A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
إعادة تنشيط الخلايا المتحركة في المختبر هي تجربة حاسمة في فهم آليات حركة الخلايا. يصف البروتوكول إعادة تنشيط نماذج الخلايا المخروطنة من Chlamydomonas reinhardtii ، وهو كائن حي نموذجي لدراسة الأهداب / السوط.
منذ التجربة التاريخية على تقلص العضلات المغلورة عن طريق إضافة ATP ، والتي أظهرها Szent-Györgyi في منتصف القرن 20th ، في المختبر إعادة تنشيط الخلايا المخربة كانت طريقة تقليدية وقوية لفحص حركة الخلية. الميزة الأساسية لهذه الطريقة التجريبية هي أن تكوين حل إعادة التنشيط يمكن تغييره بسهولة. على سبيل المثال ، يمكن تكرار بيئة تركيز Ca2+ عالية المستوى تحدث مؤقتا فقط بسبب إثارة الغشاء في الجسم الحي في المختبر. الأهداب حقيقية النواة (المعروفة أيضا باسم السوط) هي آلية حركية معقدة لا يزال يتعين توضيح آلياتها التنظيمية. الطحالب الخضراء أحادية الخلية Chlamydomonas reinhardtii هي كائن حي نموذجي ممتاز في مجال أبحاث الأهداب. وقد ساهمت تجارب إعادة التنشيط باستخدام نماذج الخلايا غير المخربة من C. reinhardtii ومشتقاتها ، مثل axonemes deembranated من الأهداب المعزولة ، بشكل كبير في فهم الآليات الجزيئية للحركة الهدبية. أوضحت تلك التجارب أن ATP ينشط الحركة الهدبية وأن الإشارات الخلوية المختلفة ، بما في ذلك Ca2 + و cAMP وأنواع الأكسجين التفاعلية ، تعدل الحركات الهدبية. يتم وصف الطريقة الدقيقة لإزالة الترشيح لخلايا C. reinhardtii وإعادة تنشيط نماذج الخلايا هنا.
تعد إعادة تنشيط الخلايا المتحركة المزخرفة في المختبر أداة قيمة لدراسة الأساس الجزيئي للآلية التنظيمية لحركية الخلية. أظهر Szent-Györgyi لأول مرة في المختبر تقلص ألياف العضلات الهيكلية للأرانب المستخرجة من الجلسرين بنسبة 50٪ عن طريق إضافة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)1. كانت هذه التجربة هي الأولى التي تثبت أن ATP ينشط تقلص العضلات. وسرعان ما طبقت المنهجية على دراسة الحركة الهدبية/السوطية المنشطة من قبل ATP، مثل سوط الحيوانات المنوية2، وأهداب باراميسيوم 3، وأهداب الكلاميدوموناس رينهاردتي (وتسمى أيضا السوط)4 باستخدام منظفات غير أيونية لإزالة الثقب.
الطحالب الخضراء أحادية الخلية C. reinhardtii هي كائن حي نموذجي لدراسة الأهداب: فهي تسبح مع اثنين من الأهداب عن طريق ضربها مثل ضربة صدر الإنسان5. يتم تشغيل الحركة الهودية بواسطة الداينين ، وهو بروتين حركي قائم على الأنابيب الدقيقة موجه في النهاية 6,7. يمكن تصنيف الداينات الهدبية إلى داينيات خارجية الذراع وداينات داخل الذراع. تم عزل المتحورات التي تفتقر إلى كل نوع من أنواع الداينين كمتحولات بطيئة السباحة مع تشوهات حركية مختلفة. وقد أدى التحليل الحركي المفصل في المختبر لهذه الطفرات إلى تقدم كبير في أبحاث الداينين8.
تم التوصل إلى العديد من النتائج الهامة باستخدام هذه الطريقة ومشتقاتها منذ إنشاء تجربة إعادة التنشيط في المختبر لخلايا C. reinhardtii (نماذج الخلايا). على سبيل المثال ، أظهرت إعادة تنشيط نماذج الخلايا في سلسلة من المخازن المؤقتة Ca 2 +9 أن اثنين من الأهداب يتم تنظيمهما بشكل مختلف بواسطة ca2 + تحت micromolar ، وهذا التحكم غير المتماثل في الأهداب يمكن من التوجيه الضوئي ل C. reinhardtii10. علاوة على ذلك، تظهر كل من الأهداب تحويل الشكل الموجي من وضع السباحة الأمامي (يسمى الشكل الموجي غير المتماثل) إلى وضع السباحة الخلفي (يسمى الشكل الموجي المتماثل الذي يظهر لفترة قصيرة عندما تكون الخلايا مصدومة) 11،12. يتم تنظيم هذا التحويل الموجي بواسطة Ca2+ تحت الملليمولي ، والذي ظهر من خلال إعادة تنشيط ما يسمى بجهاز السوط النووي (وهو مجمع يحتوي على أهداب ، والأجسام القاعدية ، والهياكل التي تربط الأجسام القاعدية بالنواة ، وبقايا النواة)11 أو المحاور غير المخروطنة للأهداب المعزولة13. بخلاف Ca2+ ، فإن اتزان الأكسدة والاختزال (الحد من الأكسدة) هو إشارة تنظم تردد الضرب الهدبي ، والذي تم إظهاره من خلال إعادة تنشيط نماذج الخلايا في مخازن الأكسدة والاختزال التي تحتوي على نسب مختلفة من الجلوتاثيون المنخفض مقابل الجلوتاثيون المؤكسد14. بالإضافة إلى ذلك ، ينظم أحادي فوسفات الأدينوسين الدوري (cAMP) بشكل غير متماثل اثنين من الأهداب ، والتي ظهرت من خلال إعادة تنشيط axonemes مع cAMP15 المحبوس القابل للانقسام الضوئي. وقد أدت هذه النتائج في المختبر ، جنبا إلى جنب مع النتائج الجينية ، إلى فهم أعمق للآليات الجزيئية لتنظيم الأهداب في C. reinhardtii.
يتم وصف بروتوكول لإعادة تنشيط نماذج الخلايا هنا. هذه الطريقة بسيطة ، وتسمح بإجراء تعديلات مختلفة ، ويمكن تطبيقها على كائنات حية متعددة تتحرك مع الأهداب. ومع ذلك ، نظرا لأن الخلايا المزروعة هشة ، فإنها تتطلب بعض النصائح لإعادة تنشيط حركة نماذج الخلايا بكفاءة جيدة مع منع الإهلاك.
تم استخدام سلالة من النوع البري من Chlamydomonas reinhardtii ، CC-125 ، لهذه الدراسة. تم الحصول على CC-125 من مركز موارد الكلاميدوموناس (انظر جدول المواد) واحتفظ به على ترايس أسيتات فوسفات (TAP) 16 ، 1.5٪ من وسط الأغاروز عند 20-25 درجة مئوية.
1. زراعة الخلايا
الشكل 1: الثقافة السائلة بعد زراعة لمدة يومين. من صفيحة أجار TAP-1.5٪ ، تم تلقيح جزء من الخلايا البرية لملء حلقة البلاتين إلى ~ 150 مل من وسط سائل TAP في قارورة. كانت كثافة الخلايا بعد زراعة يومين 2.3 × 106 خلايا / مل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الفيلم 1: سباحة الخلايا الحية. لوحظت الخلايا تحت المجهر باستخدام عدسة موضوعية 10x ومكثف المجال المظلم لغمر الزيت. شريط المقياس = 100 ميكرومتر .
2. إعداد نماذج الخلايا المخروطنة
ملاحظة: قبل بدء التجربة، احتفظ بمخزن الغسيل المؤقت في درجة حرارة الغرفة وإزالة التخمير، والتخفيف، وإعادة التنشيط، ومحلول ATP على الجليد. ويرد تكوين هذه المخازن المؤقتة في الجدول التكميلي 1.
الشكل 2: التخلص من السوبرناتانت. تمت إزالة بقية السوبرناتانت بعناية باستخدام ماصة باستور بعد إزالة السوبرناتانت عن طريق صب الأنبوب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: إزالة الترسب . (أ) بعد تراكب 0.5 مل من محلول الإزالة على حبيبات الخلية ، تم خلط المحلول بيد لتعليق الخلايا تقريبا. (ب) بعد الخلط ، تم تعليق بقية بيليه الخلية بالكامل في المحلول بواسطة ماصة باستور. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: آثار التفكيك . (أ) خلية حية عالقة على شريحة زجاجية. (ب) نموذج خلية عالق على شريحة زجاجية. لاحظ أنه في نموذج الخلية ، أصبحت الأهداب أرق قليلا. وقد لوحظت الصور تحت المجهر باستخدام عدسة موضوعية 20x ومكثف المجال المظلم لغمر الزيت. شريط المقياس = 10 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الفيلم 2: تأكيد التفكيك. وقد لوحظ تعليق نموذج الخلية تحت المجهر باستخدام عدسة موضوعية 10x ومكثف المجال المظلم لغمر الزيت. لم تكن هناك زنزانة تسبح. شريط المقياس = 100 ميكرومتر .
