* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Abbiamo derivato una strategia per rilevare incorporazione sequenziale di analoghi della timidina (CldU e IDU) nei tessuti di topi adulti per quantificare due turni successivi di divisione cellulare. Questa strategia è utile per rilevare il ricambio cellulare del longevo tessuti, la trasformazione oncogena, o di transito amplificazione cellule.
Misurazione accurata della divisione cellulare è una sfida fondamentale in biologia sperimentale che diventa sempre più complesso, quando lentamente cellule in divisione vengono analizzati. Modalità stabilite per rilevare la divisione cellulare comprendono la visualizzazione diretta al microscopio continuo nelle cellule in coltura, la diluizione di coloranti vitali come carboxyfluorescein di-aetate succinimidile estere (CFSE), immuno-rivelazione di antigeni mitogenica come Ki67 o PCNA, e analoghi della timidina. Analoghi della timidina può essere rilevato da una varietà di metodi, compresa la radio-rilevamento per timidina triziata, immuno-rivelazione per bromo-deossiuridina (BrdU), cloro-deossiuridina (CldU) e iodo-deossiuridina (IDU), e individuazione di prodotti chimici per etinil-deossiuridina (UDE). Abbiamo derivato una strategia per rilevare incorporazione sequenziale di diversi analoghi della timidina (CldU e IDU) nei tessuti di topi adulti. Il nostro metodo consente agli investigatori di quantificare con precisione due turni successivi di divisione cellulare. Ottimizzando protocolli immunocolorazione il nostro approccio in grado di rilevare molto basso analoghi della timidina dose somministrata con l'acqua potabile, sicuri per i topi per periodi prolungati di tempo. Di conseguenza, la nostra tecnica può essere usata per rilevare il ricambio cellulare nei tessuti molto longevi. Ottimi risultati colorazione immunofluoresent può essere ottenuto in diversi tipi di tessuto, tra cui pancreas, cute, intestino, fegato, surrene, testicoli, ovaie, tiroide, linfonodi e nel cervello. Inoltre abbiamo applicato questa tecnica per identificare la trasformazione oncogena all'interno dei tessuti. Abbiamo inoltre applicato questa tecnica per determinare se il transito-amplificazione cellule contribuiscono alla crescita o il rinnovo dei tessuti. In questo senso, la somministrazione sequenziale di analoghi della timidina rappresenta un nuovo approccio per studiare le origini e la sopravvivenza delle cellule coinvolte nella omeostasi dei tessuti.
1. I tessuti etichettatura con CldU e IDU
2. Tessuto Harvest, Fissazione, e Slide Preparazione
3. Disidratazione, permeabilizzazione e Antigen Retrieval
4. Anticorpi primari e secondari
5. Imaging e analisi
6. Rappresentante Risultati
Siamo in sequenza etichettati 6 settimane i topi di sesso femminile con età CldU per una settimana e poi IDU per due settimane, seguite da immediata sacrificio. Pancreas sono state colorate per rilevare CldU, Idu, e l'insulina (un antigene tessuto), così come DAPI. Isolotti erano uniformemente colorati con insulina. Nuclei CldU macchiato erano distinte da nuclei Idu macchiato (Figura 2). Molti nuclei al di fuori delle isole pancreatiche erano CldU Idu co-positivi (Figura 2, in basso a destra, frecce bianche). Una cellula di insulina solo positivo aveva colorazione nucleare sia per CldU e IDU (Figura 2, in basso a destra, freccia magenta).
Topi. Tutti gli esperimenti con i topi sono stati eseguiti secondo le linee guida del comitato IACUC dell'Ospedale dei Bambini di Philadelphia. Femmina B6.129 F1 topi wild-type sono stati acquistati dalla Taconic (Germantown New York), ospitato presso l'impianto di animali di laboratorio presso l'ospedale pediatrico di Filadelfia, e nutriti mouse Dieta 5015 da PMI Nutrition International (Richmond. Indiana).
Etichettatura strategia. Mediante l'etichettatura il primo evento divisione cellulare con CldU (contrassegnati in verde questo regime) e la divisione cellulare secondo con Idu (marcata in rosso in questo schema), sequenziale divisione risultati cellulare in co-etichettati cellule con entrambi CldU e IDU (verde / rosso) .
Risultati rappresentativi di etichettatura timidina del fatturato delle cellule pancreatiche nei topi. Immunofluorescenza immagine di un pancreas mouse con isolotto di Langerhans nel centro. Mouse è stato infuso con CldU per 1 settimana e poi IDU per 2 settimane in acqua potabile prima del sacrificio immediato. Campione del pancreas è stato elaborato come descritto nel protocollo. 40x immagini oggettive, con strati distinti visualizzati adatto per il conteggio. Immagini fuse contengono DAPI (bianco) CldU (verde), IDU (rosso), insulina (giallo). (In alto, a sinistra) DAPI e insulina. (In alto, a destra) CldU e insulina. (In basso, a sinistra) IDU e insulina. (In basso, a destra) CldU, Idu, e insulina. Scala grafica: 100μm.
