A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Here we report a protocol to measure oxidative stress in living zebrafish embryos. This procedure allows reactive oxygen species (ROS) detection in both whole embryo tissues and single-cell populations. This protocol will accomplish both qualitative and quantitative analyses.
مستويات عالية من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) قد يسبب تغييرا في دولة الأكسدة الخلوية نحو حالة الاكسدة. يسبب هذا الوضع أكسدة الجزيئات (الدهون والحمض النووي، والبروتين)، ويؤدي إلى موت الخلية. الاكسدة كما يؤثر على تطور العديد من الحالات المرضية مثل مرض السكري، retinopathies، تنكس عصبي، والسرطان. وبالتالي، فمن المهم تحديد الأدوات اللازمة لتحقيق ظروف الإجهاد التأكسدي ليس فقط على مستوى الخلايا واحد ولكن أيضا في سياق الكائنات كلها. هنا، ونحن نعتبر الجنين الزرد باعتبارها مفيدة في نظام الجسم الحي لأداء مثل هذه الدراسات وتقديم بروتوكول لقياس الإجهاد التأكسدي في الجسم الحي. الاستفادة من الفلورسنت تحقيقات ROS وخطوط الفلورسنت المعدلة وراثيا الزرد، ونحن نطور طريقتين مختلفتين لقياس الاكسدة في الجسم الحي: ط) و"الجنين كله طريقة ROS-كشف" لقياس النوعية من الاكسدة والثاني) ل"وحيدة الخلية ROS طريقة الكشف "عن القياسات الكمية من الاكسدة. هنا، علينا أن نظهر مدى فعالية هذه الإجراءات عن طريق زيادة الاكسدة في الأنسجة من قبل وكلاء أكسدة والأساليب الفسيولوجية أو وراثية. هذا البروتوكول هو قابلة للشاشات الوراثية إلى الأمام، وسوف تساعدك العلاقات عنوان السبب والنتيجة من ROS في النماذج الحيوانية من الأمراض المرتبطة الاكسدة مثل الاضطرابات العصبية والسرطان.
يتم تعريف الاكسدة تحديدا كشرط التي تنتج من الأكسدة الخلوية دولة غير متوازن. في تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث بشكل روتيني معقدة داخل الخلايا تحديد للدولة الأكسدة الخلوية. تتكون تفاعلات الأكسدة والاختزال لجميع التفاعلات الكيميائية التي تتكون في نقل الإلكترونات بين الذرات من الجزيئات البيولوجية المنتجة والحد من أكسدة الجزيئات (أي تفاعلات الأكسدة والاختزال). وحفزت هذه التفاعلات حسب الأنواع تفعيلها إلكترونيا (أي الأنواع الموالية للأكسدة)، والتي تتميز عدم الاستقرار الهيكلي المدقع وتفعيل عفوية من الإلكترونات غير متوازن التي تتبادل مع الجزيئات الحيوية المجاورة. ردود الفعل هذه غير منتظمة يؤدي إلى تلف الحمض النووي والبروتين كرسلة، وأكسدة الدهون، ويؤدي في نهاية المطاف إلى موت الخلايا 1. وقد ارتبطت زيادة مستويات الاكسدة مع الشيخوخة والتقدم من مختلف الحالات المرضية 2. الاكسدة لهاتم الإبلاغ عن أن تكون مسؤولة عن التعديلات الأوعية الدموية في مرض السكري وأمراض القلب والأوعية الدموية 3،4. إنها تلعب أيضا دورا حاسما في تنكس الخلايا العصبية في مرض الزهايمر ومرض باركنسون 5. وعلاوة على ذلك، فقد ثبت الاكسدة باعتبارها عاملا حاسما في تطور سرطان تنظم والأحداث النقيلي 6،7. بالإضافة إلى ذلك، قد الالتهاب والاستجابات المناعية انتزاع والإجهاد التأكسدي 8 مزيد من الدعم.
