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Method Article
Mechanisms of cellular and intra-cellular scaling remain elusive. The use of Xenopus embryo extracts has become increasingly common to elucidate mechanisms of organelle size regulation. This method describes embryo extract preparation and a novel nuclear scaling assay through which mechanisms of nuclear size regulation can be identified.
Une question fondamentale en biologie cellulaire est de savoir comment la taille des cellules et des organites sont réglementés. Il est depuis longtemps reconnu que la taille du noyau des échelles généralement à la taille de la cellule, notamment lors de l'embryogenèse alors que des réductions spectaculaires dans les deux cellules et les tailles nucléaires se produisent. Mécanismes de régulation nucléaire de taille sont largement inconnus et peuvent être pertinents pour le cancer où la taille nucléaire modifié est un paramètre diagnostique et pronostique clé. In vivo approches pour identifier les régulateurs nucléaires de taille sont compliquées par la nature essentielle et complexe de la fonction nucléaire. L'approche in vitro décrit ici pour étudier le contrôle nucléaire de taille profite des réductions de taille normale nucléaire qui se produisent au cours du développement de Xenopus laevis. Tout d' abord, les noyaux sont assemblés en X. laevis extrait d'oeufs. Ensuite, ces noyaux sont isolés et resuspendus dans le cytoplasme des embryons à un stade avancé. Au bout d'un 30-90 min période d'incubation, la surface nucléairediminue de 20-60%, en fournissant un essai utile pour identifier les composants cytoplasmiques présents dans les embryons à un stade avancé de développement qui contribuent à la taille nucléaire mise à l'échelle. Un avantage majeur de cette approche est la facilité relative avec laquelle les extraits d'ovules et d'embryons peuvent être manipulés biochimiquement, permettant l'identification de nouvelles protéines et des activités qui régulent la taille nucléaire. Comme pour toute approche in vitro, la validation des résultats dans un système in vivo est importante, et la micro - injection de X. embryons laevis est particulièrement approprié pour ces études.
Les tailles des organites cellulaires échelle , en général avec la taille de la cellule, ce qui a été peut - être mieux documenté pour la mise à l' échelle de la taille nucléaire avec la taille des cellules 10/01. Cela est particulièrement vrai lors de l' embryogenèse et la différenciation cellulaire, lorsque des réductions spectaculaires dans les deux cellules et la taille nucléaire sont souvent observées 11,12. En outre, la taille nucléaire modifié est un paramètre clé dans le diagnostic du cancer et le pronostic 13-17. Les mécanismes qui contribuent à la réglementation nucléaire de taille sont largement inconnus, en partie en raison de la complexité et de la nature essentielle de la structure et la fonction nucléaire. La méthode décrite ici a été développé comme un test in vitro pour la taille nucléaire mise à l' échelle qui se prête à la manipulation biochimique et l' élucidation des mécanismes de régulation nucléaire de taille.
Xenopus laevis extrait d'œuf est un système bien établi pour récapituler et étudier les processus cellulaires complexes in vitro Contexte. Ces extraits ont révélé de nouvelles informations fondamentales sur plusieurs processus cellulaires , y compris l'assemblage et la fonction du fuseau mitotique, réticulum endoplasmique, et le noyau 18-22. Un des principaux avantages du système d'extraction est que X. extraits d'œufs de laevis représentent un cytoplasme presque pur , dont la composition peut être facilement modifié, par exemple par addition de protéines ou immunodéplétion recombinantes. Par ailleurs, on est en mesure de manipuler les processus essentiels en utilisant des traitements qui seraient autrement létale dans un contexte in vivo. Les modifications de la procédure d'extrait d'oeufs permettent d'isoler des extraits de X. embryons laevis plutôt que des œufs, et ces extraits d'embryons sont également prêtent à la manipulation biochimique 23. Pendant X. laevis développement, l'embryon fécondé unicellulaire (~ 1 mm de diamètre) est soumis à une série de douze divisions cellulaires rapides (étapes 1-8) pour générer plusieurs milliers de 50 μm de diamètre et de plus petites cellules, atteignant un stade de développement appelé la transition midblastula (MBT) ou le stade 24 au 26 août. Le MBT est caractérisée par l'apparition de la transcription zygotique, la migration cellulaire, des divisions cellulaires asynchrones, acquisition de phases d'écart, et l'établissement de tailles en régime permanent nucléaire plutôt que l'expansion nucléaire continue comme dans l'embryon pré-MBT. De l' étape 4 à la gastrulation (étapes de 10,5 à 12), le volume des noyaux individuels diminue de plus de 10 fois 11.
Ici, le but est d'identifier les mécanismes responsables de ces réductions de la taille nucléaire au cours de la progression du développement. L'approche consiste à assembler d' abord les noyaux dans X. laevis extrait d'oeufs et d'isoler les noyaux du cytoplasme d'oeuf / extrait. Ces noyaux sont ensuite remises en suspension dans le cytoplasme à partir d'embryons à un stade avancé de gastrula. Après une période d'incubation, les noyaux à partir de l'extrait d'œuf deviennent plus petits dans un extrait d'embryon de fin de scène. Nous avons pensé que ce would être un test utile pour identifier les composants cytoplasmiques présents dans les embryons à un stade avancé de développement qui contribuent à la taille nucléaire mise à l'échelle. L' utilisation de ce test, couplé à la validation in vivo, nous avons démontré que la protéine kinase C (PKC) contribue à la réduction du développement de la taille nucléaire de X. laevis 23.
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Toutes les procédures et les études Xenopus ont été menées en conformité avec le Guide pour les soins et l' utilisation des animaux de laboratoire 8e édition du CNRC. Les protocoles ont été approuvés par l'Université du Wyoming Institutional Animal Care et l'utilisation Comité (Assurance # A-3216-01).
1. Préparation de X. Extrait laevis Egg (adapté de 27,28)
Remarque: Les volumes de procédure présentés ici sont pour un maximum de 8 testicules.
3. Nuclear Assembly
4. Préparation de X. laevis Extrait Embryo
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Assemblée des Nuclei dans Extrait de Egg
Les premières étapes de ce protocole sont de préparer X. extrait de laevis d'oeuf (Protocole 1) et les noyaux de sperme demembranated (protocole n ° 2). Ces réactifs sont ensuite utilisés pour assembler des noyaux de novo (protocole n ° 3). La figure 1 montre des données représentatives. L'addition de calcium...
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Here is presented a novel method to study mechanisms of nuclear size regulation during X. laevis development. Developmental progression is associated with dramatic changes in cell physiology, metabolism, division rates, and migration, as well as alterations in the sizes of cells and intracellular structures. These varied processes are complex and essential, so it is difficult to study just one of these aspects of development in an in vivo setting. The X. laevis embryo extract and nuclear shrink...
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The authors have nothing to disclose.
Members of the Levy and Gatlin labs as well as colleagues in the Department of Molecular Biology offered helpful advice and discussions. Rebecca Heald provided support in the early stages of developing this protocol. This work was supported by the NIH/NIGMS (R15GM106318) and the American Cancer Society (RSG-15-035-01-DDC).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alexa Fluor 568 Donkey anti-mouse IgG | Molecular Probes | A10037 | |
ATP disodium salt | Sigma Aldrich | A2383 | |
Benzocaine | Sigma Aldrich | E1501 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A3059 | |
CaCl2 | Sigma Aldrich | C3306 | |
Centrifuge | Beckman | J2-21M | |
Centrifuge rotor | Beckman | JS 13.1 | |
chymostatin | Sigma Aldrich | C7268 | |
creatine phosphate disodium | Calbiochem | 2380 | |
cycloheximide | Sigma Aldrich | C6255 | |
cytochalasin D | Sigma Aldrich | C8273 | |
disposable wipes (kimwipes) | Sigma Aldrich | Z188956 | |
L-cysteine | Sigma Aldrich | W326306 | |
EGTA | Sigma Aldrich | E4378 | |
Formaldehyde | Sigma Aldrich | F8775 | |
Glass crystallizing dish (150 x 75 mm) | VWR | 89090-662 | |
Glycerol | Macron | 5094-16 | |
HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | |
Hoechst - bisBenzimide H 33342 trihydrochloride | Sigma Aldrich | B2261 | |
HCG - Human Chorionic Gonadotropin | Prospec | hor-250-c | |
L15 Media | Sigma Aldrich | L4386 | |
leupeptin | Sigma Aldrich | L2884 | |
Lysolecithin | Sigma Aldrich | L1381 | |
mAb414 | Abcam | ab24609 | |
MgCl2 | EMD | MX0045-2 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich | M9397 | |
Maltose | Sigma Aldrich | M5885 | |
NP40 | BDH | 56009 | |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Penicillin + Streptomycin | Sigma Aldrich | Pp0781 | |
pepstatin | Sigma Aldrich | P5318 | |
PIPES | Sigma Aldrich | P6757 | |
Plastic paraffin film (parafilm) | Sigma Aldrich | P7793 | |
KCl | Sigma Aldrich | P9541 | |
KH2PO4 | Mallinckrodt | 70100 | |
KOH | Baker | 5 3140 | |
PMSG - Pregnant Mare Serum Gonadotropin | Prospec | hor-272-a | |
NaCl | Sigma Aldrich | S3014 | |
NaHCO3 | Fisher | BP328 | |
Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | |
NaOH | EMD | SX0590 | |
Pestle | Thomas Scientific | 3411D56 | |
Round bottom glass tubes, 15 ml | Corex | 8441 | |
Secondary antibody (Alexa Fluor 568 donkey anti-mouse IgG) | ThermoFisher | A10037 | |
sucrose | Calbiochem | 8550 | |
thermal cycler | Bio-Rad | T100 | |
Ultracentrifuge | Beckman | L8-80M | |
Ultracentrifuge rotor | Beckman | SW 50.1 | |
Vectashield (anti-fade mounting medium) | Vector | H-1000 |
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