שיטה של ​​permeabilization של<em&gt; דרוזופילה</em&gt; עוברים למבחנים של מולקולה קטנה פעילות

Summary

מבוא של מולקולות קטנות לעובר דרוזופילה הפיתוח מציע פוטנציאל גדול לאפיון פעילות ביולוגית של תרכובות רומן, סמים ורעלים כמו גם לחיטוט מסלולים התפתחותיים בסיסיים. שיטות שתוארו במסמך זה מתארים את שלבים שלהתגבר על מחסומים טבעיים לגישה זו, המרחיב את התועלת של מודל עובר דרוזופילה.

Abstract

עובר דרוזופילה כבר זמן רב מודל מעבדה רב עוצמה להבהרת מנגנונים מולקולריים וגנטיים המפקחים על פיתוח. הקלות של מניפולציות גנטיות עם המודל הזה החליפו גישות תרופתי כי הם דבר שבשגרה במודלים של בעלי חיים אחרים ומבחנים מבוססי תאים. כאן אנו מתארים ההתקדמות בפרוטוקול המאפשר יישום של מולקולות קטנות לעובר זבוב הפירות הפיתוח. השיטה מפרטת צעדים כדי להתגבר על האטימות של קליפת הביצה, תוך שמירה על כדאיות עובר. permeabilization קליפת הביצה על פני מגוון רחב של שלבי התפתחות מושגת על ידי יישום של permeabilization שתואר קודם לכן d-limonene עובר ממס (EPS ¹⁾ ועל ידי עוברי הזדקנות בטמפרטורה נמוכה (18 ° C) לפני טיפולים. בנוסף, שימוש בצבע מרחיק אדום (Cy5) כאינדיקטור permeabilization מתואר, אשר תואם עם יישומים במורד הזרם מעורבים שפעת אדומה וירוקה סטנדרטיתצבעי orescent בהכנות בשידור חי וקבועות. פרוטוקול זה הוא ישים למחקרים באמצעות תרכובות ביו לחקור מנגנוני התפתחות, כמו גם למחקרים שמטרתם להעריך את הפעילות טרטוגניות או תרופתי של מולקולות קטנות uncharacterized.

Introduction

עובר דרוזופילה ממשיך להיות מודל המוביל לחקירה של מנגנונים בסיסיים של פיתוח ^2. מודל רב עוצמה זו נתמך על ידי מערך רחב של כלים גנטיים מולקולריים המאפשרים מניפולציות של מהות כל גן בכל נקודת זמן ובמסגרת כל איבר מתפתח. הגודל הקטן, התפתחות מהירה, ואפיון המקיף של המורפוגנזה של עובר דרוזופילה להפוך אותו למודל של בחירה עבור מסכי גנטיים, שרבים מהם נחשפו מסלולים התפתחותיים בסיסיים ^3,4. פנוטיפים רבים בעובר דרוזופילה אופיינו ולפרש בקלות, לעתים קרובות מתן אמצעים לזיהוי מנגנונים גנטיים מולקולריים שבבסיס אחראי לתכונה חריגה.

מבחינה היסטורית, חסרון של מודל עובר הזבוב היה הקושי בהחדרת מולקולות קטנות לרקמות עובריים. מכשול זה מציב מגבלות על: 1)ing מולקולות קטנות ביו ידועות כמו בדיקות לחקור את מנגנוני התפתחות ו2) שימוש במודל שהוקם זה כדי להעריך פעילות טרטוגניות או תרופתי של מולקולות קטנות uncharacterized. כתוצאה מכך, פוטנציאל ההקרנה של עובר הזבוב כבר לא מנוצל באפיון של פעילות מולקולה קטנה.

