* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Nous avons tiré une stratégie afin de détecter l'incorporation séquentielle des analogues de la thymidine (CldU et UDI) dans les tissus de souris adultes de quantifier deux tours successifs de la division cellulaire. Cette stratégie est utile pour détecter le renouvellement des cellules de la longue durée de vie des tissus, la transformation oncogène, ou de transit d'amplification des cellules.
La mesure précise de la division cellulaire est un enjeu fondamental en biologie expérimentale qui devient de plus en plus complexe lorsque les cellules à division lente sont analysés. Les méthodes établies pour détecter la division cellulaire incluent une visualisation directe par microscopie en continu en culture cellulaire, la dilution des colorants vitaux tels que carboxyfluorescéine ester di-Aetate succinimidyle (CFSE), immuno-détection des antigènes mitogènes tels que Ki67 ou PCNA, et analogues de la thymidine. Analogues de la thymidine peut être détecté par une variété de méthodes, y compris la radio-détection pour la thymidine tritiée, l'immuno-détection pour bromo-désoxyuridine (BrdU), chloro-désoxyuridine (CldU) et iodo-désoxyuridine (UDI), et la détection chimique de l'éthinyl-désoxyuridine (UDE). Nous avons tiré une stratégie afin de détecter l'incorporation séquentielle des analogues de la thymidine différents (CldU et UDI) dans les tissus de souris adultes. Notre méthode permet aux enquêteurs de quantifier avec précision deux tours successifs de la division cellulaire. En optimisant les protocoles immunomarquage notre approche peut détecter de très faibles analogues de la thymidine dose administrée via l'eau potable, sûre d'administrer à des souris pendant des périodes prolongées. Par conséquent, notre technique peut être utilisée pour détecter le renouvellement des cellules dans les tissus de très longue durée. Optimal résultats de coloration immunofluoresent peuvent être réalisés dans différents types de tissus multiples, y compris le pancréas, peau, intestin, foie, glandes surrénales, les testicules, les ovaires, la thyroïde, des ganglions lymphatiques, et le cerveau. Nous avons également appliqué cette technique pour identifier la transformation oncogénique dans les tissus. Nous avons encore appliqué cette technique pour déterminer si le transit d'amplification des cellules contribuent à la croissance ou le renouvellement des tissus. En ce sens, l'administration séquentielle des analogues de la thymidine représente une nouvelle approche pour étudier les origines et la survie des cellules impliquées dans l'homéostasie tissulaire.
1. Les tissus marquage avec CldU et UDI
2. Préparation récolte de tissus, la fixation, et Slide
3. Retrieval Déshydratation, perméabilisation, et Antigen
4. Anticorps primaires et secondaires
5. Imagerie et analyse
6. Les résultats représentatifs
Nous séquentielle étiqueté 6 semaines vieilles souris femelles avec CldU pendant une semaine puis UDI pour deux semaines, suivie par le sacrifice immédiat. Pancréas ont été colorées pour détecter CldU, les UDI, et l'insuline (un antigène tissulaire), ainsi que DAPI. Les îlots étaient uniformément colorés avec l'insuline. CldU noyaux colorés étaient distincts des noyaux colorés UDI (figure 2). Beaucoup de noyaux en dehors de l'îlot ont été CldU UDI co-positif (figure 2, en bas à droite, flèches blanches). Une cellule d'insuline seule positifs avaient une coloration nucléaire pour les deux CldU et UDI (figure 2, en bas à droite, flèche magenta).
Souris. Toutes les expériences avec des souris ont été effectués selon les directives du comité IACUC de l'Hôpital pour enfants de Philadelphie. Femme B6.129 F1 souris de type sauvage ont été achetés auprès de Taconic (Germantown New York), logé à l'animalerie de laboratoire à l'Hôpital pour enfants de Philadelphie, et nourris de la souris diète 5015 du PMI Nutrition International (Richmond. Indiana).
Étiquetage stratégie. En qualifiant l'événement de cellules de première division avec CldU (marquées en vert dans ce schéma) et la division cellulaire deuxième UDI (marquées en rouge dans ce schéma), séquentielle des résultats de la division cellulaire dans les cellules co-labellisé avec les deux CldU et UDI (vert / rouge) .
