* Estes autores contribuíram igualmente
Temos uma estratégia de derivados para detectar incorporação seqüencial de análogos da timidina (CldU e UDI) em tecidos de camundongos adultos para quantificar duas rodadas sucessivas de divisão celular. Esta estratégia é útil para detectar renovação celular de longa duração tecidos, transformação oncogênicos, ou de trânsito ampliando-células.
Medição precisa da divisão celular é um desafio fundamental em biologia experimental, que se torna cada vez mais complexo quando lentamente células em divisão são analisados. Métodos estabelecidos para detectar a divisão celular incluem a visualização direta por microscopia contínua em cultura de células, a diluição de corantes vitais como carboxifluoresceína di-aetate succinimidyl éster (CFSE), imuno-detecção de antígenos mitogênicos como a Ki67 ou PCNA, e os análogos da timidina. Análogos da timidina pode ser detectado por uma variedade de métodos incluindo rádio-detecção de timidina tritiada, imuno-detecção de bromo-deoxiuridina (BrdU), cloro-deoxiuridina (CldU) e iodo-deoxiuridina (UDI), e detecção química de etinil-deoxiuridina (Edu). Temos uma estratégia de derivados para detectar incorporação seqüencial de diferentes análogos da timidina (CldU e UDI) em tecidos de ratos adultos. Nosso método permite que os investigadores quantificar com precisão duas rodadas sucessivas de divisão celular. Por meio da otimização de protocolos imunocoloração nossa abordagem pode detectar análogos dose muito baixa timidina administrada através da água potável, segura para administrar a ratinhos durante períodos prolongados de tempo. Conseqüentemente, a nossa técnica pode ser usada para detectar renovação celular nos tecidos muito longa. Obter óptimos resultados de coloração immunofluoresent pode ser conseguido em vários tipos de tecido, incluindo pâncreas, pele, intestino, fígado, adrenal, testículos, ovários, tireóide, linfonodos e cérebro. Temos também aplicou esta técnica para identificar a transformação oncogênica dentro dos tecidos. Temos ainda mais aplicada essa técnica para determinar se o trânsito ampliando células contribuem para o crescimento ou renovação dos tecidos. Neste sentido, a administração seqüencial de análogos da timidina representa uma nova abordagem para estudar as origens ea sobrevivência das células envolvidas na homeostase do tecido.
1. Tecidos rotulagem com CldU e UDI
2. Preparação de colheita de tecidos, Fixação, e Slide
3. Recuperação de desidratação, permeabilização, Antigen e
4. Anticorpos primários e secundários
5. Análise de imagem e
6. Resultados representante
Nós rotulados sequencialmente 6 semanas de idade camundongos fêmeas com CldU por uma semana e depois UDI por duas semanas, seguido pelo sacrifício imediato. Pancreata foram coradas para detectar CldU, UDI, e insulina (um antígeno do tecido), bem como DAPI. Ilhotas foram uniformemente corados com insulina. CldU núcleos corados eram distintos UDI núcleos corados (Figura 2). Muitos núcleos fora do ilhéu foram CldU UDI co-positivos (Figura 2, abaixo à direita, setas brancas). Uma célula de insulina único positivos tinham coloração nuclear para ambos CldU e UDI (Figura 2, parte inferior direita, seta magenta).
Camundongos. Todos os experimentos com camundongos foram realizados de acordo com as diretrizes do comitê IACUC do Hospital Infantil da Filadélfia. Feminino B6.129 F1 do tipo selvagem ratos foram adquiridos da Taconic (Germantown New York), alojados nas instalações com animais de laboratório do Hospital Infantil da Filadélfia, e alimentados com a dieta do rato de 5015 PMI Nutrition International (Richmond. Indiana).
Rotulagem estratégia. Ao classificar o evento de primeira divisão celular com CldU (marcado verde nesse esquema) e da divisão celular em segundo lugar com UDI (marcado a vermelho neste esquema), os resultados de células seqüenciais divisão em co-rotulados com as duas células CldU e UDI (verde / vermelho) .
Resultados representativos da rotulagem timidina do volume de negócios no pâncreas de células dentro de camundongos. Imunofluorescência imagem de um pâncreas de rato com ilhotas de Langerhans no centro. Mouse foi infundido com CldU por 1 semana e depois UDI por 2 semanas na água de beber antes de sacrifício imediato. Amostra de pâncreas foi processado como descrito no protocolo. 40x imagens objetivas, com camadas distintas exibido adequado para contagem. Imagens fundidas contêm DAPI (branco) CldU (verde), UDI (vermelho), insulina (amarelo). (Superior, à esquerda) DAPI e insulina. (Superior, direita) CldU e insulina. (Inferior, à esquerda) UDI e insulina. (Inferior, à direita) CldU, UDI, e insulina. Barra de escala: 100μm.
Figura 1. Estratégia de Etiquetagem. Ao classificar o evento de primeira divisão celular com CldU (marcado verde nesse esquema) e da divisão celular em segundo lugar com UDI (marcado a vermelho neste esquema), os resultados de células seqüenciais divisão em co-rotulados com as duas células CldU e UDI (verde / vermelho) .
Figura 2. Resultados Representante da rotulagem timidina do volume de negócios no pâncreas de células dentro de camundongos. Imunofluorescência imagem de um pâncreas de rato com ilhotas de Langerhans no centro. Mouse foi infundido com CldU por 1 semana e depois UDI por 2 semanas na água de beber antes de sacrifício imediato. Amostra de pâncreas foi processado como descrito no protocolo. 40x imagens objetivas, com camadas distintas exibido adequado para contagem. Imagens fundidas contêm DAPI (branco) CldU (verde), UDI (vermelho), insulina (amarelo). (Superior, à esquerda) DAPI e insulina. (Superior, direita) CldU e insulina. (Inferior, à esquerda) UDI e insulina. (Inferior, à direita) CldU, UDI, e insulina. Barra de escala: 100μm.
Nossa abordagem para timidina abordagem baseada em volume de negócios à rotulagem célula tem muitas aplicações potenciais na pesquisa biomédica. Até à data, têm-se concentrado sobre o pâncreas, mas também temos aplicado esta estratégia para examinar a renovação celular da pele, intestino, fígado, rim, adrenal, testículos, ovários, tireóide, linfonodos, hematopoiese e cérebro 1. Porque renovação celular varia de tecido para tecido, as estratégias de rotulagem deve ser personalizado para obter as informações mais interessantes do órgão de interesse. Morrison e seus colegas usaram CldU e UDI para 1 a cada dia para rotular hematopoiese 2. Kuhn e seus colegas usam CldU e UDI, durante 4 dias cada um para detectar a divisão celular na regeneração do miocárdio 3. Em contraste, temos usado CldU e UDI por até 9 meses total a etiqueta volume de negócios de células basais dentro de ilhotas pancreáticas, um tecido com volume de negócios célula mínima que o animal envelhece 1,4-6. A aplicação mais óbvia potencial da nossa estratégia de rotulagem é de estudos para definir a renovação celular dentro da homeostase do tecido. Mas a nossa técnica tem várias outras aplicações potenciais. Por exemplo, nós também recentemente aplicou esta técnica para identificar a transformação oncogênica dentro dos tecidos, onde áreas focais de aumento da replicação pode ser facilmente identificado pela incorporação crescente de UDI CldU ou 5. Morrison e seus colegas usaram CldU e UDI para 1 a cada dia para testar o comportamento de fixação da etiqueta de células-tronco hematopoéticas 2. Temos também aplicada rotulagem analógica sequencial timidina para determinar se o trânsito ampliando células contribuem para o crescimento ou renovação dos tecidos 1. Nesta administração de aplicações seqüenciais de análogos de timidina representa uma nova abordagem para estudar as origens ea sobrevivência das células envolvidas na homeostase do tecido.
Análogos da timidina não deve ser utilizado sem precaução. Análogos da timidina sintéticos têm toxicidade potencial de células em divisão, e seu uso pode, teoricamente, prejudicar a renovação das células em animais em crescimento. Análogos da timidina têm sido usados como agentes radiosuscetível para pacientes com câncer, e pode retardar a renovação celular. Assim, apelamos a investigadores para investigar com cautela para toxicidades potenciais em seus tecidos de interesse. Por exemplo, Trumpp e seus colegas acham que BrdU sistêmica pode forçar células-tronco hematopoéticas para entrar ciclo celular 7. Por exemplo, Rutter e colegas observaram que os análogos da timidina altas doses são tóxicos para o desenvolvimento de pâncreas 8. Mais recentemente Hellerstein e seus colegas na KineMed, Inc descobriu que retarda BrdU administração intra-ilhota proliferação de 16-25% usando uma técnica de rotulagem de propriedade de água pesada 9. Os preparativos da ilhota utilizada por toda Hellerstein e colegas contidas endócrinas e muitos outros tipos de células endócrinas não, o qual pode incluir até 50% das preparações das ilhotas total. No entanto, descobrimos que a infusão prolongada de BrdU não influencia a proliferação de células beta em camundongos adultos jovens, medido pelo Ki67 expressão 4. Da mesma forma, a longo prazo administração de CldU e UDI não parece prejudicar a expansão da massa de células beta 1. Além disso, as taxas de proliferação de células beta são equivalentes entre camundongos rotulados com BrdU por longos períodos de tempo e de ratos que só são rotulados por algumas horas (taxas são normalizados para períodos de tempo equivalente). Juntos, esses resultados sugerem que os ratos podem tolerar com segurança a longo prazo da administração de baixa dose de análogos da timidina. Ainda assim, não podemos descartar potencial de toxicidade por análogos da timidina na pâncreas crescimento das células beta. Como resultado, continuamos a realizar os controlos quando rotulagem camundongos com análogos da timidina, e exortar outros investigadores a fazê-lo também.