משלוח של מולקולות קטנות לעובר הזבוב יכול להיות מושגת בשתי שיטות: 1) permeabilization של קליפת הביצה ו2) microinjection. מאמר זה מציג התקדמות לשיטה של permeabilization, כי הם קלים לביצוע בהגדרה של מעבדה דרוזופילה קונבנציונלית. יצוין, כי ההתקדמות בשיטות microinjection עם טכנולוגית מיקרופלואידיקה תורמת גם היא לשיטות של החדרת תרכובות ^ל5,6 העובר. היכרות עם מולקולות לעובר הוא למנוע על ידי שכבת שעווה של קליפת הביצה ^7. קליפת הביצה דרוזופילה מורכבת מחמש שכבות. מןמבפנים החוצה הם: קרום vitelline, שכבת השעווה, שכבת כוריוני הפנימית, endochorion וexochorion ^8. שלוש שכבות כוריוני חיצוניות ניתן להסיר על ידי emersion הקצר של העובר באקונומיקה מהולה, צעד המכונה dechorionation. שכבת השעווה נחשפה אז יכולה להיות בסכנה כתוצאה מחשיפה לממסים אורגניים, כגון heptane ויוקטן ^7,9, טיוח את עובר dechorionated חדיר, בזמן שהוא נשאר עטוף בקרום vitelline הבסיסי. עם זאת, שימוש בממסים אלה מציג סיבוכים בשל רעילותם ואת הקושי בויסות פעולתם החזקה permeabilizing, אשר שניהם יש השפעות שליליות מוחלטת על ^9,10 כדאיות עובר.

שיטה של permeabilization באמצעות permeabilization עובר הרכב כינה ממס (EPS) כבר תיארתי בעבר ^1. ממס זה מורכב מחומרים פעילי שטח D-limonene וצמחי המאפשרים הממס להיות misciblE עם מאגרים מימיים. הרעילות הנמוכה של d-limonene והיכולת לדלל את הממס לריכוזים רצויים הניבה שיטה יעילה ליצירת עוברים חדירים עם כדאיות גבוהה ^1. עם זאת, שני גורמים אנדוגני המשיכו להביא מגבלות ליישום. ראשית, עוברים להפגין את ההטרוגניות בחדירות לאחר טיפול EPS, גם כאשר הטיפול נלקח כדי לשמור על היערכות התפתחותיים קרובה. שנית, עוברים מבוגרים יותר משמונה שעות כ הוכיחו קשה permeabilize, עולה בקנה אחד עם התקשות של קליפת הביצה שמתרחשת לאחר הטלת הביצים ^11.

שתואר כאן הן התקדמות בשיטת EPS כי: 1) לסייע בזיהוי וניתוח עוברי permeabilized כמעט זהה, גם לאחר צעדי הקיבעון וimmunostaining הוצאו להורג ו2) לאפשר permeabilization של עוברים בנקודות זמן התפתחותיים מאוחרות (> 8 שעות, שלב 12 ומעלה). באופן ספציפי, יישום של צבע מרחיק אדום,חומצה קרבוקסילית Cy5, מתוארת המשמשת כמחוון חדירות, שנמשך בעובר במהלך התפתחות ולאחר קיבוע פורמלדהיד. בנוסף, הוא הראה כי גידול עובר ב18 ° C שומר על קליפת הביצה במצב רגיש EPS, המאפשר permeabilization של עוברים בשלב מאוחר (שלבי 12-16).

מקדמות אלה להתגבר על המגבלות שהוזכרו קודם לכן למתודולוגיה EPS. יישום זה ולכן יספק לחוקרי אמצעי להציג את המולקולות קטנות של עניין לעובר בנקודות זמן התפתחותיים שונים, תוך שמירה על כדאיות.