في الخلايا الحية، وتستمد الأنواع الموالية للأكسدة من الأكسجين (ROS؛ أنواع الاكسجين التفاعلية) أو النيتروجين (RNS؛ الأنواع النيتروجين التفاعلي). ROS تشمل شق الهيدروكسيل، وأنيون الفائق (OH) (O 2 -)، وبيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2). وRNS الأساسي هو أكسيد النيتروز (NO). يمكن إنشاء سلسلة من الأنواع رد الفعل الثانوي بحلول التفاعلات عفوية بين:ن ROS وRNS أو المعادن الحرة أيونات 9. على سبيل المثال، وأنيون الفائق يتفاعل مع أكسيد النيتروز لتشكيل peroxynitrate (ONOO -)، في حين H 2 O 2 التفاعل مع الحديد 2 + يولد جذور الهيدروكسيل. ، وذلك بسبب قدرتها على التفاعل مع العديد من الجزيئات الحيوية، تعتبر ROS وRNS تهديدا خطيرا للحفاظ على الدولة الأكسدة الفسيولوجية 10. للحفاظ مجهزة الخلايا الدولة الأكسدة مع سلسلة من الجزيئات إزالة السموم المضادة للأكسدة والانزيمات. وديسموتاز الفائق (الاحمق)، كتالاز، الجلوتاثيون البيروكسيداز وPeroxiredoxins تشكل أساسا مضادة للأكسدة الأنزيمية-الترسانة الخلوية التي توفر الحماية من الأنواع الموالية للأكسدة بما في ذلك H 2 O 2، OH وOONO - 11. أيضا الجزيئات المضادة للأكسدة مثل فيتامين C و E، البوليفينول وCoenzymeQ10 (CoQ10) هي ذات أهمية حاسمة لإرواء ROS وخطيرة رفع أسمائهمrivatives 12،13. ومع ذلك، والإنتاج المفرط للROS وRNS، أو اختلال وظيفي في النظام المضاد للأكسدة، وينقل للدولة الأكسدة الخلوية نحو 14 الاكسدة.
إلى جانب دلالة سلبية، ويمكن ROS تلعب مختلف الأدوار الفسيولوجية في خلايا المنشأ مختلفة. الخلايا تنتج عادة ROS كما يشير الجزيئات البيولوجية للتوسط الأحداث العادية مثل دفاع المضيف وإصلاح الجرح 15-17. ويتم إنتاج أنواع رد الفعل عادة في الخلايا عن طريق الانزيمات داخل الخلايا مثل أكاسيد النيتروجين (NADPH أوكسيديز) وXO (Xantine أوكسيديز) استجابة لعوامل إشارة، عوامل النمو، وتقلبات داخل الخلايا لمستويات الكالسيوم 18،19. وقد أفيد أن ROS قد تعدل تفاضلي النشاط من العوامل النووية الهامة مثل البروتين p53 أو المكونات الخلوية مثل ATM-كيناز، وهو المنظم الرئيسي للاستجابة لأضرار الحمض النووي 20. بالقياس ROS تؤثر بشدة الإشارات الخلوية عن طريق التوسط عشره الأكسدة وتثبيط البروتين phosphatases التيروزين (PTPs)، التي أنشئت كما المنظمين الحرجة من نقل الإشارة 21. وعلاوة على ذلك، ومنهجيات البروتين على أساس إثبات أن RNS مسؤولة أيضا عن التعديلات والتغييرات بروتين معين من الإشارات الجزيئية. RNS تتفاعل مع مجموعات ثيول السيستين تعديلها إلى S-nitrothiols (SNO) واثار المسارات الجزيئية يصاحب ذلك مع الحالات المرضية مثل أمراض المناعة الذاتية والتهابات 22،23.
منذ تجارب زراعة الخلايا تتكاثر إلا جزئيا في العديد من العوامل التي تعمل في الجسم الحي، هو ذات أهمية كبيرة لإجراء دراسات الأكسدة في النماذج الحيوانية 24،25. لتحقيق هذا، وقد اعتبر الزرد نموذج حيواني الفقاريات مناسبة لدراسة ديناميات الاكسدة 26. الزرد هو نظام النموذج الجديد الذي يمنح العديد من المزايا لدراسة الأحداث الخلوية والجينية خلال الفقاريات ديفelopment والمرض. يمكن أن تتولد مجموعات كبيرة من الأجنة والمتاحة لتلبية الاحتياجات الأسبوعية التجريبية. وعلاوة على ذلك وضوح بصرية غير عادية من الأجنة الزرد، وكذلك صغر حجمها، وتمكن التصوير خلية واحدة وتتبع دينامية في الكائنات كلها 27. في العقد الماضي، تم إنشاء عدد كبير من المسوخ الزرد لنموذج الإنسان الحالات المرضية مثل السرطان والأمراض الوراثية 28-31. الأهم من ذلك، وقد تم إنتاج العديد من خطوط المعدلة وراثيا للسماح فرص واسعة من التلاعب الجيني والبيولوجي 32. على سبيل المثال، تستخدم خطوط الزرد المعدلة وراثيا الأنسجة محددة بانتظام لفي الدراسات المجراة. هذه السطور التعبير عن بروتين فلوري تحت سيطرة المروج المحدد، توفر القدرة على تحديد الخلايا واحد في الجسم الحي، فضلا عن التركيب التشريحي أنهم يشكلون.
