ホールマウント胚珠内でのクロマチン修飾や核構造の定量的、単一細胞分析のための効率的な方法<em&gt;シロイヌナズナ</em

要約

私たちは、免疫染色、蛍光in situハイブリダイゼーション 、ホールマウントシロイヌナズナ胚珠の量的、高分解能イメージングに続いてDNA染色のためにここに効率的で信頼性の高いプロトコルを提供する。この方法は、正常なクロマチン修飾および核構造を分析するために使用した。

要約

植物の開花では、体への生殖細胞の運命遷移は大人の植物の花器官における胞子母細胞（SMC）の仕様でマークされています。女性のSMC（大胞子母細胞、MMC）は胚珠原基に区別し、減数分裂を受ける。選択された一倍体大胞子は、その後一緒にアクセサリー細胞と、配偶子を生じるであろう多雌性配偶体、卵細胞と中央のセルを形成するために、有糸分裂を受ける。胚珠内部MMC、減数分裂細胞と雌性配偶体の限られたアクセス性細胞学的および細胞遺伝学的ための技術的に困難である単一細胞レベルで分析する。特に、携帯電話または核エピトープの直接的または間接的な免疫が植物細胞および単一細胞イメージング内部の試薬の貧弱な浸透によって損なわれては、ホールマウント組織における光学的透明性の欠如によってdemisedされる。

そこで、NUCLを分析する効率的な方法を開発したホールマウント組み込みシロイヌナズナ胚珠内の単一のセルの高解像度で耳の組織とクロマチン修飾。これは、顕微鏡スライド上のアクリルアミドゲルの薄層内の固定胚珠の解剖と埋め込みに基づいています。埋め込まれた胚珠は、免疫染色試薬、組織の透明度および透過性を向上させることを目指した化学的および酵素的処理に供される。これらの治療は、細胞のクロマチン組織、DNAおよびタンパク質のエピトープを保持します。サンプルは、クロマチン免疫染色、in situハイブリダイゼーション （FISH）、 蛍光 、およびヘテロクロマチンの解析のためのDNA染色を含む種々の下流の細胞学的分析のために使用することができる。 3D再構成に続いて、高解像度の共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）イメージングは​​、単細胞の解像度で定量的な測定を可能にする。

概要

顕花植物では、生殖系統の確立は、SMCの分化、女性MMCおよび男性の胞子母細胞から始まります。 MMCは胚珠原基の遠位先端のサブ表皮珠心細胞から発達し、小胞子母細胞は、深い花器官¹の内部に配置されている葯房に胞子形成組織から開発しています。平滑筋細胞は、その後、有糸分裂の際に配偶体を生じる一倍体胞子を生成する減数分裂を受ける。雌性配偶体、または胚嚢は、1卵細胞、1中央のセル、2助細胞と3 antipodalsで構成されています。雄性配偶体または花粉は一つの栄養細胞二つ精子細胞から構成されている。雄性配偶体は、比較的アクセス可能なオブジェクト·オブ·研究したまま雌性配偶体が胚珠内に埋め込まれ、それ自体が花の心皮で囲まれ​​、したがって、分子·細胞学的分析に固有の課題を提起する。しかし、近年、レーザ支援マイクロダイセクションは、トランスクリプトームは、MMCと女性の配偶体細胞^2-4で分析することができ、エレガントなソリューションを提供しました。候補遺伝子の発現に加えてin situハイブリダイゼーションまたはレポーター遺伝子アッセイにおいて、例えば RNAを用いて、分析において、細胞学的分析は、特定の直接的な細胞染色または間接的な免疫染色を用いて内因性の細胞成分の動態を調査することができる。特に、一緒にクロマチンの修正やクロマチンの構成要素の免疫染色で、魚やDNAの染色を用いて細胞遺伝学的染色は、 シロイヌナズナ ⁵クロマチン動態と核組織を解明するための中心的なアプローチである。一般的に、減数分裂がよく、植物の雄減数母細胞^6,7で検討されている特定の染色体動態を伴う。おそらく動的なエピジェネティックなリプログラミングを反映し、さらに大規模、細胞特異的なクロマチン再編成は、花粉の発達^8月10日の間に記載されている。これとは対照的に、原因女性の減数分裂細胞と配偶体の相対的な到達不能に、これらの調査は、適用が技術的に困難で残っており、多くの場合（下記参照）切片または手動切開および酵素消化を必要とする。また、全体のマウントで光学的透明度の欠如は、優勢無傷胚珠の生殖細胞の高分解能撮像の障害となる。