Protocol

1. הכנת תרבויות טוס, פתרונות, ומכשירי טיפול בעובר

1. הכן את תרבות כלוב של דרוזופילה. הנח 500 זבובים + הזדווגות של הזן הרצוי במצוידים בצלחת ענבים אגר 10 סנטימטר ומקום של שמרים להדביק כלוב אוכלוסייה. לשמור על התרבות בחממה מבוקרת C לחות 25 °. הערה:   תרבויות כלוב דורשות יום או ימים של אוויר, כדי לרכוש דפוסי עובר הנחת עקביים. צלחות ענבים עם שמרים להדביק משתנות פעם בבוקר ופעם בערב באוויר.
2. הכן EPS. פתרונות חמים של חומרים פעילי שטח (DEA cocamide ואלכוהול Ethoxylated) ב 37 ° C. פיפטה 18 מיליליטר של d-limonene לבקבוקון נצנץ זכוכית מצויד בבר ומערבב קטן. פיפטה 1 מיליליטר כל אחד משני החומרים פעילי השטח (5% הריכוז סופי של כל אחד) לd-limonene. מערבבים היטב ולהסיר בר ומערבב. הערה: פתרון מניות זה של רווח למניה הוא טוב לכ 2 חודשים בטמפרטורת חדר. הפתרוןיש לחמם על 37 מעלות צלזיוס והסתחרר לsolubilize מלוא שטח לפני השימוש. EPS ו-D-limonene צריך להיות מאוחסן במכל זכוכית כפי שהם יהיו לפזר כמה פלסטיקים לאורך זמן.
3. הכן פתרון dechorionation העובר, מדיומים דגירה, צבע ופתרונות בסמים. מערבבים 25 מיליליטר של אקונומיקה עם 25 מיליליטר H ₂ O ומקום בצלחת רדודה. להכין מדיום שונה בסיסי דגירה (MBIM) וMBIM-T על פי מתכון שלפני ^1,12. הכן ילדס וסאנג בינוני M3 תא התרבות וPBS על פי הפרוטוקול של היצרן (ראה חומרי רשימה). הכן פתרון מניות של צבע permeabilization ב10 מ"מ ריכוז בDMSO.
4. להרכיב מכשירי עובר טיפול ובאספקה:
   1. הכן dechorionation וסל טיפולי EPS (ראה איור 1 א). חותכים את סעיף 3 סנטימטר של צנטריפוגות תרבות צינור חד פעמי 50 מיליליטר פוליפרופילן / עם מסור עדין שיניים. הפוך את סומק ריתוך משטח על ידי שפשוף קטע הצינור על נייר זכוכית דבקלמשטח המעבדתיים. ולד קטע הצינור לרשת ניילון Nitex ידי התכת שולי סעיף הצינור על אש ולחיצה על לרשת על צלחת זכוכית. בואו מגניב ולקצץ את רשת נוספת. הערה: הצדדים ותחתונים העצום לאפשר לשטיפה מהירה ומלאה משל אקונומיקה והרווח למניה שיורית בצעדים המתאימים. צריכה להתבצע פעולות הריתוך מתחת למכסת מנוע קטר.
   2. הכן את סל פיתוח. חותכים את החלק העליון של צנטריפוגות / תרבות צינור 50 מיליליטר מיושר עם שולי הכובע. להסיר ולשנות את הכובע על ידי חיתוך פתיחה מרכזית וחריצים לאורך השפה כפי שמוצג באיור 1. הברג את הכובע על הרשת ועל האשכולות של סעיף הצינור מנותק ולקצץ רשת נוספת. הערה: הכובע מכיל חריצים בשפה המאפשרות דיפוזיה למדיום בתפזורת כשהוא מוצב בצלחת המאגר 60 מ"מ (איור 1 ב ').
   3. הכן את מרכיבי תא שקופיות. לחתוך רבוע של קרום לעשות את זה הוא גדול יותר מאשרקאמרי פתיחת השקופית. למרוח שכבה דקה מאוד של שומן ואקום לשפה הפנימית של הפתח. להדביק את קרום DO לתוך הפתח איטומו נגד הגריז עם הטבעת המייצבת. לקצץ קרום DO עודף על ידי קיצוץ אותו קרוב לטבעת המייצבת. הערה:. ניתן למצוא מפרט לקאמרי השקופית בKiehart et ¹³ אל חדר זה ​​אינו זמין באופן מסחרי ודורש ייצור מותאם אישית על ידי חנות מכונה.

