Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Для того, чтобы обнаружить здоровые клетки в целых животных , которые содержат низкие уровни активности каспазы, высокочувствительный биосенсор назначенный CaspaseTracker был сгенерирован для дрозофилы. Каспазы-зависимой биосенсора обнаруживается активность в долгоживущих здоровых клетках во внутренних органах взрослых животных, выращенных в оптимальных условиях при отсутствии стимулов смерти.
Caspases are the key mediators of apoptotic cell death via their proteolytic activity. When caspases are activated in cells to levels detectable by available technologies, apoptosis is generally assumed to occur shortly thereafter. Caspases can cleave many functional and structural components to cause rapid and complete cell destruction within a few minutes. However, accumulating evidence indicates that in normal healthy cells the same caspases have other functions, presumably at lower enzymatic levels. Studies of non-apoptotic caspase activity have been hampered by difficulties with detecting low levels of caspase activity and with tracking ultimate cell fate in vivo. Here, we illustrate the use of an ultrasensitive caspase reporter, CaspaseTracker, which permanently labels cells that have experienced caspase activity in whole animals. This in vivo dual color CaspaseTracker biosensor for Drosophila melanogaster transiently expresses red fluorescent protein (RFP) to indicate recent or on-going caspase activity, and permanently expresses green fluorescent protein (GFP) in cells that have experienced caspase activity at any time in the past yet did not die. Importantly, this caspase-dependent in vivo biosensor readily reveals the presence of non-apoptotic caspase activity in the tissues of organ systems throughout the adult fly. This is demonstrated using whole mount dissections of individual flies to detect biosensor activity in healthy cells throughout the brain, gut, malpighian tubules, cardia, ovary ducts and other tissues. CaspaseTracker detects non-apoptotic caspase activity in long-lived cells, as biosensor activity is detected in adult neurons and in other tissues at least 10 days after caspase activation. This biosensor serves as an important tool to uncover the roles and molecular mechanisms of non-apoptotic caspase activity in live animals.
Каспазы цистеиновых протеаз, которые опосредуют апоптотической гибели клеток путем скола много внутриклеточных белков после ключевых остатков аспарагиновой. Например, инициатор каспазы активировать эффекторные каспазы, derepress нуклеазы ДНК, понадеясь компоненты цитоскелета и изменяет липидный состав клеточных мембран , чтобы быстро ликвидировать клетки и стимулировать их признание и полном охвате соседними клетками, располагающие клеточных трупов. 1-4 Подсчитано что миллиарды клеток умирают в день в человеческом теле, и апоптоз является важным механизмом вызванной химиотерапией смерти опухолевых клеток. 5 Другой набор каспаз может привести к гибели клеток с помощью различных не-апоптотических процессов для стимуляции врожденного иммунитета. 6 Таким образом, большинство исследований каспаз была сосредоточена на своих функций про-смерти.
Интересно, что первые данные в поле показали, что одни и те же каспазы несут ответственность за развитие клеточной смерти также необрывающегося пУНКЦИИ. Пионерские исследования показали , что каспазы участвуют в различных клеточных функций в здоровых клетках, в том числе регуляции клеточной пролиферации и миграции в процессе эмбриогенеза. 7-9 Каспазы требуется для индивидуализации сперматид в дрозофилы 10,11, для блокирования альтернативного necroptotic гибель клеток пути у мышей 12,13, а также для обработки микроРНК в C. Элеганс. 14,15 В , возможно , самой долгоживущей клетки, нейроны, каспазы и другие апоптическая машины участвуют в регуляции активности нейронов по обрезке синаптических окончаний, процесс считается необходимым для укрепления других синапсов для обучения и памяти 16 - ти. 18 возможно , что каспазы облегчают синаптическую обрезку по типу мини-апоптозу крошечных нейрональных проекций без всей клеточной гибели. 19 Тем не менее, каспазы могут иметь альтернативные функции , не связанные с апоптозом , как события. 20,21 Двойная рольs в жизни и смерти не являются уникальными для каспаз; BCL-2 белки семейства и цитохром с играют свою роль в клеточных энергетики в здоровых клетках , но также являются частью основного пути апоптоза , который активируется многими типами клеток стресса. 22-25 Хотя это и не доказано, что кажется логичным , что эволюция связана день -jobs до смерти-рабочих мест в рамках одних и тех же молекул, чтобы обеспечить своевременное устранение непригодных или нежелательных клеток.
В настоящее время молекулярные механизмы, не апоптотической активности каспазы не поняты, и степень не-апоптотической активности каспазы во время эмбрионального развития и во взрослых тканях также не известно. Главной проблемой является трудность в различении однодневные рабочие места от смертельных заданий каспаз. В отличие от апоптоза и pyroptosis, когда активность каспазы усиливается протеолитического каскада, днем рабочих мест каспаз, как ожидается, произойдет при гораздо более низких уровней ферментативной активности, вероятно, ниже обнаружения с помощью множества доступных техничтодологии.