Figura 1. Strategia di etichettatura. Mediante l'etichettatura il primo evento divisione cellulare con CldU (contrassegnati in verde questo regime) e la divisione cellulare secondo con Idu (marcata in rosso in questo schema), sequenziale divisione risultati cellulare in co-etichettati cellule con entrambi CldU e IDU (verde / rosso) .
Figura 2. I risultati rappresentativi di etichettatura timidina del fatturato delle cellule pancreatiche nei topi. Immunofluorescenza immagine di un pancreas mouse con isolotto di Langerhans nel centro. Mouse è stato infuso con CldU per 1 settimana e poi IDU per 2 settimane in acqua potabile prima del sacrificio immediato. Campione del pancreas è stato elaborato come descritto nel protocollo. 40x immagini oggettive, con strati distinti visualizzati adatto per il conteggio. Immagini fuse contengono DAPI (bianco) CldU (verde), IDU (rosso), insulina (giallo). (In alto, a sinistra) DAPI e insulina. (In alto, a destra) CldU e insulina. (In basso, a sinistra) IDU e insulina. (In basso, a destra) CldU, Idu, e insulina. Scala grafica: 100μm.
Il nostro approccio alla timidina approccio di etichettatura turn-over cellulare ha molte potenziali applicazioni nella ricerca biomedica. Fino ad oggi, ci siamo concentrati sul pancreas, ma abbiamo anche applicato questa strategia di esaminare ricambio cellulare della pelle, intestino, fegato, surrene, rene, testicoli, ovaie, tiroide, linfonodi, ematopoiesi, e il cervello 1. Perché il turnover cellulare varia da tessuto a tessuto, le strategie di etichettatura devono essere personalizzati per ottenere le informazioni più interessanti dall'organo di interesse. Morrison e colleghi hanno usato CldU e IDU per 1 giorno per ogni etichetta ematopoiesi 2. Kuhn e colleghi usare CldU e IDU per 4 giorni ciascuno per rilevare la divisione cellulare nel rigenerare miocardio 3. Al contrario, abbiamo usato CldU e Idu fino a 9 mesi di etichettare fatturato totale delle cellule basali in isole pancreatiche, un tessuto con un fatturato minimo di cellule con l'invecchiamento animale 1,4-6. L'applicazione più ovvia potenziale della nostra strategia di etichettatura per gli studi per definire il turnover cellulare all'interno di omeostasi dei tessuti. Ma la nostra tecnica ha diverse altre applicazioni potenziali. Ad esempio, abbiamo anche recentemente applicato questa tecnica per identificare la trasformazione oncogena nei tessuti, dove aree focali di replica maggiore possono essere facilmente identificati per incorporazione aumentata di CldU o IDU 5. Morrison e colleghi hanno usato CldU e IDU per 1 giorno ciascuno per verificare il comportamento etichetta mantenendo di cellule staminali ematopoietiche 2. Abbiamo anche applicato sequenziale etichettatura analogico timidina per determinare se il transito-amplificazione cellule contribuiscono alla crescita o il rinnovo dei tessuti 1. In questa amministrazione applicazione sequenziale di analoghi della timidina rappresenta un nuovo approccio per studiare le origini e la sopravvivenza delle cellule coinvolte nella omeostasi dei tessuti.
Analoghi della timidina non deve essere usato senza cautela. Analoghi della timidina sintetiche hanno tossicità potenziale di cellule in divisione, e il loro uso potrebbe teoricamente mettere in pericolo il rinnovamento cellulare negli animali in sviluppo. Analoghi della timidina sono stati utilizzati come radiosensibilizzante agenti per i malati di cancro, e può rallentare il turnover cellulare. Quindi chiediamo agli investigatori di indagare con cautela a causa della tossicità potenziale a loro tessuto di interesse. Per esempio, Trumpp e colleghi hanno trovato che sistemica BrdU può forzare le cellule staminali ematopoietiche per entrare ciclo cellulare 7. Per esempio, Rutter e colleghi hanno osservato che alte dosi analoghi della timidina sono tossici per lo sviluppo del pancreas 8. Più recentemente Hellerstein e colleghi KineMed, Inc ha scoperto che la somministrazione di BrdU rallenta intra-isolotto proliferazione 16-25% utilizzando una tecnica proprietaria pesante etichettatura acqua 9. I preparativi isolotto tutto usato da Hellerstein e colleghi contenute molte endocrini e altri tipi di cellule non-endocrino, che potrebbe comprendere anche il 50% di preparati isolotto totale. Tuttavia, troviamo che l'infusione prolungata di BrdU non influenza la proliferazione delle cellule beta nei topi giovani adulti, come misurato da Ki67 espressione 4. Allo stesso modo, a lungo termine e di somministrazione di CldU Idu non sembra pregiudicare l'espansione di massa delle cellule beta 1. Inoltre, i tassi di proliferazione delle cellule beta sono equivalenti tra topi etichettati con BrdU per lunghi periodi di tempo e di topi che sono solo etichettato per qualche ora (le tariffe sono normalizzati a periodi di tempo equivalente). Insieme, questi risultati suggeriscono che i topi possono tranquillamente tollerare a lungo termine a basso dosaggio somministrazione di analoghi della timidina. Eppure, non possiamo escludere la potenziale tossicità di analoghi della timidina nella crescita delle cellule beta pancreatiche. Di conseguenza, continuiamo ad eseguire i controlli per l'etichettatura topi con analoghi della timidina, e invitiamo altri investigatori a fare altrettanto.