2. Staging, dechorionation, והרוויחו למניה טיפול בעוברים

1. Staging עוברים על ידי אוסף מתוזמן. הגדר ענבים / שמרים טרי צלחת לכלוב התרבות לטוס בבוקר. אפשר לעוברים להיות מונחים לשעה 1 ב25 ° C. בטל צלחת זו ולהחליף עם ענבים / שמרים טרי לצלחת הנחת עובר הבאה של שעה 2 ב 25 ° C. לאסוף צלחת זו ומקום ב18 חממת מעלות צלזיוס למשך בימוי התפתחותיים נוסף. הערה: 1 שעות של פיתוח ב ° C25 שווה לשעה 2 בפיתוחב18 ° C. ההשפעה של הזדקנות על 18 מעלות צלזיוס לעומת 25 ° C ב שמירת permeabilization EPS בעוברים בשלב מאוחר ניתן לראות באיור 2.
2. Dechorionation. לשטוף בעדינות עוברים מצלחת ענבים לתוך סל רשת באמצעות 25 מים מעלות צלזיוס ברז ומכחול. יש לשטוף את השמרים עודפים מהעוברים בסל מתחת לזרם עדין של מים ברז. לטבול את הסל באקונומיקת 50% למשך 2 דקות. שטוף ביסודיות עובר תחת זרם של מים ברז. הערה: בעדינות להשפריץ פתרון אקונומיקה על העוברים לסירוגין באמצעות פיפטה פלסטיק. בעוד 2 דקות בדרך כלל מספיק עבור dechorionation מלא, זמן דגירה זה צריך להיבדק על ידי בדיקה ישירה ובהתאם. לשמור עובר Dechorionated בסל השקוע במים ברז ולפנות מייד לצעד EPS.
3. EPS טיפול
   1. הכן שש מנות 60 מ"מ עם כ 10 מיליליטר של PBS בכל אחד. הכן את הדילול הרווח למניה על ידי המסת 75 EPS μl ב2.925 מיליליטר MBIM (1:40) בכוס זכוכית מיליליטר 50 עם מתערבל. הערה: צורות תחליב לבנים מתערובת זו.
   2. כתם מים עודפים מתחתית סל הרשת עם מעבדה לנגב. לטבול את הסל ברווח למניה מדוללת בכוס ומייד מערבולת כדי לפזר עוברים בפתרון EPS בחלק התחתון של הסל. המשך מתערבל בקשה ל30 שניות. הערה: יכולים להיות מגוונים דילולים EPS וזמני חשיפה לשלוט חדירות. מומלץ כי דילולים EPS האופטימלי וזמני טיפול שיוקמו באופן אמפירי עם הזנים של זבובים בשימוש. הגדלת זמן חשיפה ל60-90 שניות היא חיובית לבמה 12 ועוברים מבוגרים יותר.
   3. הסר סל, למחוק משם EPS העודף עם מעבדה לנגב. להמשיך עם שש שטיפות רציפים ב10 מיליליטר של PBS במנות 60 מ"מ. השתמש פיפטה פלסטיק להשפריץ בעדינות עוברים עם PBS בכל אחד מששת שוטף. המשך לצבוע וצעדים לטיפול בסמים. הערה: יכולה להיות מסולקת למניה של את הכיור.

