АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Нейронные стволовые/клетки-прародители демонстрируют различную экспрессионную динамику сигнальных компонентов Notch, которые приводят к различным исходам клеточных событий. Такое динамическое выражение может быть выявлено путем мониторинга в реальном времени, а не статического анализа, с использованием высокочувствительной биолюминесценционной системы визуализации, которая позволяет визуализировать быстрые изменения в экспрессии генов.

Аннотация

Сигнализация notch регулирует обслуживание нервных клеток ствола/прародителя взаимодействиями клетки-клетки. Компоненты сигнализации Notch демонстрируют динамическое выражение. Эффектор сигнала Hes1 и Notch ligand Delta-like1 (Dll1) выражены в колебательной манере в нервных стволовых/прагениторных клетках. Поскольку период колебательной экспрессии этих генов очень короткий (2 ч), трудно контролировать их циклическое выражение. Для изучения таких быстрых изменений в экспрессии гена или динамике белка требуется быстрая реакция репортеров. Из-за его быстрой кинетики созревания и высокой чувствительности, биолюминесценция репортер luciferase подходит для мониторинга быстрых изменений экспрессии генов в живых клетках. Мы использовали дестабилизированный репортер люциферазы для мониторинга активности промоутера и luciferase-слитый репортер для визуализации динамики белка с разрешением одной клетки. Эти биолюминесценции репортеры показывают быстрый оборот и генерировать очень слабые сигналы; поэтому мы разработали высокочувствительную систему визуализации биолюминесценции для обнаружения таких слабых сигналов. Эти методы позволяют нам контролировать различные динамики экспрессии генов в живых клетках и тканях, которые являются важной информацией, чтобы помочь понять фактические клеточные состояния.

Введение

Мозг млекопитающих состоит из большого количества различных типов нейронов и глиальных клеток. Все клетки генерируются из нервных стволовых / прародителей клеток (NPCs), которые сначала размножаются, чтобы расширить их число, затем начинают дифференцироваться в нейроны, и, наконец, привести к глиальных клеток1,2,3,4,5. После того, как клетки дифференцированы в нейроны, они не могут размножаться или увеличивать их число, и, следовательно, поддержание NpCs до более поздних стадиях имеет важное значение. Прочка сигнализации через ячейки взаимодействия играет важную роль в поддержании NPCs6,7. Выемка лиганды взаимодействуют с мембранным белком, Notch, на поверхности соседних клеток и активирует белок Notch. После активации происходит протеоз белка Notch, тем самым высвобождая внутриклеточное достояние Notch (NICD) из клеточной мембраны в ядро8,9,10. В ядре NICD связывается с областями промотора Hes1 и Hes5 (Hes1/5) и активирует экспрессию этих генов. Hes1/5 подавляют экспрессию проневрюкгенных генов Ascl1 и Neurogenin1 (Neurog1/2)11,12,13,14. Поскольку проневральные гены вызывают дифференциацию нейронов, Hes1/5 играет важную роль в поддержании NPC. Кроме того, поскольку проневрюновые гены могут активировать экспрессию Нотх лиганда Дельта-like1 (Dll1), Hes1/5 также подавляет экспрессию Dll1. Таким образом, выражение Dll1 приводит к тому, что соседние клетки являются отрицательными для Dll1 через Сигнализацию Notch. Таким образом, клетки ингибируют соседние клетки от следующих их же судьбы, явление, известное как боковое ингибирование8. В развивающемся мозге боковое ингибирование играет роль в генерации различных типов клеток.

Визуализация в режиме реального времени на уровне одной клетки показывает динамические выражения компонентов сигнализации Notch вNPC 15,16,17. Прочка сигнализации активизирует выражение Hes1, но Hes1 белка связывается с собственным промоутером и подавляет свое собственное выражение. Кроме того, Hes1 является чрезвычайно нестабильным белком, который деградирует убиквитин-протеасомы пути; поэтому, репрессии своего собственного промоутера только недолго, а затем транскрипция начинается снова. Таким образом, выражение Hes1 колеблется как на транскрипции, так и на переводном уровне в цикле182 ч. Колеблящее выражение Hes1, в свою очередь, индуцирует колебальное выражение нюшенных генов, таких как Ascl1, Neurog2, и Dll1, через периодические репрессии15,16,17,19. В то время как проневральные гены могут вызвать дифференциацию нейронов, их колебательная экспрессия недостаточна для дифференциации нейронов; а их устойчивое выражение имеет важное значение для дифференциации нейронов. Колеблющее выражение проневральных генов важно для поддержания NPC, а не для индуцирования дифференциации нейронов14,15,16. Выражение Dll1 колеблется как на транскрипции, так и на переводном уровне при различных морфогенезах, таких как нейрогенез и сомитогенез. Динамическое выражение Dll1 важно для нормального морфогенеза и устойчивое выражение Dll1 вызывает дефекты в нейрогенезе и сомитогенезе17. Эти выводы демонстрируют важную функцию, которую динамика экспрессии генов и кинетики белка оказывают на регуляцию различных событий развития (т.е. различная динамика экспрессии производит различные выходы в клеточном поведении).