До начала работы, представленной здесь, другие разработали различные каспазы биосенсоры для различных целей. Копро биосенсоры (например, ECFP-DEVD-Венера) быстро обнаруживать активность каспазы в режиме реального времени в культивируемых клетках и тканях животных с использованием FRET. 26,27 При каспазы расщепления, то GFP фрагмент Apoliner (mCD8-RFP-DQVD- ядерных целевых nucGFP) подвергается внутриклеточную релокализация в течение нескольких минут , когда его плазмалеммы-фал расщепляется каспазы. 28 Точно так же, ApoAlert-pCaspase3-Sensor (NES-DEVD-YFP-NLS) relocalizes из цитоплазмы в ядро при каспазы расщепления. 29,30 Подробнее в последнее время хромофора в iCasper был искусно разработан флуоресцировать при расщеплении с помощью каспаз, что позволяет обнаруживать биосенсора активности в реальном масштабе времени в нейронах Drosophila эмбрионов, но в первую очередь в связи с развитием клеточной гибели. 31 каспазы-зависимую гибель обонятельных нейронов при старении было demonstоценили иммунологического обнаружения каспазы-расщепляется форме КНД биосенсоров (например, mCD8-ППА-Венера). 32,33 Важно отметить, что активированная форма каспазы-3 был обнаружен в отсутствие гибели клеток путем чувствительной immunostain в корешках культивированные нейроны, а в соме с использованием каспазы-зависимой флуоресценции CellEvent репортерного красителя ядерной, но трудности возникли из - за фото-токсичности, хотя гибель клеток было отложено до после устранения позвоночника. 19 Таким образом, новые каспаз биосенсоры необходимы для обнаружения и отслеживать клетки с базальной активности каспазы в естественных условиях.
Для преодоления этих трудностей, мы получили новый двойной цвет каспазы биосенсора, обозначенный CaspaseTracker. Эта стратегия сочетает в себе модифицированную версию Drosophila каспазы-чувствительных Apoliner биосенсора 28 с Drosophila G-волоконные системы FRT рекомбинантному 34 постоянно маркировать и отслеживать клетки в естественных условиях. 35 Gal4-активированная система G-TRACE позволяет очень низкие уровни каспазы активировать CaspaseTracker, что приводит к экспрессии RFP в цитоплазме и постоянное выражение ядерной мишенью GFP в любой клетке, которая когда- либо испытывали активность каспазы. 35 Эта система может маркировать клетки на протяжении жизни в целом животных с использованием дрозофилы, послушным и широко используется модель системы для изучения каспаз и гибели клеток. 36-38
1. Приготовление CaspaseTracker Мух
2. Подготовка ткани, Окрашивание и Монтажное
3. конфокальной микроскопии
Есть два ключевых компонента , которые позволяют CaspaseTracker обнаружить активность каспазы у нормальных здоровых клеток (рис 1а). Первый из них представляет собой 146 аминокислоты каспазы-расщепляться полипептид по образцу каспазы биосенсора Apoliner (рисунок 1b).<...
Здесь мы проиллюстрируем строительные и внутренние работы CaspaseTracker, которые облегчают обнаружение широко распространенного базальной активности каспазы в здоровых тканях. Критические шаги для обнаружения не-апоптический активность каспазы в естественных условиях являются: 1) ф?...
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим Polan Сантос и Даррен Obbard для дрозофилы иллюстраций на рис. 2а, Марсело Якобс-Лорена для использования инсектарий JHMRI. Эта работа была поддержана стипендией Research Foundation Life Science (ГВУ), Комитет Гранты Университета Гонконга AoE / B-07/99 (MCF) и NIH предоставляет NS096677, NS037402 и NS083373 (JMH). Хо Лам Тан является Shurl и Кей Курчи Foundation сотрудник Life Sciences Research Foundation.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Consumables and Reagents | |||
Vectashield | Vector Products | H-1000 | Mounting medium |
Forceps | Ted Pella | #505 (110mm, #5) | Dumont tweezer biology grade, stainless steel |
Hanging Drop Slides | Fisher Scientific | 12-565B | Glass slides |
Hoechst 33342 | Molecular Probes | H1399 | DNA stain |
Alexa Fluor 633 Phalloidin | Molecular Probes | A22284 | Actin stain |
Rat-Elav-7E8A10 anti-elav antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) | Antibody Registry ID: AB_528218 | Stain for Drosophla pan-neuronal ELAV |
Cleaved caspase-3 (Asp175) antibody | Cell Signaling Technology | #9661 | Stain for active fragment of caspase-3 |
ProLong Gold antifade reagent | Life Technologies | P36934 | to preserve fluorophores |
ProLong Diamond Antifade Mountant | Life Technologies | P36961 | to preserve fluorophores |
SylGard 182 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Product code: 0001023934 | for dissection plates |
Equipment | |||
LSM780 confocal microscope | Carl Zeiss | N/A | Imaging |
Carl Zeiss Stereomicroscope Stemi 2000 | Carl Zeiss | N/A | Drosophila dissection |
AmScope Fiber Optic Dual Gooseneck Microscope Illuminator, 150 W | AmScope | WBM99316 | Light source |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены