限り正常な生理学に近いものであることを保証するために有用な追加である必要があります。
The authors have nothing to disclose.
ジェレミー・スミス博士のイメージングサポート、アン・C・シェンクのイラスト、制作、ビデオ撮影に感謝します。この研究は、国立衛生研究所(1R01GM127938からR.T..C)によってサポートされました。
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 |