ホールマウント胚珠における染色体組織の細胞学的分析のための古典的な方法は、フォイルゲン染色の^{11から13を}使用しています。これは、タンパク質の変性をもたらすので、クロマチン構造の破壊を引き起こすDNAの（次亜塩素酸を用いて）酸加水分解を含む。代わりに、女性の減数母細胞と配偶体細胞における染色体組織が ​​（例えば^14〜18を参照）は、半薄切片または解剖し、胚嚢とMMCにDAPI染色および免疫染色を用いて観察することができます。明らかに、しかし、手動の解剖と分割は、労働集約的であることができ、クロマチンエピトープの多数の定性的および定量的分析に妨げる。

ここでは、全体のマウントの下流細胞学的染色に適した種々のシロイヌナズナ胚珠を多数準備するために効率的なプロトコルを提供する。簡単に説明すると、花芽が固定液中でインキュベートされる、胚珠の行は心皮から解剖され、花粉減数母細胞^19,20のために行ったように、スライドにアクリルアミドに包埋した。埋め込まれた胚珠は、さらに細胞壁消化および透過化の前に、メタノール、エタノール、キシレン中でクリアされ、固定されている。これらのステップの可能なバリエーションが議論されている。次いで、試料をDNA染色、免疫染色およびFISHのために使用することができる。準備モードは、効率的で、並列実験設備（最大16のスライドが異なる下流の解析のために一日に製造することができる）が可能になります。記載され治療は、ホールマウントで均質なイネーブル信号を、よく組織学的、細胞の保存生殖細胞および細胞型の間の定性的および定量的な比較に利益をもたらす、周囲の珠心細胞および核の組織。校正され、3次元再構成に続いて、CLSMベースの高分解能イメージング、蛍光シグナルの意味のある定量的な測定を可能にします。我々が正常に差別MMC ²¹にクロマチン動態を解析するために、この手順を使用し、雌性配偶体^22を開発。ここではホールマウント胚珠内のヘテロクロマチン解析、クロマチン免疫染色、GFP免疫染色およびFISHの代表的な結果を提示する。今後も我々のプロトコルは、他の植物組織および種に適していると考えています。

プロトコル

手順は、 図1のワークフローに記載されており、組織の切開および埋め込 ​​みのためのセットアップを図2に示す。

1。組織固定

1. 氷の上で焼きたてのBVO固定液緩衝液を含むマイクロチューブに、20〜30心皮を集める。
2. 穏やかに室温で振とうしながら組織30分を修正します。
3. 400×gで卓上マイクロ遠心1分で固定液に心皮を含むチューブを回転。
4. 慎重に固定液緩衝液を除去し、PBTの1ミリリットルを加え、氷上にチューブを置きます。

2。解剖と埋め込み

1. 新たに作製した、5％アクリルアミドミックスのそれぞれ200μlで5エッペンドルフチュー​​ブを準備します。
2. 5スーパーフロストを70％エタノールで前洗浄し、鉛筆で標識摺動調製する。
3. 20％APSと氷上で20％のNaPSをそれぞれの1アリコートを解凍。
4. カットエンドチップで行われ4-5の心皮を取るきれいなスライド上に、液体の過剰を取り除く。
5. 細い針で縦カットを行い、 図2に示すように胚珠の行を解放する心皮の壁を切り離し、PBS（10μL以下で）で覆うことにより、乾燥を避ける。
6. すぐに、200μlのアクリルアミドミックスのアリコートと12μLのAPSを12μlのNAPを追加し、混合する。
7. 解剖した胚珠に活性化したアクリルアミドの30を添加する。
8. 20×20ミリメートルのカバーガラスで覆い、室温、45〜60分で重合してみましょう。
9. カミソリの刃を使用してカバーガラスを取り外します。この段階で、サンプルはPBSを含むコプリンジャー中で4℃で一晩維持することができる。

3。組織処理

注：3.2.1、3.2.3、3.3.2および3.4​​.3を除くすべてのステップは室温での化学ボンネットの下に80ミリリットル溶液をコプリンジャーに行われている。スライドはフラットチップピンセットで転送されます。

1. 組織の明確化と固定：
   1. メタノール中で5分間インキュベートする。
   2. エタノールに5分間インキュベート。
   3. エタノール中で30分間インキュベートする：キシレン（1:1）。
   4. エタノールに5分間インキュベート。
   5. メタノール中で5分間インキュベートする。
   6. 2.5％ホルムアルデヒドで補完、メタノールおよびPBT（1:1）中で15分間インキュベートする。
   7. PBTで2×10分を洗浄します。この段階で、スライドを4℃で一晩保持することができる
2. 細胞壁消化：
   1. 氷上で細胞壁消化混合物のアリコートを解凍する。
   2. コプリンジャーからスライドを取り、ペーパータオルの上に垂直に配置することによって、液体の過剰を排出。
   3. アクリルアミドパッド上で細胞壁の消化ミックスを100μlを加え、23 X 46ミリメートルのカバースリップでカバーしています。他のスライドについて、この手順を繰り返します。 （材料に記載されている）湿ったチャンバー内で37℃で2時間インキュベートする。
   4. PBTのスライド2×5分を洗ってください。
3. 治療をRNアーゼ：
   1. コプリンジャーからスライドを取り、目のドレイン前のような液体のE過剰。
   2. 湿ったチャンバー内で37℃で1時間、1％のTween-20を含むPBS中の100μg/ mlでのRNaseA100μlで各スライドをインキュベートします。
   3. PBTで2×5分間スライドを洗浄します。
4. ポスト固定および透過：
   1. 新たに作成したPBT-Fでの20分間のポスト修正。
   2. PBTで10分間スライドを洗浄します。
   3. 4℃で2％のTween-20を含むPBS中で2時間透過化
   4. PBTで2×5分間スライドを洗浄します。

4。免疫染色

注：このステップでは、一次抗体の最適濃度は、抗体の異なる希釈（1:200、1:500、1:1000）を用いて試験されなければならない。

1. 4℃で12〜24時間、0.2％のTween-20を含むPBSで希釈した一次抗体100μlで各スライドをインキュベート
2. 穏やかに振とう下、室温で2〜4時間、PBTでスライドを洗浄します。
3. 適用するPBS +0.2％のTween-20で24時間、4℃で、二次抗体1:200
4. 穏やかに振とう下、室温で1時間、PBTでスライドを洗浄します。
5. 15分間、PBS中10μg/ mlのヨウ化と対比染色後、室温で、穏やかに振盪下にPBS中で15分をすすぐ。
6. 退色防止液体封入内のマウントは、10μg/ mlのヨウ化を補った。封入剤は、CLSMで画像を取得する前に、1時間硬化させてみましょう。

5。定量的イメージング

1. 画像収集：
   1. 理想的には、より良好な長期のイメージング²³を超える蛍光シグナルの保存、および63Xグリセロール浸レンズを可能にする共振型走査モードを使用して、CLSMを用いた高解像度の画像を取得する。
   2. 厳密に従うことを通して、標準的な取得手順を定義するためにこのような実験の開始時レーザー強度、利得、ピンホール、ボクセルサイズとズーム倍率として取得パラメータをテスト一貫性の定量的測定のためのすべてのスライド。
   3. 蛍光色素間のクロストークが存在しないことを確認してください。存在する場合、シーケンシャルスキャンを設定します。同時に、別々に透過画像を取得していない。
   4. xとyの次元で可能な限り高い分解能でかつZ次元（ナイキストの法則）での2倍のオーバーサンプリングをシリアル、3次元画像取得を実行します。
2. 画像処理：
   1. 商用またはオープンソースのソフトウェアを使用して3次元的に連続画像を再構成する。
   2. 3Dへの関心のそれぞれの核（またはセル）の周囲に輪郭面を定義します。
   3. 各オブジェクト内の画素強度の和として、各チャンネルで蛍光を定量する。
   4. 統計分析のためにデータをExcelにエクスポートします。 例えば、DNA染色信号に対する抗体シグナルを正規化する。