3. إعادة تنشيط نماذج الخلايا المخروطنة
الشكل 5: محلول الخلط عن طريق النقر على الأنبوب . (A) إلى 80 ميكرولتر من محلول إعادة التنشيط ، تمت إضافة 10 ميكرولتر من محلول ATP ، و 10 ميكرولتر من نماذج الخلايا بترتيب تسلسلي. (ب) تم خلط المحلول عن طريق النقر على الأنبوب بإصبع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: صنع الفواصل على حواف الغطاء (أ) تم تطبيق طبقة رقيقة من البترول الأبيض على الجزء الخلفي من اليد. (ب) تم كشط كمية صغيرة من البترول الأبيض بحافة من الغطاء. (ج) تم عمل فاصل على حافة الغطاء. (د) تم عمل فاصل آخر على الحافة المقابلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الفيلم 3: السباحة في نماذج الخلايا المعاد تنشيطها. أعيد تنشيط حركة نماذج الخلايا عن طريق إضافة ATP بتركيز نهائي قدره 1 mM ، وتمت ملاحظته تحت المجهر باستخدام عدسة موضوعية 10x ومكثف المجال المظلم لغمر الزيت. شريط المقياس = 100 ميكرومتر .
تظهر هنا عملية إزالة الترشيح وإعادة التنشيط في سلالة C. reinhardtii البرية (CC-125). أصبحت الثقافة بعد يومين من التلقيح لونا أخضر فاتحا (الخطوة 1.1) (الشكل 1). تم جمع الخلايا (الخطوة 2.1) ، وغسلها (الخطوة 2.2) ، وإزالة الترسبات (الخطوة 2.5). بعد إزالة الترسبات ، أصبحت جميع نماذج الخلايا غي?...
هناك خطوتان حاسمتان في هذا البروتوكول. الأول هو عملية تعرف باسم إزالة النخاع ، والتي يجب تنفيذها بلطف ولكن بدقة. يحدث التفكيك (أي فصل الأهداب عن جسم الخلية) عن طريق السحب القوي أو الدوامة ، مما يجعل نماذج الخلايا غير متحركة حتى بعد إضافة ATP. عادة ، يتم تعليق 5 × 107 خلايا في ~ 0.5 مل من المخز?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذه الدراسة من خلال منح من الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم KAKENHI (https://www.jsps.go.jp/english/index.html) إلى جامعة الأمم المتحدة (19K23758 ، 21K06295) و K.W. (19H03242 ، 20K21420 ، 21H00420) ، من مؤسسة Ohsumi Frontier Science Foundation (https://www.ofsf.or.jp/en/) إلى K.W. ، ومن التحالف الديناميكي للابتكار المفتوح الذي يربط بين الإنسان والبيئة والمواد (http://alliance.tagen.tohoku.ac.jp/english/) إلى N.U. و K.W. ونشكر السيدة ميوكي شينوهارا (جامعة هوسي) على مساعدتها في إعداد الأرقام.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.5 mL plastic tube | QSP | 502-PLN-Q | |
15 mL conical tube | SARSTEDT | 62.554.502 | |
Adenosine 5'-triphosphate disodium salt hydrate (ATP) | Sima-Aldrich | A2383 | |
Centrifuge | KUBOTA | 2800 | |
Chlamydomonas strain CC-125 | Chlamydomonas Resource Center | https://www.chlamycollection.org/ | |
Creatine kinase | Merck | CK-RO | |
Creatine phosphate | Merck | CRPHO-RO | |
Dithiothreitol (DTT) | Nakalai tesque | 14128-46 | |
GEDTA(EGTA) | Dojindo | G002 | |
Hepes | Dojindo | GB70 | |
Igepal CA-630 | Sigma-Aldrich | I8896 | IUPAC name is octylphenoxypolyethoxyethanol: IGEPAL CA-630 is a substitute for Nonidet P-40 (NP-40); NP-40 is no longer available in Sigma-Aldrich. |
MgSO4-7H2O | Nakalai tesque | 21002-85 | |
Microscope | Olympus | BX-53 | |
Pasteur pipette | fisher scientific | 13-678-20C | |
Polyethylene glycol, Mr 20,000 | Merck | 8.18897.1000 | |
Pottasium acetate | Nakalai tesque | 28434-25 | |
Sodium Hydroxide | Nacalai | 31511-05 | |
Sucrose | FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation | 196-00015 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved