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Method Article
Zelluläre Ionentransport durch die Überwachung der intrazellulären pH-Wert oft beurteilt werden kann (pHich(). Genetisch bieten codiert pH-Indikatoren (GEpHIs) optische Quantifizierung von intrazellulären pH in intakten Zellen. Dieses Protokoll beschreibt die Quantifizierung von intrazellulären pH durch zelluläre ex Vivo Leben-Bildgebung von Malpighian Tubuli von Drosophila Melanogaster mit pHerry, ein Pseudo-ratiometrischen genetisch codiert pH-Indikator.
Epitheliale Ionentransport unbedingt systemische Ion Homöostase sowie Wartung von wesentliche zelluläre elektrochemischen Gradienten. Intrazelluläre pH-Wert (pHich) wird von vielen Ionen-Transporter beeinflusst und somit pHich Überwachung ist ein nützliches Werkzeug für die Beurteilung der Transporter Aktivität. Moderne genetisch codierte pH-Indikatoren (GEpHIs) bieten optische Quantifizierung der pH-Wertich in intakten Zellen auf zellulärer und subzellulärer Ebene. Dieses Protokoll beschreibt in Echtzeit Quantifizierung der zellulärenich pH-Wertes in Malpighian Tubuli (MTs) von Drosophila Melanogaster durch ex-Vivo Leben-Bildgebung von pHerry, ein Pseudo-ratiometrischen GEpHI mit einem p-Kein gut geeignet zum Nachverfolgen von Änderungen der pH-Wert in der Zellflüssigkeit. Extrahierten Erwachsenen Fliege MTs bestehen aus morphologisch und funktionell unterschiedliche Abschnitte der einzellige Schicht Epithelien und dient als Modell für die Untersuchung von epithelialen Transport zugänglich und genetisch gefügig. GEpHIs bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen pH-Sensitive fluoreszierende Farbstoffe und ionenselektive Elektroden. GEpHIs können unterschiedliche Zellpopulationen beschriften, sofern entsprechende Promotor Elemente verfügbar sind. Diese Kennzeichnung ist besonders nützlich in ex Vivo, in Vivound in Situ Präparate, die von Natur aus heterogen sind. GEpHIs erlauben auch die Quantifizierung der pHi im intakten Gewebe im Laufe der Zeit ohne Notwendigkeit einer Behandlung oder Gewebe Externalisierung wiederholte Farbstoff. Der Hauptnachteil des aktuellen GEpHIs ist die Tendenz zu aggregieren in cytosolischen Einschlüssen in Reaktion auf Gewebeschäden und Überexpression zu konstruieren. Diese Mängel, Lösungen und die Vorteile des GEpHIs werden in diesem Protokoll durch Bewertung der basolateralen (H+) Protonentransport in funktionell unterschiedliche Haupt- und Ganglion Zellen der extrahierten Fliege MTs demonstriert. Die Techniken und Analyse beschrieben sind leicht anpassbar an eine Vielzahl von Wirbeltieren und Wirbellosen Vorbereitungen und die Raffinesse des Assays kann von der Lehre Labs, um komplizierte Bestimmung der Ionen-Fluss über spezifische Transporter skaliert werden.
Das Ziel dieses Protokolls ist es, Quantifizierung von intrazellulären pH (pHi) mit einer genetisch codierte pH-Indikator (GEpHI) zu beschreiben und zeigen, wie diese Methode zur basolateralen H+ Transport in einem Modell Insekt (D. Beurteilung herangezogen werden können Melanogaster) renal Struktur, Malpighian Röhrchen (MT). MTs dienen als die Ausscheidungsorgane der Fruchtfliege und sind funktionell ähnlich der Säugetier-Nephron in einigen wesentlichen Punkten1. MTs sind als 2 Paare der Tubuli (Front- und Seitenzahnbereich) in den Thorax und Abdomen der Fliege angeordnet. Die einzelligen epitheliale Röhre von jeder MT besteht aus metabolisch aktiven wichtigsten Zellen mit deutlichen apikalen (luminalen) sowie basolateralen (Salzhaushalts) Polarität und eingefügten Ganglion Zellen. Vorderen MTs bestehen aus 3 morphologisch, funktionell und entwicklungsgeschichtlich verschiedene Segmente, vor allem die anfängliche geweitet, Segment, Übergangs-Segment und sekretorischen Hauptsegment, verbindet die Harnleiter-2. Auf der zellulären Ebene Trans-epithelialen Ionentransport in das Lumen wird erreicht, indem eine apikale Plasmamembran V-ATPase3 sowie eine Alkali-Metall/H+ -Wärmetauscher und einen basolateralen Na+-K+-ATPase4, nach innen-Gleichrichter-K+ Kanäle5, Na+-getrieben Cl−/HCO3− Wärmetauscher (NDAE1)6und Na+-K+-2 Cl− Cotransporter (NKCC; Ncc69)7, während Ganglion Zellen Cl– vermitteln und Wassertransport8,9. Dieses komplexe, aber zugänglich physiologische System bietet hervorragende Möglichkeiten zur Untersuchung der endogenen Ion Transportmechanismen in Kombination mit den vielfältigen genetischen und Verhaltensstörungen Toolsets von Drosophila.
Die Gründe für dieses Protokoll war ein genetisch formbar System für das Studium der epithelialen Ionentransport mit Potenzial für die Integration von Zelle zu Verhalten und Export von Werkzeugen zu Fremdsystemen Modell zu beschreiben. Ausdruck von pHerry10, erlaubt ein GEpHI abgeleitet aus einer Fusion von grünen pH-Sensitive Super-Ekliptik pHluorin11,12 (SEpH) und rote pH-unempfindliche mCherry13, in MTs Quantifizierung der H+ Transport in MT-Einzelzellen durch die hohe K+/nigericin Kalibrierung Technik14. Wie viele Ionen-Transporter H+ äquivalente bewegen, dient Quantifizierung der intrazellulären pHich als eine funktionelle Darstellung der Ionenbewegung über eine Vielzahl von Transportern. Die Drosophila MT-Modell-System bietet auch genetische Werkzeuge in gewebespezifischen Transgene15 und RNA-Interferenz (RNAi)16 Ausdruck, die zelluläre Bildgebung mit ganz-Orgel-Assays17 kombiniert werden können , 18 , 19 der Röhrchen-Funktion, erstellen Sie eine robusteste Toolset mit vertikalen Integration von Molekülen zu Verhalten. Dies steht im Gegensatz zu vielen anderen Protokollen zur Beurteilung epithelialen Biologie, wie historisch solche Messungen auf komplizierte verlassen haben und erschreckend, Mikro-Dissektion, anspruchsvolle ionenselektive Elektroden20,21, und teure pH-sensitiven Farbstoffen22 mit restriktiven laden Anforderungen und schlechte zelluläre Spezifität in heterogenen Geweben. GEpHIs wurden verwendet, um ausgiebig pHich in einer Vielzahl der Zelle Arten23messen. Frühwerk ausgenutzt die inhärente pH-Empfindlichkeit von Green Fluorescent Protein (GFP) pH-Wertich in kultivierten Epithelzellen24 überwachen, aber zwei Jahrzehnte habe GEpHIs verwendet in Neuronen25, Glia26, Pilze27 , und Pflanzenzellen28. Die Kombination des Potenzials für zelluläre targeting der genetischen Konstrukte durch die GAL4/UAS Ausdruck System15 und die physiologische Zugänglichkeit der Drosophila MT machen dies eine ideale Vorbereitung für Untersuchungen von pHich Regulierung und epithelialen Ionentransport.
pH-Wertesich wurde seit Jahrzehnten untersucht und ist lebenswichtig. Die MT-Vorbereitung bietet ein stabiles Modell zur Physiologie des pH-Wertesich Lehren aber auch anspruchsvolle Untersuchungen von pHi Verordnung ex-Vivo - und in Vivo. Dieses Protokoll beschreibt Quantifizierung der H+ -Bewegung in der basolateralen Membran der Epithelzellen der Drosophila MT mit NH4Cl Puls Säure laden Technik21, aber als pH-Indikator ist genetisch codiert, können diese Methoden und ihre theoretischen Rahmen zur Vorbereitung zu Transgenese und live-Imaging angewendet werden.
Alle Schritte in diesem Protokoll ist von der Mayo Clinic (Rochester, MN) Tiernutzung Richtlinien entsprechen.
1. fliegen Tierhaltung
2. Vorbereitung des Poly-L-Lysin-Folien.
3. Vorbereitung sezieren Gericht und Glasstäben
Abbildung 1: Herstellung von Glasstäben für den Umgang mit Malpighian Tubuli.
A - E. Prozess der Erwärmung und ziehen einen Glasstab zu produzieren eine Verjüngung und Winkel geeignet für den Umgang mit MTS Pfeile bezeichnen Richtung und das Ausmaß von Gewalt angewendet werden. F. Foto eines entsprechend gefertigten Glas-Tool. Maßstabsleiste = 10 mm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
4. Vorbereitung der Lösungen und Perfusion System
Hinweis: Perfusion Systeme unterscheiden sich von Hersteller. Dieses Protokoll basiert auf eine Schwerkraft-gefütterten 8-Kanal offenen Behälter mit einer Eingabe Durchflussregler Rate und eine Vakuum-driven Abfluss, aber die Methode der Montage, die MTs wie hier beschrieben mit einer Perfusion System arbeiten angepasst werden können.