3. דיי והתרופות טיפול בעוברי permeabilized

1. דיי טיפול
   1. הוסף 5 μl של 10 מ"מ Cy5 * צבע חומצה קרבוקסילית ל1 מיליליטר של MBIM-T (50 מיקרומטר ריכוז סופי) בצינור 1.5 מיליליטר microfuge ומערבולת לערבב. הערה: * בחירה של צבע תלוי בניתוח במורד הזרם. חומצה קרבוקסילית Cy5 היא יעילה לניתוחים שלאחר מכן באמצעות קיבוע וimmunostaining. Rhodamine B הוא שימושי עבור ניתוח של עוברי חיים. הפליטה האדומה של Rhodamine B, והפליטה הירוקה של מטבוליטים שלה ^1, יכולים להציג כמה סיבוכים עם יישומים במורד הזרם באמצעות הקרינה. תרופה או רעלן ניתן להוסיף לפתרון הצבע להתחיל בטיפול בשלב זה, או להגביל את הטיפול תרופתי / רעל לדופק בשלב זה. יש להקפיד לטפל ולהיפטר מתרופות ורעלים על פי MSDS ותקני בטיחות סביבתית.
   2. העבר את העוברים מסל הרשת לפתרון לצבוע באמצעות מכחול. שווי הצינור ולהפוך שוב ושוב על מנת להבטיח אתעוברים לצוף בחופשיות בתרחיף בתמיסת הצבע. הנח צינור על כיסא נדנדה nutating 15 דקות בטמפרטורת חדר.
   3. הסר את הצינור מnutator ולתת עובר להתיישב. הסר את פתרון צבע עם טפטפת קנס ולהחליף עם 1 מיליליטר של MBIM-T כדי לשטוף. הפוך לצינור מחדש להשעות עוברים לחלוטין. בואו עוברים להתיישב וחזור עם עוד שלוש שטיפות MBIM-T. הסר את כל MBIM-T משטיפה סופית ולהמשיך לשלב דגירה.
2. דגירה של התפתחות עובר
   1. העברה עובר לאחד משני תאים: סל הפיתוח או קאמרי שקופיות. הערה: סל הפיתוח עדיף לתקופות ארוכות יותר התפתחותית, והיא נדרשת לצעדי קיבעון וimmunostaining הבאים הם להיות מוצא להורג. קאמרי השקופיות הוא אופטימלי עבור הזמן לשגות הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר, והוא יעיל ביותר לתקופות קצרות התפתחותית (למשל, האירועים העובריים המוקדמים). תרופה או רעלן ניתן להוסיף לבינונית בריכוזים שונים וד העוברevelopment ניתן לנטר בזמן אמת עם עוברים בשידור חי או בנקודתי קצה באמצעות קיבוע סטנדרטי וimmunostaining פרוטוקולים.
   2. פיתוח בסלסלות
      1. יש לנקות את סל פיתוח על ידי התזה עם 70% אתנול, לשטוף היטב במים דה מיונן וכתם יבש עם מעבדה לנגב. הכן 6 מיליליטר של מדיום דגירה עם ריכוז רצוי של תרופה או רעלן. הנח את סל הפיתוח במדיום בטיפול נטילת מנה 60 מ"מ לא לבועות אוויר מלכודת מתחת לבסיס הרשת. הערה: שני כלי תקשורת נפוצות: MBIM לבד, או MBIM/M3 בתערובת 50:50, האחרון להיות יעילים יותר לתקופות פיתוח ארוכות יותר.
      2. העבר את עוברי permeabilized לרשת פני השטח בבסיס של סל עם מכחול. בעדינות להשפריץ את העוברים עם תקשורת מהמאגר שמסביב. לפזר את העוברים עם המכחול, כך שהם בשכבה על הרשת. הערה: המשך להדמיה מיקרוסקופית ולהעריך את מאפייני permeabilization ויכולת קיום של יחסי הציבורeparation (ראה שלב 4).
   3. פיתוח בלשכת השקופיות
      1. הפוך תא שקופיות ולהחיל חרוז קטן של שומן ואקום על המערכת של הפתיחה. הנח 150 μl של מדיום עם כמות רצויה של תרופה או רעלן על פני השטח של קרום לעשות בתוך הפתח. הערה: שני כלי תקשורת נפוצות: MBIM לבד, או MBIM/M3 בתערובת 50:50, האחרון להיות יעילים יותר לתקופות פיתוח ארוכות יותר.
      2. העבר את עוברי permeabilized לירידה של תקשורת עם מכחול. לפזר את העוברים שהופך אותם להתיישב על הקרום בירידה.
      3. בזהירות להחיל coverslip מעגלי 25 מ"מ מעל הפתח ובכך משטח את המדיום. לחץ כלפי מטה בעדינות לאורך ההיקף של coverslip כדי ליצור חותם עם הגריז. הערה: המשך כדי מיקרוסקופיה הדמיה כדי להעריך את מאפייני permeabilization וכדאיות של ההכנה (ראה שלב 4).

4. Identification של עוברי קיימא permeabilized

1. לזהות עוברי permeabilized. שים לב עוברים תחת epifluorescence עם מיקרוסקופ מצויד במצלמה דיגיטלית. לרכוש תמונות (באורך הגל הכחול כדי לקבוע את autofluorescence חלמון הפרופיל) של מספר שדות באמצעות מיקרוסקופ קבוע והגדרות מצלמה.
2. לקבוע permeabilization של עוברים המבוססים על עוצמת הקרינה היחסית. השתמש בסטראו עם מרחק עבודה גדול כדי להכיל את הסל ולאפשר למניפולציות של העוברים. המיקרוסקופ צריך להיות מצויד בשלב תכנות XYZ, תאורת epifluorescence ומצלמה דיגיטלית. תמונת העוברים דואגים להקליט חשיפה ופרמטרי עמדת במה של כל תמונת עובר כדי לאפשר הערכה מחדש של אותו עובר בנקודת זמן מאוחרת יותר (ראו תוצאת נציג באיור 3). הערה: דפוסי ספיגת צבע ישתנו בהתאם לצבען המשמש, משך חשיפה וגיל עובר. מגוון רחבשל ספיגת צבע על פני הכנה אחת אופיינית ומשקפת את השונות במידת permeabilization.
3. לזהות עוברים ובת קיימא. לאחר סימון מיקום של עוברי permeabilized, להמשיך בפיתוח עובר בטמפרטורת חדר או 25 ° C. חזור סל או תא שקופיות למיקרוסקופ. שים לב תחת הקרינה ערוץ כחולה ולרכוש תמונה של autofluorescence חלמון בזוהו בעבר עוברי permeabilized. להעריך את הכדאיות לפי התקדמות רגילה של הפצת חלמון (ראה ראנד et al. ¹ ותוצאת נציג באיור 3). הערה: תכונות מורפולוגיות אחרות של העובר נצפה עם מיקרוסקופ brightfield ניתן להשתמש כדי להעריך את הכדאיות. מומלץ כי קביעת הרמה של חדירות התואמת את הכדאיות להיקבע באופן אמפירי עם כל צבע ומתח של זבוב בשימוש.
4. להעריך את השפעות תרופה או רעלן בעוברי קיימא permeabilized.
5. עוברי processed עם הפרוטוקול הנ"ל עומדים על מספר הניתוחים הקונבנציונלי לאחר סמים או חשיפת רעלן. כמה סוגים השונים של ניתוחים נחשבים בדיון שלהלן וכוללים תצפית ישירה של המורפוגנזה בעוברת לחיות כמו גם immunostaining הודעה הקיבעון-מנתח. שתי גישות אלה משופרים על ידי שימוש בצבעים חיוניים (למשל, ה-GFP) החושפים דפוסי ביטוי גנים ושושלת תא ופרופילי מורפולוגיה.

תוצאות

מכשירי טיפול בעובר הם בתמונה באיור 1 על מנת לסייע בלדמיין את המכשירים "תוצרת הבית" למניפולציה בפרוטוקולים לעיל. תוצאות ניתן לראות באיור 2 ממחישות את ההשפעה החזקה של גידול עובר ב18 מעלות צלזיוס ביכולת שלהם להיות permeabilized ידי EPS בשלבים מאוחרים ש?...

Discussion

השיטה הנ"ל מתארת ​​אמצעי להשגת עוברי דרוזופילה קיימא, כי הם נגישים לטיפולי מולקולה קטנים על פני מגוון רחב התפתחותית. שיטה זו מציגה את הרומן וממצא פשוט שהזדקנות עוברים על 18 מעלות צלזיוס מאפשר permeabilization של עוברים בשלב מאוחר באותה היעילות כפי שניתן לראות בעבר רק...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fly Cage	Flystuff.com	59-101	http://flystuff.com/general.php
Cocamide DEA [Ninol 11-CM]	Stepan Chemical	call for special order	http://www.stepan.com/
Ethoxylated alcohol [Bio-soft 1-7]	Stepan Chemical	call for special order	http://www.stepan.com/
d-limonene (Ultra high purity grade)	Florida Chemical Co.	call for special order	http://www.floridachemical.com/
Sodium hypochlorite	Fisher	SS290-4	http://www.fishersci.com/
Tween-20	Fisher	BP337	http://www.fishersci.com/
PBS powder	Sigma	56064C	http://www.sigmaaldrich.com/
Rhodamine B	Sigma	R6626	http://www.sigmaaldrich.com/
CY5 carboxylic acid	Lumiprobe	#23090	http://www.lumiprobe.com/p/cy5-carboxylic-acid
DMSO	Sigma	472310-100	http://www.sigmaaldrich.com/
Shields and Sang M3 medium	Sigma	S8398	http://www.sigmaaldrich.com/
Nitex Nylon mesh	Flystuff.com	57-102	http://flystuff.com/misc.php
Dissolved oxygen (DO) membrane	YSI	#5793	http://www.ysireagents.com/search.php
25 mm circular no.1 cover slip	VWR	48380-080	https://us.vwr.com/
Grape-agar plate mix	Flystuff.com	47-102	http://flystuff.com/media.php
Nutator	VWR	82007-202	https://us.vwr.com/