Les résultats représentatifs de la thymidine étiquetage du chiffre d'affaires au sein de cellules pancréatiques chez la souris. L'image d'immunofluorescence d'un pancréas de souris avec des îlots de Langerhans dans le centre. Souris a été infusé avec CldU pour 1 semaine et ensuite UDI pendant 2 semaines dans l'eau potable avant de sacrifice immédiat. Échantillon de pancréas a été traitée comme décrit dans le protocole. 40x images objectives, avec des couches distinctes affiché adaptés pour le comptage. Images fusionnées contiennent DAPI (blanc) CldU (vert), l'UDI (rouge), l'insuline (jaune). (Supérieure, à gauche) DAPI et l'insuline. (Supérieure, à droite) CldU et l'insuline. (En bas, à gauche) UDI et l'insuline. (En bas, à droite) CldU, les UDI, et l'insuline. Barre d'échelle: 100 microns.
Figure 1. Stratégie d'étiquetage. En qualifiant l'événement de cellules de première division avec CldU (marquées en vert dans ce schéma) et la division cellulaire deuxième UDI (marquées en rouge dans ce schéma), séquentielle des résultats de la division cellulaire dans les cellules co-labellisé avec les deux CldU et UDI (vert / rouge) .
Figure 2. Les résultats représentatifs de la thymidine étiquetage du chiffre d'affaires au sein de cellules pancréatiques chez la souris. L'image d'immunofluorescence d'un pancréas de souris avec des îlots de Langerhans dans le centre. Souris a été infusé avec CldU pour 1 semaine et ensuite UDI pendant 2 semaines dans l'eau potable avant de sacrifice immédiat. Échantillon de pancréas a été traitée comme décrit dans le protocole. 40x images objectives, avec des couches distinctes affiché adaptés pour le comptage. Images fusionnées contiennent DAPI (blanc) CldU (vert), l'UDI (rouge), l'insuline (jaune). (Supérieure, à gauche) DAPI et l'insuline. (Supérieure, à droite) CldU et l'insuline. (En bas, à gauche) UDI et l'insuline. (En bas, à droite) CldU, les UDI, et l'insuline. Barre d'échelle: 100 microns.
Notre approche de la thymidine approche fondée sur l'étiquetage le renouvellement des cellules a de nombreuses applications potentielles dans la recherche biomédicale. À ce jour, nous nous sommes concentrés sur le pancréas, mais nous avons également appliqué cette stratégie pour examiner le renouvellement des cellules de la peau, intestin, foie, glandes surrénales, reins, testicules, des ovaires, la thyroïde, des ganglions lymphatiques, de l'hématopoïèse, et le cerveau 1. Parce que le renouvellement des cellules varie d'un tissu à des stratégies d'étiquetage doivent être personnalisées afin d'obtenir les informations les plus convaincantes de l'organe d'intérêt. Morrison et ses collègues ont utilisé CldU et UDI pour 1 journée chacun d'étiqueter hématopoïèse 2. Kuhn et ses collègues utilisent CldU et UDI pour 4 jours chacun pour détecter la division cellulaire dans la régénération du myocarde 3. En revanche, nous avons utilisé CldU et UDI pour 9 mois au total pour étiqueter le renouvellement des cellules basales dans les îlots pancréatiques, un tissu avec le renouvellement des cellules minimes que l'animal vieillit 1,4-6. L'application la plus évidente le potentiel de notre stratégie d'étiquetage est pour des études pour définir le renouvellement des cellules au sein de l'homéostasie tissulaire. Mais notre technique a plusieurs autres applications potentielles. Par exemple, nous avons récemment appliqué cette technique pour identifier la transformation oncogénique dans les tissus, où des zones focales de réplication accrue peut être facilement identifié par incorporation accrue de CldU ou UDI 5. Morrison et ses collègues ont utilisé CldU et UDI pour 1 journée de dépistage de comportements étiquette conservant des cellules souches hématopoïétiques 2. Nous avons également appliqué séquentielle étiquetage analogue de la thymidine afin de déterminer si le transit d'amplification des cellules contribuent à la croissance ou le renouvellement des tissus 1. Dans cette administration séquentielle de l'application analogues de la thymidine représente une nouvelle approche pour étudier les origines et la survie des cellules impliquées dans l'homéostasie tissulaire.