Abbildung 2: Perfusion System und Imaging-Konfiguration.
Komponenten für die physiologische Beurteilung des MT basolateralen Transportfunktion durch gleichzeitige Leben Fluoreszenz imaging und schnelle Lösung Austausch. Gasleitungen gezeigt sind optional und Ausbau der Experimente zur Bewertung der HCO3– Transport zu ermöglichen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Flow schematische Darstellung der Perfusion Apparat für NH4Cl Puls experimentiert.
Pfeile zeigen Fließweg und Ventil Schaltpunkte. Lösung zieht von Reservoir zur Probe durch Schwerkraft und wird durch Vakuum-Saug die Probenkammer in den Abfall Kolben entnommen. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
(5) Sezieren von Erwachsenen Drosophila vorderen Malpighian Tubuli.
6. Überprüfung von Imaging-Protokoll und Röhrchen Gesundheit
Hinweis: Dieses Protokoll wird durchgeführt auf einem invertierten Weitfeld-Epifluorescent Mikroskop mit GFP (SEpH) und RFP (mCherry) Filter-Sets (470/40 nm Anregung (ex), 515 nm Langpass-Emission (Em), 500 nm dichroitischen und 546/10 nm ab 590 nm Langpass-Em, 565 nm dichroitischen), ein 10 X / 0,45 Luft Ziel, eine monochrome Kamera für live-Bild-Aufnahme und imaging-Software. Das Protokoll kann für jeden aufrechten angepasst werden oder Mikroskop mit automatisierter Filter Wechsel zwischen GFP und RFP Optik und Bild Software zur Datenerfassung, invertiert, obwohl optimale Belichtungszeiten, Lichtintensität und binning Parameter variieren. In allen Analyse sollte der Fluoreszenzintensität analysiert werden als mittlere Pixel Intensität in der Region of Interest (ROI), nach Hintergrundabzug in jedem Kanal mit einem ROI mit keine Fluoreszenz angrenzend an das Signal ROI enthält.
7. vollständige Kalibrierung des pHerry in Malpighian Tubuli Ex Vivo.
(8) Quantifizierung der basolateralen Säure Extrusion von Ex Vivo Malpighian Röhrchen Epithelien.
Gesundes Gewebe und korrekte Kennzeichnung der vorderen MTs sind entscheidend für den Erfolg dieses Protokolls. Während der Dissektion sollte darauf geachtet werden, nicht direkt berühren die MTs und einzige Griff führt sie durch den Harnleiter als greifen die MTs direkt zum Bruch (– Abbildung 4A B). Wenn MTs flach auf der Folie gekehrt werden, die Tubuli darf so wenig wie möglich berührt werden und überflüssige Bew...
Der Erfolg der Quantifizierung der pH-Wertich in Drosophila MTs hängt ganz von der Gesundheit der extrahierten MTs und die Qualität der Montage und Zerlegung (Abbildung A – C). So ist der sorgsame Umgang mit Gewebe wie beschrieben zwingend. Folien, die frisch in PLL beschichtet Folien wesentlich Hilfe MT Montage, wie sie neigen dazu, viel mehr Kleber als die zuvor ausgesetzt waren auf Lösung. Sorgfältige Montage hilft auch bei der Identifizier...