Nossa técnica de marcação seqüencial análogos da timidina não isenta de riscos e desafios técnicos. Como resultado, lâminas de controlo são especialmente importantes. Temos gerado slides de controle que consistem em vários tecidos a partir de 1) Os ratos que foram apenas marcados com CldU;.. 2) Os ratos que foram rotulados apenas com parceiros UDI;. 3) Os ratos que foram seqüencialmente marcados com CldU e UDI;. 4) ratos que foram rotulados sequencialmente na ordem inversa, primeiro com UDI e, em seguida, CldU;. 5) Os ratos que são rotulados simulada apenas com água. Quando aprender a etiqueta com CldU e UDI, os investigadores devem sempre realizar todo o protocolo com todos os 5 jogos acima de slides a partir do tecido de interesse.
Reatividade cruzada entre ligeira CldU e UDI é uma desvantagem infeliz, mas inevitável para rotulagem com ambos os análogos da timidina. A técnica CldU e UDI é baseada nas diferenças de afinidades entre anti-soros que foram originalmente derivados contra BrdU em diferentes espécies (rato e rato). Nosso protocolo, enquanto pesado, é projetado para minimizar tais reatividade cruzada. Conseqüentemente, nós pedimos cautela entre os pesquisadores que consideram pular etapa (s) do protocolo. Em particular, temosencontrou problemas com anti-soros secundárias que são reativos cruzada entre ratos e ratinhos. Isto pode ser minimizado pelo uso de anti-soros Jackson que são totalmente cross-adsorvidas entre ratos e ratinhos.
Ocasionalmente, não conseguem detectar adequadamente a incorporação de timidina. Em tais casos, é extremamente importante o uso de lâminas de controlo positivo para determinar qual reagente ou passo não estava funcionando. Dificuldades são tipicamente devido à má alíquotas de soros, slides seco, ou permeabilização nuclear inadequada. Falhamos com sucesso rótulo desenvolver embriões com UDI. Assim, nem todos os tecidos podem ser permeável ao UDI.
Alternativas para CldU e UDI para a dupla marcação análogo da timidina estão no horizonte. Edu (5-etinil-2 deoxiuridina) pode ser um substrato para a detecção de cobre química catalisada clique 10,11. Métodos de detecção Edu não requerem a separação das fitas de DNA, e são, portanto, altamente passível de análise por citometria de fluxo 12. Edu é compatível, mas não reativa cruzada com BrdU 10. Edu tem sido utilizada para quantificar a renovação celular dos tecidos do mouse diversos, incluindo células pancreáticas beta 13, células L intestinais 14 e epiderme 15. Edu é bastante caro no momento (mil dólares dos EUA por 500mg). Ainda assim, a detecção de Edu parece ser muito mais sensível que a detecção BrdU 10. Assim, pode ser economicamente viável para combinar Edu e BrdU em vez de CldU e UDI. Este método também pode permitir a detecção de três diferentes rodadas de divisão celular em camundongos triplamente rotulado para Edu, CldU, e UDI.
Em resumo, a nossa técnica de marcação seqüencial análogos da timidina é uma nova abordagem para detecção de renovação celular. Esperamos que a nossa abordagem permite que outros cientistas para quantificar com mais precisão a divisão celular, e esperar que ele vai abrir novos paradigmas na homeostase do tecido.
Apoiado pelo JDRF, o NIH (R01-DK081469), Estado da Pensilvânia (Centro de Excelência em Medicina Regenerativa conceder 4100043362), a March of Dimes (Basil O'Connor Iniciado Prêmio de Pesquisa Scholar), e da Universidade de Pennsylvania piloto DERC e viabilidade de subvenção (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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