وقد استخدمت العديد من الدراسات السمية بالفعل رانه الزرد لتقييم تأثير المواد الكيميائية في الجسم الحي من على التوازن الأكسدة، مما يشير إلى مدى ملاءمة هذا الفقاريات بمثابة نموذج حيواني لمجال اكتشاف الأدوية والاكسدة 33-35. على الرغم من أن قد تم اختبارها بعض تحقيقات الفلورسنت لرصد الاكسدة في اليرقات الزرد 36،37، لا توجد فحوصات أنشئت لكشف وقياس مستويات الاجهاد التأكسدي في الأنسجة والخلايا الحية الزرد. نحن هنا وصف الإجراء لفي الجسم الحي الكمي الاكسدة في الخلايا من الأجنة الزرد الحية. أدوات التصوير، FACS الفرز، تحقيقات الفلورسنت والظروف المؤيدة للأكسدة يتم الجمع بين جميع لتوليد مقايسة بسيطة للكشف وتقدير من الأنواع المؤكسدة في الأجنة والأنسجة الزرد.
1. إعداد أدوات وحلول العامل
2. التزاوج من أسماك الكبار واختيار الأجنة الزرد
3. معالجة الأجنة مع مؤكسد عامل
4. الجامع جبل ROS طريقة الكشف
5. وحيد الخلية الطريقة ROS-الكشف
من خلال تطبيق الأسلوب هنا وصفها، ويمكن قياس بسهولة وكشف الاكسدة (ومستويات ROS) في الأنسجة الجنينية الزرد. بعد عبور الزرد الكبار، يتم جمع البيض ويسمح لتطوير عند 28 درجة مئوية إلى 72 ساعة بعد الإخصاب (HPF). من أجل حمل الاكسدة، نقترح نهجين مختلفين: 1) معالجة الأجنة مع الكواشف قو...
خطوات حاسمة
ويتألف الإجراء للكشف الاكسدة في الأجنة الزرد الموصوفة هنا طريقتين مختلفتين. كلها طريقة التحميل ROS-الكشف هو أساسا فحص النوعية لROS-كشف، في حين يسمح للخلية واحدة طريقة ROS-كشف القياسات الكمية أكثر تحديدا (الشكل 1). ?...
The authors have nothing to disclose.
Support in Massimo Santoro lab come from HFSP, Marie Curie Action, Telethon and AIRC. We thank Dafne Gays and Emiliano Panieri for critical reading of the manuscript.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Hydrogen peroxide solution | SIGMA | 516813 | DO NOT STORE DILUITIONS |
Hank's Balanced Salt Solution 1X | GIBCO | 14025 | |
Methyl cellulose | SIGMA | M0387 | |
Instant Ocean Aquarium Sea Salt Mixture | INSTANT OCEAN | SS15-10 | |
Tricaine | SIGMA | A5040 | |
Cgeneric ROS-sensitive probe: CellROX Deep Red Reagent | INVITROGEN | C10422 | |
Mitochondria specific ROS-sensitive probe: MitoSOX | INVITROGEN | M36008 | dissolve one vial with 13μl of DMSO |
Hydroethidine | INVITROGEN | D23107 | |
Rotenone | SIGMA | R8875 | Prepare 5mM stock solution in DMSO. |
Dimethyl sulfoxide | SIGMA | D2650 | |
VAS2870; 3-Benzyl-7-(2-benzoxazolyl)thio-1,2,3-triazolo(4,5-d)pyrimidine | EnzoLifeScience | BML-EI395 | dissolve the powder in DMSO; diluite in fish water |
Propidium Iodide | Molecular probes (Life Technologies) | P3566 | |
7-aminoactinomycin D (7-AAD) | Molecular probes (Life Technologies) | A1310 | |
Nrf2a Morpholino | GeneTools | 5'-CATTTCAATCTCCATCATGTCTCAG-3' | Ref: Timme-LaLaragy et al; 2012 (PMID: 22174413); Kobayashi et al; 2002(PMID:12167159 ) |
Collagenase P | ROCHE | 11213857001 | Dissolve the powder at 100mg/ml in sterile HBSS. Store aliquots at -20°C |
Phosphate-Buffered Saline (PBS) | GIBCO | 10010-056 | |
Fetal Bovine Serum | GIBCO | 10082-147 | |
Complete Protease Inhibitor Cocktail Tablets | ROCHE | Dissolve one tablet in 1ml of water | |
0.5% Trypsin-EDTA (10x), no phenol red | GIBCO | 15400-054 | Prepare 1X working solution before usage |
Compound microscope | ZEISS | ||
Stereo microscope with fluorescent illumination | Nikon | AZ100 | |
camera | ZEISS | AxioCamMRm | |
software for fluorescence image acquisition | ZEISS | ZEN 2011 | |
Fluorescence-activated cell sorter | BD FACSCalibur | ||
Centrifuge | Eppendorf | 5417R | |
FACS tubes | BD | 342065 | |
Multiwell Plate | BD Falcon | 353047 | |
Sterilized, non treated Petri dishes 90mm | VWR | 391-1915 | |
Confocal microscope | Leica | Leica SP5 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved