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我们目前在解剖C.积极ERK的时间和空间定位的免疫基于成像的方法线虫性腺。这里所描述的协议可以适于任何信令的可视化或结构蛋白中的C.线虫性腺,提供了合适的抗体试剂是可用的。
在进化上保守的细胞外信号转导的RTK-RAS-ERK途径是重要的激酶信号级联经由 ERK,所述通路的末端激酶的激活主要控制多个蜂窝和发育过程。 ERK活性的紧缩调控是正常发育和体内平衡至关重要;过度的细胞增殖过度活跃ERK的结果,但不够活跃的ERK导致细胞死亡。C.线虫是一种强大的模型系统,帮助开发过程中表征RTK-RAS-ERK信号通路的功能和调节。特别是,RTK-RAS-ERK途径为C.必不可少线虫种系的发展,这是该方法的焦点,利用特定于ERK(dpERK)的活性,diphosphorylated形式的抗体,所述定型本地化模式可以与种系内被可视化。因为该模式是在空间和时间控制研究版,可重复地测定dpERK的能力是有用的,以确定影响dpERK信号持续时间和幅度,因而种系发育途径的调节剂。在这里,我们将演示如何成功地解剖,染色和图像dpERK的内C.线虫性腺。这种方法可以适用于任何信号的空间定位或结构中的蛋白质C.线虫性腺,提供兼容的免疫抗体是可用的。
的受体酪氨酸激酶(RTK) -大鼠肉瘤(RAS)-Extracellular信号调节激酶(ERK)途径通过一个保守的激酶级联,其导致ERK 1-3的磷酸化和激活中继外信号。 ERK蛋白的保守脯氨酸定向的丝氨酸/苏氨酸的MAP(促分裂原活化蛋白)激酶家族成员,和由MEK 经由在保守TEY基序的苏氨酸(T)和酪氨酸(Y)的双重磷酸化被直接激活。活性ERK(简称diphosphorylated ERK,或dpERK),然后通过其下游底物1-3的电池的磷酸化调节许多细胞和发育过程。因此异常ERK活性导致许多细胞和发育缺陷4-7。
ERK活性严厉的调控是正常发育的关键:在哺乳动物系统太多ERK活性导致过度的细胞增殖领先到致癌增长;活动太少导致细胞死亡4,6。另外,在ERK活性的持续时间的变化也可导致不同的结果:在PC12细胞中,ERK活化为60分钟或更多诱导神经元分化8,9 30分钟或更小诱导细胞增殖,但ERK活化。 ERK活性的紧缩调控因而是正常发育和体内平衡显然是必不可少的。
线虫是一个强大的,和基因可塑性模型系统解剖RTK-RAS-ERK信号通路3,10-15的功能和调节。相对于哺乳动物系统,其中包含的RAS和ERK,C多个基因线虫包含一个RAS基因( 让-60)和一个ERK基因(MPK - 1),使得它在其中剖析该途径3,10-14的功能的基因更容易的系统。 C.在线虫种系本质上是一个管,它由有丝分裂的茎在其远端并在其近端( 图1)16细胞成熟的卵母细胞。生殖细胞发起减数分裂只是通过扩展减数分裂前期(粗线),之后他们开始形成在环区域的卵母细胞,最后进行卵母细胞成熟中的近端区域16近端向远端有丝分裂区,和进步。
从多个实验室,包括我们自己的遗传学研究,证明了RTK-RAS-ERK信号通路是在生殖C.发展至关重要线虫 12,13,15,17-19。具体来说,我们发现,ERK控制和种系发育过程坐标至少九个不同的生物过程,从发育开关,如生殖细胞凋亡与细胞生物过程,如卵母细胞的生长11,18。很像在哺乳动物系统中,C.太多ERK活性线虫生殖细胞导致生产多个小卵母细胞中,而李太ttle活动结果于一体的大型卵母细胞11。因此dpERK的严格监管是正常的生殖细胞发展至关重要。在成熟再次dpERK中期粗线期间是高( 区1,图1),低的环区和高:ERK的活性形式,如可视化通过特定dpERK的抗体,显示一个定型的,动态的,双峰的定位图案卵母细胞( 区域2,图1)。最近,我们发现,营养作用通过胰岛素样生长因子受体1(DAF-2)在1区12来激活ERK;以前的工作表明,精子的信号( 通过肝配蛋白受体酪氨酸激酶)在2区13激活ERK。
鉴于活性ERK的作为在种系变阻器来调节卵母细胞的生长,空间和时间定位,以及dpERK的幅度,是关键是理解它的正常信令结果。使用此处描述的方法中,在改变dpERK的刻板定位可以很容易地监控并在环境或遗传扰动对ERK活性,因此功能的影响,得出的预测。因此,测定为dpERK使得其作用的种系发育期间的全面理解。
这里描述的协议主要是对无脊椎动物模型系统C.线虫 ,并遵循所有由该机构规定的道德准则。
1.动物保养
2.解剖成虫的性腺获得
3.固定性腺
4.阻塞和主要抗体治疗
5.二级抗体治疗
6.组装幻灯片和成像
在成年野生动物雌雄同体,dpERK通常是通过-4或-5(2区)可视中旬粗线区,1区,并在从-1最成熟的卵母细胞。在该激活模式扰动反映改变到信号通路。母种系不指定精子,因此不会在第2区显示的ERK的活化,仅在1区弱活化这些在图5表示。
图1:C。线虫生殖形态,用白线概述一个U形形的性腺手臂成人雌雄同体的微分干涉对比(DIC)的形象。成年两性性腺包含在远侧尖端有丝分裂的细胞。有丝分裂的细胞通过减数分裂(粗线期)发展成为matur进入减数分裂和进步Ë卵母细胞在近端性腺。在成人两性性腺dpERK的1区和2马克刻板的本地化。规模:20微米请点击此处查看该图的放大版本。
图2:解剖过程中针位的示范左 :过程解剖的照片。右:参照蠕虫针位置请点击此处查看该图的放大版本。
图3:琼脂糖准备幻灯片演示。 (a)将磁带lengthwisË在2个干净的显微镜载玻片。放置两个幻灯片与磁带之间的新鲜干净的显微镜载玻片,如图所示。三个幻灯片彼此相邻纵向。(B)添加琼脂糖熔化,在中心的幻灯片。(C)将新鲜的显微镜载玻片垂直,以及,中间滑板顶部,承载琼脂糖的下降。( D)允许琼脂糖凝固。(E)拆下顶部滑动留下凝固的琼脂糖凝胶垫后面。使用有安装解剖和种系染色琼脂糖垫的底部幻灯片。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4:成像幻灯片作为野生型种系用DAPI 一个蒙太奇蒙太奇( 吨 。运算)和dpERK( 底部 )信道。在63X重叠边界拍摄的图像,是在两个不同的通道同时取出白色框面板A和B以及绿盒面板B和C的DAPI和dpERK图像为每个面板。组装的图像示于图5A。比例尺:20微米请点击此处查看该图的放大版本。
图5:动态时空的ERK /空间激活。 (AC)WT(N2)成人(发展24小时过去年年L4期)染色的DNA(B,DAPI,白)和dpERK雌雄同体种系(C,红色)。在1区,粗线区和2区,成熟的卵母细胞的dpERK信号被高亮显示。(DF)雾-2(oz40)女性生殖细胞系(在8小时的发展过去年年L4期)染色的DNA(E,DAPI)和dpERK(F)。年轻女性生殖细胞系显示在1区弱dpERK,并在精子独立的方式单一的卵母细胞。区2是精子依赖性的,并因此在阴种系不存在。比例尺:20微米请点击此处查看该图的放大版本。
主动ERK(dpERK)遵循了C的刻板空间和动力定位模式线虫生殖细胞。这种定型dpERK空间图案( 图5),和振幅中的成人C.线虫性腺,可以与ERK的调节许多生物过程被有效地相关。例如,无法激活ERK在2区导致逮捕在卵母细胞减数分裂,在不指定精子,因而不激活成熟卵母细胞ERK( 图5)女性生殖细胞系观察到的表型的前期。与男性"在2区在女性生殖细胞系11,13 dpERK的有效积累,加上卵母细胞成熟和排卵的发生结果交配。因此,空间格局,并在一定的遗传扰动(如RNA干扰介导的基因失活)或化学处理dpERK的时间激活分析,便可以对REGU因素识别晚ERK信号,从而ERK依赖的生物学过程。这样的分析也使信号通路之间新的遗传相互作用的发现。
用于任何成像基于分析的关键瓶颈是官能试剂的可用性如特定于应用程序的抗体。如果那么这样的试剂的存在,如上述的一种方法,可以很容易地适于本地化模式的分析为任何感兴趣的蛋白质。应用程序因此通过一个功能抗体的可用性的限制。此外,由于该方法描述了在给定的发育时间解剖和染色,它不仅能使的信息在一时间帧的捕捉,以及实时或蛋白质周转速率的动态或蛋白质调控不线索。
上述方法适于从Francis 等。23,其是从Seydoux和唐恩m个不同ethod 24性腺挤压和抗体染色。根据弗朗西斯等人的方法。将被称为"悬浮法"并称为"冻结破解方法"进行比较的Seydoux和邓恩方法。该悬浮液的方法是非常有效的在我们手中用于获得信号传导分子如dpERK,这是固有苛刻的操作条件更敏感的可重复的定位模式。在dpERK定位的情况下,根据我们的经验,在1区的信号与冻结破解方法几乎检测不到。此外,样品烘干,而这往往与冻结破解方法出现,结果中的虚假抗体信号。该悬浮液的方法最大程度地减少样品烘干,由于性腺悬浮于液体的整个过程。我们还发现,悬浮法是上一张幻灯片成像多个不同基因型有用。例如,如果两个基因型,如雌雄同体VS女性必须直接用于dpERK定位相比,两种基因型可以混合在一起,并进行处理。因为表型是不同的,并且可以通过 DAPI形态区分开来,这是可能的。染色在同一管,随后通过成像在同一滑动允许从不同基因型性腺之间直接比较。或者,如果DAPI形态没有区别,则一个两步抗体染色可以采用。首先每个个体基因型与两个不同的抗体治疗,抗体,一种WT和抗体B突变体(两种抗体需要从dpERK抗体不同的宿主,以升高)。一旦两个基因型已染色与第一抗体,并洗涤,可以将它们一起在一个试管混合并立即与dpERK抗体染色,接着通过二次抗体处理可视化在管的所有抗体。能力为D时,不同基因型上一张幻灯片比较,特别是的激活模式eductions正在作出保证不会受到明显的染色条件准确的解释。
虽然有利,也有整个悬浮法多个步骤,需要谨慎操作。至关重要的是,发生在时间效率的方式解剖;重要的是,夹层不应该接管5分钟。较长解剖时间导致可变dpERK信号,其可以经常被误认为在ERK活化调节的变化,而不是作为技术故障。因为在各个洗涤步骤性腺可以容易地从由于移液误差管失去150动物为每个解剖 - 它是先从100是至关重要的。 (如每50动物三批)可以组合,或通过解剖一个大批量的150可以通过在多个小批量解剖减小性腺损耗的另一个挑战是越来越性腺趴在良好隔开编队在滑动,以便整个远侧性腺可以成像。为了实现这一目标,使用睫毛上的火柴或拉吸管太空,性腺。然而,应小心以免在此过程中损坏性腺。常与这些技术需要多次尝试掌握解剖以及性腺的安排上滑动。