結果

我々は全体のマウント中の細胞学的染色に適しシロイヌナズナ胚珠の大規模調製および処理のための堅牢なプロトコルを提供する。埋め込 ​​みのおかげで、胚珠が3次元構造（ 図3）を保持する。さらに、光の明確化など、組織処理は、高解像度で細胞内構造を画像化することができます。 図4は、ヘテロクロマチンが明るく表示され、明確に定義された目立...

ディスカッション

顕花植物では、女性の生殖細胞系列は、このように技術的に困難なホールマウントで細胞学的染色をレンダリング、珠心や胚珠外皮を含むいくつかの細胞層に囲まれています。ここでは、このような全体マウントでのin situハイブリダイゼーション 、免疫染色、DNA染色および蛍光として細胞学的染色に適し胚珠多数の製造および加工を可能に効率的なプロトコルを提示する。我?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Solutions
BVO Fixation Buffer (based on32)			2 mM EGTA, pH 7.5, 1% (v/v) formaldehyde, 10% DMSO, 1x PBS, 0.1% Tween-20
PBT			1x PBS, 0.1% Tween-20
PBT-F			1x PBT, 2.5% (v/v) formaldehyde
30% acrylamide:bisacrylamide			3 g acrylamide, 0.33 g bisacrylamide, 1x PBS (prepare 10 ml, store at 4 °C)
200 ml 5% acrylamide mix in PBS			34 ml 30% acrylamide:bisacrylamide, 166 ml 1x PBS (make fresh from 30% stock)
20% ammoniumpersulfte			0.2 g ammoniumpersulfte, 1 ml sterile water (prepare aliquots with 1 ml and store at -20 °C)
20% sodium sulfite			0.2 g sodium sulfite, 1 ml sterile water (prepare aliquots with 1 ml and store at -20 °C)
Cell wall enzyme mix			0.5% (w/v) cellulase, 1% (w/v) driselase, 0.5% (w/v) pectolyase
Reagents and Materials
Formaldehyde	Sigma-Aldrich	F1635
DMSO	Sigma	D5879
Tris	Amaresco	0497
Ethanol	Schaurlau	ET00102500
Methanol	Schaurlau	ME03062500
Xylene	ROTH	4436.1
Cellulase	Sigma	1794
Driselase	Sigma	D8037
pectolyase	Sigma	P5936
Tween-20	Merck	8.22184.0500
EGTA	Sigma	E-4378
acrylamide	Sigma	A-3553
bisacrylamide	Sigma	M2022	toxic
ammoniumpersulfate	Sigma	A9164
Sodium sulfite	Fluka	71988
Anti-trimethyl-Histone H3 (Lys4)	Upstate	07-473
Anti- monomethyl-Histone H3 (Lys27)	Upstate	07-448
Alexa Fluor 488~goat ~anti ~rabbit (H+L)	Molecular Probe	A11008
ProlongGold	Invitrogen	P36934
Propidium iodide	Sigma	P4170	toxic
DAPI	Sigma	D9542	toxic
RNAse A	Roche	10109169001
Coplin jar	Huber & CO	10.055
Forceps	DUMONT BIOLOGY
Shaker	Heidolph	543-12310-00-0
Moist chamber			A plastic box with damp paper towel inside, a plastic support is put into the box for supporting the slides and keep slides from the water.
Superfrost Plus slide	Thermo Fisher	J1800AMNZ	Menzel-Gläser
FISH Tag DNA KIt	Invitrogen	F32947
GFP booster	Chromotek