La nostra tecnica di etichettatura sequenziale analogico timidina non sia esente da rischi e le sfide tecniche. Di conseguenza, vetrini di controllo sono particolarmente importanti. Abbiamo generato vetrini di controllo che consistono di vari tessuti da 1) I topi che erano solo etichettati con CldU;.. 2) I topi che erano solo etichettati con IDU;. 3) I topi che sono stati etichettati in modo sequenziale con CldU e poi IDU;. 4) I topi che sono stati etichettati in sequenza in ordine inverso, prima con IDU e poi CldU;. 5) I topi che sono finte etichettati con sola acqua. Quando si impara ad etichettare con CldU e Idu, gli investigatori devono sempre effettuare l'intero protocollo con tutti i 5 set di sopra di diapositive dal tessuto di interesse.
Lieve reattività crociata tra CldU e Idu è un aspetto negativo sfortunato ma inevitabile per l'etichettatura con entrambi analoghi della timidina. La tecnica CldU e Idu si basa su differenze di affinità tra antisieri che erano originariamente derivati contro BrdU in diverse specie (topo e ratto). Il nostro protocollo, mentre ingombrante, è progettato per minimizzare tale reattività crociata. Di conseguenza, invitiamo i cautela tra gli investigatori che considerano saltare passo (s) del protocollo. In particolare, abbiamoavuto problemi con antisieri secondari che sono reattivi croce in mezzo topo e ratto. Questo può essere minimizzato con l'uso di antisieri Jackson che sono completamente cross-adsorbito in mezzo topo e ratto.
Noi a volte non riescono a rilevare in modo adeguato timidina. In questi casi è estremamente importante utilizzare vetrini di controllo positivo per determinare quale reagente o passo non funzionava. Le difficoltà sono in genere a causa di cattiva aliquote di antisieri, diapositive a secco, o inadeguata permeabilizzazione nucleare. Non siamo riusciti a sviluppare con successo etichetta embrioni con Idu. Quindi, non tutti i tessuti possono essere permeabile al Idu.
Alternative alla CldU e Idu per il doppio etichettatura analogico timidina sono all'orizzonte. EdU (5-etinil-2 deossiuridina) può essere un substrato per la rilevazione chimica catalizzata in rame clicca 10,11. Metodi di rilevamento EdU non richiedono la separazione dei filamenti di DNA, e sono quindi altamente suscettibili di analisi del 12 citometria a flusso. Edu è compatibile, ma non a reazione crociata con BrdU 10. EdU è stato utilizzato per quantificare il ricambio cellulare dei tessuti del mouse vari tra cui le cellule beta pancreatiche 13, le cellule intestinali L epidermide 14 e 15. Edu è abbastanza costoso per il momento ($ 1000 dollari a 500mg). Ancora, la rilevazione Edu sembra essere molto più sensibili di BrdU rilevamento 10. Quindi, potrebbe essere economicamente fattibile per combinare Edu e BrdU invece di CldU e Idu. Questo metodo può inoltre consentire l'individuazione di tre turni diversi di divisione cellulare nei topi triplamente etichettati per EdU, CldU e Idu.
In sintesi, la nostra tecnica di etichettatura sequenziale analogico timidina è un nuovo approccio per la rilevazione turn-over cellulare. Ci auguriamo che il nostro approccio consente agli scienziati di altri per quantificare con maggiore precisione la divisione cellulare, e ci aspettiamo che si aprirà nuovi paradigmi in omeostasi dei tessuti.
Sostenuto dalla JDRF, il NIH (R01-DK081469), il Commonwealth della Pennsylvania (Centro di Eccellenza in Medicina Rigenerativa concedere 4100043362), il March of Dimes (Basilio O'Connor Starter Research Scholar Award), e della University of Pennsylvania pilota DERC e fattibilità di sovvenzione (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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