Analogues de la thymidine ne doivent pas être utilisés sans précaution. Analogues de la thymidine synthétiques ont des toxicités potentielles pour les cellules en division, et leur utilisation pourrait théoriquement nuire renouvellement cellulaire chez les animaux en croissance. Analogues de la thymidine ont été utilisés comme agents radiosensibilisant pour les patients cancéreux, et peut ralentir le renouvellement des cellules. Ainsi, nous demandons aux enquêteurs de prudence enquêter pour toxicités potentielles dans leur tissu d'intérêt. Par exemple, Trumpp et ses collègues constatent que systémique BrdU peut forcer les cellules souches hématopoïétiques pour entrer 7 du cycle cellulaire. Par exemple, Rutter et ses collègues ont observé que la dose élevée analogues de la thymidine sont toxiques pour le développement du pancréas 8. Plus récemment, Hellerstein et ses collègues de KineMed, Inc constaté que l'administration de BrdU ralentit intra-îlot prolifération par 16-25% en utilisant une technique de propriétaires lourds étiquetage de l'eau 9. Les préparations d'îlots entiers utilisés par des collègues Hellerstein et contenait de nombreuses autres glandes endocrines et les types de cellules non endocriniennes, qui pourrait comprendre jusqu'à 50% du total des préparations d'îlots. Cependant, nous constatons que la perfusion prolongée de BrdU n'influence pas la prolifération des cellules bêta chez les souris adultes jeunes, tel que mesuré par l'expression de Ki67 4. De même, à long terme et de l'administration de CldU UDI ne semble pas nuire à l'expansion massive de cellules beta 1. Par ailleurs, le bêta taux de prolifération cellulaire sont équivalentes entre les deux souris étiqueté avec BrdU pendant de longues périodes de temps et de souris qui ne sont étiquetés pour quelques heures (les taux sont normalisés à des périodes de temps ou équivalent). Ensemble, ces résultats suggèrent que les souris peuvent en toute sécurité tolérer à long terme de faibles doses d'administration d'analogues de la thymidine. Pourtant, nous ne pouvons pas exclure une toxicité potentielle par des analogues de la thymidine dans la croissance des cellules bêta pancréatiques. En conséquence, nous continuons à effectuer des contrôles lors de l'étiquetage des souris avec des analogues de la thymidine, et nous demandons instamment d'autres chercheurs à le faire aussi bien.
Notre technique de l'étiquetage des analogues de la thymidine séquentiel n'est pas sans embûches et de défis techniques. En conséquence, lames de contrôle sont particulièrement importants. Nous avons généré des lames de contrôle qui se composent de divers tissus de 1) Les souris qui ont été étiquetés que sous leur CldU;.. 2) Les souris qui ont été étiquetés que sous leur UDI;. 3) Les souris qui ont été étiquetés avec séquentielle CldU puis UDI; 4.) Les souris qui ont été étiquetés de façon séquentielle dans l'ordre inverse, d'abord avec UDI et ensuite CldU;. 5) Les souris qui sont étiquetés maquette avec de l'eau seulement. Lors de l'apprentissage d'étiquette avec CldU et UDI, les enquêteurs devraient toujours effectuer l'ensemble du protocole avec tous les 5 ensembles-dessus de diapositives à partir du tissu d'intérêt.
Une réactivité croisée légère entre CldU et UDI est un inconvénient regrettable, mais inévitable pour le marquage avec deux analogues de la thymidine. La technique CldU et UDI est basé sur les différences entre les deux antisérums affinités qui ont été initialement dérivée contre le BrdU dans différentes espèces (souris et rats). Notre protocole, tout en lourdeur, est conçu pour minimiser ces réactions croisées. Par conséquent, nous inciter à la prudence chez les enquêteurs qui considèrent sauter étape (s) du protocole. En particulier, nous avonsrencontré des problèmes avec les antisérums secondaires qui sont une réaction croisée entre la souris et le rat. Ceci peut être minimisée par l'utilisation d'antisérums Jackson qui sont totalement inter-adsorbé entre la souris et le rat.
Nous faisons parfois ne parviennent pas à détecter adéquatement l'incorporation de thymidine. Dans de tels cas, il est extrêmement important d'utiliser des lames de contrôle positif à déterminer quel réactif ou pas n'a pas de travail. Les difficultés sont généralement dues à des aliquotes mauvaise antisérums, lames sèches, ou inadéquates perméabilisation nucléaire. Nous avons échoué à développer avec succès l'étiquette embryons avec UDI. Ainsi, tous les tissus peuvent être perméables à l'UDI.
Alternatives à CldU et UDI pour l'étiquetage analogiques doubles thymidine sont à l'horizon. Edu (5-éthinyl-2 désoxyuridine) peut être un substrat pour le cuivre catalyse chimie clic de détection 10,11. Méthodes de détection EdU ne nécessitent pas de séparation des brins d'ADN, et donc très favorable à l'analyse par 12 cytométrie en flux. Edu est compatible mais pas traverser réactif avec BrdU 10. Edu a été utilisé pour quantifier le renouvellement des cellules des différents tissus de souris dont les cellules bêta du pancréas 13, les cellules L intestinales et de l'épiderme 14 15. Edu est assez cher pour le moment (1000 $ US par 500mg). Pourtant, la détection d'Edu semble être beaucoup plus sensible que la détection de BrdU 10. Ainsi, il pourrait être économiquement faisable de combiner Edu et BrdU lieu de CldU et UDI. Cette méthode pourrait également permettre la détection de trois différents cycles de division cellulaire chez la souris triplement étiquetés pour Edu, CldU et UDI.
En résumé, notre technique de marquage analogues de la thymidine séquentielle est une nouvelle approche pour détecter le renouvellement cellulaire. Nous espérons que notre approche permet aux scientifiques d'autres à plus de quantifier avec précision la division cellulaire, et s'attendre à ce qu'il va ouvrir de nouveaux paradigmes dans l'homéostasie tissulaire.
Soutenu par la FRDJ, le NIH (R01-DK081469), le Commonwealth de Pennsylvanie (Centre d'excellence en médecine régénératrice octroi 4100043362), le Mars of Dimes (Basil O'Connor Starter Award de bourses de recherche), et une université de Pennsylvanie DERC pilotes faisabilité et de subvention (DK19525).
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
5-chloro-2-deoxyuridine (CldU) | MP Biomedical | 0210547891 | ||
5-Iodo-2-deoxyuridine (IdU) | MP Biomedical | 0210035701 | ||
4% Paraformaldehyde | USB | 19943 | ||
10% Buffered Formalin | Fisher Scientific | 23-427-098 | ||
XYLENES | VWR | EM-XX0060-4 | ||
Ethanol, Anhydrous (Histological) | Fisher Scientific | A405P-4 | ||
PBS, 10X Powder Concentrate | Fisher Scientific | BP665-1 | ||
Triton –X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | ||
Hydrochloric Acid | VWR | BDH3028-2.5LG | ||
Normal Donkey Serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | ||
Mouse Anti BrdU | BD Pharmingen | 347580 | ||
Rat mab anti BrdU | Accurate Chemical | OBT0030 | ||
Cy2 donkey anti-rat | Jackson Immuno | 712-225-153 | Fully adsorbed secondaries from Jackson (minimal cross reactivity). | |
Cy5 donkey anti-mouse | Jackson immuno | 715-175-151 | See above | |
Glass Cover Slips | Sigma-Aldrich | C9056-1CS | ||
YFP Filter | Chroma | 49003 ET EYFP | Reduces auto-fluorescence in Cy2 channel | |
Cy3 Filter | Chroma | 49004 ET Cy3 | ||
Cy5 Filter | Chroma | 49006 ET Cy5 | ||
ORCA ER Microscope Camera | Hamamatsu | C4742-95-12ER | Excellent detection of fluorophores | |
ProLong Gold antifade reagent | Invitrogen | P36930 | Do not use Vectashield (toxic to cyanine dyes). |
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