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Diese Arbeit wurde unterstützt von NIH DK092408 und DK100227, Herst AJR wurde von T32-DK007013 unterstützt. Möchten die Autoren danken Dr. Julian A.T. Dow für die CapaR-GAL4 und c724-GAL4 Drosophila Bestände. Wir danken auch Jacob B. Anderson für die Unterstützung, die Aufrechterhaltung der experimenteller fliegen Kreuzungen.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Poly-L-Lysine (PLL) Solution | Sigma-Aldrich | P4832 | Store at 4 °C, can be reused. |
Nigericin Sodium Salt | Sigma-Aldrich | N7143 | CAUTION: Handle with gloves. Store as aliquots of 20 mM stock solution in DMSO at 4 °C. |
Adhesive Perfusion Chamber Covers, adhesive size 1 mm, chamber diameter × thickness 9 mm × 0.9 mm, ports diameter 1.5 mm | Sigma-Aldrich | GBL622105 | Can be substituted as needed to match perfusion system. |
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | Available from multiple vendors. |
Helping Hands Soldering Stands | Harbor Freight Tools | 60501 | Available from multiple vendors. |
Open Gravity-fed Perfusion System with Valve Controller, 8 to 1 Manifold and Reserviors | Bioscience Tools | PS-8S | Any comparable perfusion system can be used. |
Flow Regulator | Warner Instruments | 64-0221 | Can be substituted as needed to match perfusion system. |
Schneider's Medium | Fisher Scientific | 21720024 | Store at 4 °C in sterile aliquots. |
#5 Inox Steel Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | Can be substituted based on experimenter comfort. |
35 x 10 mm polystyrene Petri dish | Corning Life Sciences | Fisher Scientific 08-757-100A | Exact brand and size are unimportant. |
75 x 25 mm Microscope Slides | Corning Life Sciences | 2949-75X25 | Exact brand and size can vary as long as perfusion wells are compatible. |
Filimented Borosilicate Capillary Glass, ID 1.5 mm, OD 0.86 mm, thickness 0.32 mm | Warner Instruments | 64-0796 | Filiment not necessary, glass can be substituted to match perfusion tubing and perfusion wells. |
Tygon Tubing, ID 1/16", OD 1/8", thickness 1/32" | Fisher Scientific | 14-171-129 | Available from multiple vendors, can be substituted to match perfusion system. |
Vacuum Silicone Grease | Sigma-Aldrich | Z273554 | Available from multiple vendors. |
Plastic Flow Control Clamp | Fisher Scientific | 05-869 | Available from multiple vendors, sterility not required |
Glass rods, 5 mm diameter | delphiglass.com | 9198 | Exact size is personal preference, multiple vendors available |
PAP Hydrophobic Pen | Sigma-Aldrich | Z377821 | Available from multiple vendors. |
Sealing Film | Sigma-Aldrich | P7668 | Available from multiple vendors. |
15 mL Falcon tube | BD Falcon | 352096 | Available from multiple vendors. |
50 mL Falcon tube | BD Falcon | 352070 | Available from multiple vendors. |
HEPES; 4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid | Sigma-Aldrich | H3375 | Available from multiple vendors. |
MES; 4-Morpholineethanesulfonic acid monohydrate | Sigma-Aldrich | 69892 | Available from multiple vendors. |
TAPS; N-[Tris(hydroxymethyl)methyl]-3-aminopropanesulfonic acid | Sigma-Aldrich | T5130 | Available from multiple vendors. |
10X/0.45 Air Objective | Zeiss | 000000-1063-139 | Comparable objectives can be substituted. 40X objectives can be used for single cell imaging. |
Dissecting Stereoscope | Zeiss | Discovery.V8 | Any dissecting stereoscope can be used. |
UAS-pHerry transgenic Drosophila melagnogaster | Available from Romero Lab | First published: Citation 10 | |
capaR-GAL4 driver line Drosophila melagnogaster | Available from Romero Lab | First published: Citation 32 | |
c724-GAL4 driver line Drosophila melagnogaster | Available from Romero Lab | First published: Citation 2 | |
Monochromatic High Sensitivity Digital Camera | Zeiss | Axiocam 506 mono | Exact brand and model can vary, can be replaced with any monochromatic high-sensitivity camera suited to live cellular imaging. |
GFP/FITC filter set, 470/40 nm ex., 515 nm longpass em., 500 nm dichroic | Chroma | CZ909 | Any GFP/FITC filer set can be substituted. |
RFP/TRITC filter set, 546/10 nm ex., 590 nm longpass em., 565 nm dichroic | Chroma | CZ915 | Any GFP/FITC filer set can be substituted. |
Inverted Epifluoescent Microscope | Zeiss | Axio Observer Z.1 | Any comparable microscope with motorized filter switching can be used. Upright microscopes can be used with open perfusion baths and water-immersion objectives. |
Statistical Analysis Software | Microcal | Origin 6.0 | Any software with comparable functionality can be substituted |
Image Analysis Software | National Institutes of Health | ImageJ 1.50i | Any software with comparable functionality can be substituted |
Image Acquisition Software | Zeiss | Zen 1.1.2.0 | Any software with comparable functionality can be substituted |
Single-edged Carbon Steel Razor Blade | Electron Microscopy Sciences | 71960 | Available from multiple vendors. |
Microscopy Slide Folder | Fisher Scientific | 16-04 | Available from multiple vendors. |
Bunsen Burner | Fisher Scientific | 50-110-1231 | Available from multiple vendors. |
Polystrene Drosophila Rearing Vials with Flugs | Genesee Scientific | 32-109BF | Comparable items can be substituted. |
2.5 L Laboratory Ice Bucket | Fisher Scientific | 07-210-129 | Available from multiple vendors. |
NMDG; N-Methyl-D-glucamine | Sigma-Aldrich | M2004 | Available from multiple vendors. |
200 uL barrier pipette tips | MidSci | AV200 | Available from multiple vendors. |
200 μL variable volume pipette | Gilson Incorporated | PIPETMAN P200 | Available from multiple vendors. |
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