一旦此技术已经被掌握,它用作用于多样生物分析的有效方法,并可以用于研究不仅仅是dpERK水平以上。例如,这方法可用于可视化活性p38的水平,或活性型CDK的水平,或为其中抗体试剂存在的任何蛋白质。另外,该方法可以配上在整体动物的化学抑制屏幕测定为新型抑制剂或途径的活化, 通过化验为dpERK水平。这将允许两个反应和敏感性可能诠释任何抑制剂的体内的读出与RTK-RAS-ERK信号通路eract。此外,这种方法可以在具有多个信号输出抗体组合了都可以使用,并且在同一时间可视化中使用。使用多种抗体允许多种途径,其激活状态之间的相关性,和结果都是一样的组织内,从而更好地理解这些相互作用的。这些是这种方法的另一个应用的几个例子,但该系统可以修改为研究多种研究兴趣。
The authors declared that no competing interests exist.
Work in the Arur Lab is supported by grants from the National Institutes of Health, NIHGM98200; Cancer Prevention Research Institute of Texas, CPRIT RP160023; the American Cancer Society Research Scholar Award (ACS RSG014-044-DDC); and by the Anna Fuller Funds.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Sigma Inc. | A9539 | Dissolve 2 g in 100 mL to make the 2% solution |
Flat bottom glass watch dish | Agar Scientific | AGL4161 | We use glass because dissected gonads often stick to plastic |
25 G needles | BD PrecisionGlide | 305122 | |
Syringes (could be 1 or 5 mL) | BD Syringes | 1 mL: BD 309659 | |
Microscope slides (25 x 75 x 1.0 mm) | Fisherbrand | 12-550-343 | |
Coverslips (24 x 50 mm) | Corning | 2935-245 | |
5 mL glass conical tube | Corning | 8060-5 | |
9" disposable Pasteur pipette | Fisherbrand | 13-678-20D | |
Clinical bench top centrifuge | |||
Glass tubes (6 x 50 mm) | Fisherbrand | 14-958-A | |
*M9 solution | |||
Levamisole | Sigma | L9756 | |
3% Paraformaldehyde (PFA) | Electron microscopy services | 17500 | Obtained as 16% solution in ampoules, and diluted to 3% in Potassium Phosphate Buffer |
1x PBS-T | 1x PBS with 0.1% Tween 20 | ||
Methanol | Electron microscopy services | 18510 | |
Normal goat serum (NGS) | Cell Signaling | 5425 | Diluted to 30% in 1x PBS-T |
MAPKYT (dpERK) antibody | Sigma Inc. | M9692 | Dilution 1:400 in 30% NGS |
Secondary antibody | Invitrogen | A-11005 | Dilution 1:500 in 30% NGS |
DAPI | Sigma | D9542 | |
Vectashield | Vector Labs | H-1000 | |
*M9 Buffer Recipe | 3 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 mL 1 M MgSO4, H2O to 1 L. | ||
**PBS (1x) | 8 g NaCl, 0.2 g KCl, 1.44 g Na2HPO4, 0.24 g KH2PO4, 0.133 g CaCl2, 0.10 g MgCl2, H2O to 1 L | ||
Nematode Growth Medium (NGM) | 3 g NaCl, 17 g Agar, 2.5 g Peptone, 975 mL of water in 2 L Erlenmayer Flask. Autoclave for 50 min. Cool, and add 1 mL of 1 M CaCl2, 1 mL of 5 mg/mL cholesterol, 1 mL of 1 M MgSO4 and 25 mL of 1 M KPO4. |
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