Для анализа динамики сигнализации Notch статического анализа тканей и клеток недостаточно, так как они постоянно меняются. В режиме реального времени изображение одиночных клеток является мощным инструментом для выявления динамики экспрессии генов. Динамическое выражение сигнальных молекул Notch подвергается быстрым циклическим реакциям в период 2-3 ч. Это быстрое периодическое выражение представляет две трудные проблемы для мониторинга в реальном времени: (1) выражение молекул подавляется до низких уровней, и (2) быстрый оборот требует быстрого реагирования репортеров. Чтобы преодолеть эти проблемы, мы ранее разработали метод визуализации биолюминесценции в режиме реального времени20. Поскольку биолюминесценция репортер имеет более высокую чувствительность и короче время созревания, чем флуоресцентные репортеры, эта стратегия позволяет нам контролировать быструю динамику в живых клетках. Используя визуализацию в реальном времени, мы обнаружили, что больше генов обладают динамическим экспрессией, чем мы думали ранее. Кроме того, увеличилось количество сообщений, показывающих экспрессию и белковую динамику в живых клетках и значение этой динамики в различных биологических событиях, что свидетельствует о фундаментальной роли динамики в экспрессиях генов21,22.

В этом отчете мы описываем способ визуализации выражения Notch ligand Dll1 в NPC как в разобщенных культурах, так и в корковых срезанных культурах. Для мониторинга динамики транскрипции Dll1 на уровне одной клетки, мы создали разъединенные культуры NPCs, полученные из эмбрионального теленефалиона трансгенных мышей, несущих pDll1-Ub-Fluc репортер, Dll1 промоутер-управляемый дестабилизированной люциферазы репортер. Для мониторинга динамики белка Dll1 in vivo мы ввели репортера о слиянии Dll1-Fluc в NPC в коре головного мозга и визуализировали экспрессию репортера в NPC в корковых срезанных культурах. Изображения в режиме реального времени позволили нам запечатлеть различные особенности экспрессии генов и белковую динамику в живых клетках с высоким временным разрешением.

протокол

Все процедуры, включая предметы животного, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию в Институте пограничной жизни и медицинских наук Киотского университета.

1. Биолюминесценция репортеров

ПРИМЕЧАНИЕ: Лучифераза репортер подходит для измерения быстрой динамики промоутер деятельности путем сплавляя сигнал деградации. Кроме того, репортер luciferase fusion позволяет контролировать динамику белка в одной клетке. Оба типа репортеров доступны для монослойной культуры (культура диссоциации) и тканевой культуры (культура среза).

  1. Репортер для мониторинга Dll1 промоутер деятельности17
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для мониторинга быстрых изменений в экспрессии генов, быстрой реакции и нестабильной репортер имеет важное значение. Светлячок люциферазы (Fluc) показывает быстрое созревание по сравнению с флуоресценцией репортеров. Поскольку убиквитин сливается luciferase репортер (Ub-Fluc) показывает быструю деградацию и быстрой оборота, это очень полезно для мониторинга динамического экспрессии генов в живых клетках20.
    1. Используйте Dll1 промоутер инициативе дестабилизированных luciferase репортер, вездесущий luciferase (pDll1-Ub-Fluc, Рисунок 1Верхняя панель), чтобы контролировать быстрые изменения в выражении Dll1 на транскрипционном уровне17.
    2. Создайте трансгенную линию мыши, несущую pDll1-Ub-Fluc для стабильного выражения этого репортера.
  2. Репортер для мониторинга динамики белка Dll117.
    1. Для генерации стук-в мышах, вставьте luciferase кДНК в 3 " термини dll1 кодирования области так, что Dll1-люцифераза синтез белка выражается (Dll1-Fluc репортер, Рисунок 1A, нижняя панель)17.
    2. Мониторинг экспрессии динамики Dll1 на уровнях белка путем измерения активности люциферазы.
    3. Для мониторинга динамики белка Dll1 на уровне тканей, введите репортера Dll1-Fluc в NPCs в эмбриональной теленефалии при электропорации матки.

2. Биолюминесценция системы визуализации

  1. Постройте биолюминесценцию живой визуализации системы с помощью перевернутого микроскопа, установленного с высокой чувствительностью, водяным охлаждением CCD камеры. Для того, чтобы уменьшить шум и получить высокую чувствительность, охладите камеру охлажденной водой, предоставляемой циркулятором воды при оптимизированной температуре -90 градусов по Цельсию.
  2. Для визуализации живых клеток/тканей установите инкубационную систему, контролируя температуру и смешанный газ, на стадию микроскопа.
  3. Для визуализации выражения дестабилизированной люциферазы репортер, используйте высокий численный угол (NA: 1.30) 40x масло погружения объективной линзы. Рабочая дистанция этого объектива составляет 0,2 мм, она доступна не только для монослойной клеточной культуры, но и для культуры срезов.
  4. Для двойного мониторинга люциферазы и флуоресцеина репортер выражение, установить светодиодное освещение устройства на световой путь микроскопа.
  5. Управление замедленной визуализацией с помощью программного обеспечения, связанного с микроскопом (например, многомерная программа приобретения программного обеспечения MetaMorph).
  6. Подготовьте всю систему в темной комнате, потому что сигнал дестабилизированного репортера люциферазы очень слабый, и, чтобы избежать посторонних света предотвратить приобретение.

3. Нейронная ствол/клетка-прародитель (NPC) разъединяет культуры

  1. Подготовка культурных носителей, посуды и реагентов для культуры диссоциации NPC
    1. Подготовка N2/B27 средств массовой информации для культивирования нервных стволовых / прародителей клеток с окончательной концентрацией 1x N2, 1x B27, 1 мМ N-ацетилцистеин, 10 нг /мЛ bFGF и 50 U/mL пенициллин / Streptomycin в DMEM/ F12 сми.
    2. Подготовьте папинское решение для диссоциации, содержащее 7 U/mL папаин, 0.006% DNase и 1 мМ N-ацетилцистеин в средствах массовой информации ЭБСС.
    3. Приготовьте 100 мМ раствора люциферина натрия для визуализации люциферин. Разбавить раствор люциферина N2/B27 до конечной концентрации 1 мМ.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Люциферин показывает автофлюорезцеин себя. В случае люциферазы-флуоресценции двойной визуализации, особенно EGFP, снижение концентрации люциферина до 0,5 мм лучше.
    4. Пальто 35-мм стеклянной донной посуды (стеклянный диаметр 27 мм) с 40 мкг/мл поли-L-лизин (PLL) раствор омрачаемого раствора для 1 ч при комнатной температуре. После инкубации промыть тарелки 3x с PBS и дайте ему высохнуть.
  2. Рассечение эмбрионов и диссоциация НСПК
    1. После эвтаназии беременной pDll1-Ub-luc трансгенной мыши (эмбриональный день 12.5 (E12.5)) со стороны CO2 удушья и вывихшей шейки матки, прорезать живот и вынуть матку.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Исследователи должны следовать правилам и руководящим принципам комитета по исследованию животных своего учреждения. Если используются обезболивающие или обезболивающие препараты, используйте их правильно.
    2. Перенесите матку в 10 см Петри блюдо, содержащее 25 мл ледяной PBS. Выняйте эмбрионы из матки в ледяной PBS, используя микро ножницы и тонкие щипцы.
    3. Отрежьте голову каждого эмбриона ножницами и перенесите ее на 10 см посуды Петри, содержащей ледяные DMEM/F12. Удалите эпидермис и хрящ, окружающие мозг и перенесите мозг на 35 мм чашку Петри, содержащую ледяной 3 мл n2/B27 носителей.
    4. Отрежьте правую и левую теленцефалон от диенцефалона(рисунок 1Ba-f, C,D). Удалите оболей, покрывающие поверхность теленефалиона с помощью тонких щипцы(рисунок 1Би). Используя мелкие щипцы снова, вынуть дорсо-боковой части коры из теленефалии(Рисунок 1Bg,h,j-l E).
    5. Перенесите ткани в новые трубки мощностью 1,5 мл с помощью пипетки P1000 и удалите любую дополнительную среду с помощью пипетки P200. Добавьте 0,1 мл папинского раствора на ткани мозга (пара коры головного мозга). После 15 минут инкубации при 24 градусах Цельсия, аккуратно пипетки образцы 10 раз с P1000 пипетка. Инкубировать образцы снова в течение 15 мин при 24 градусах Цельсия.
    6. Аккуратно пипетка образцы 10 раз с P1000 пипетка. Центрифуг образцы в течение 3 мин при 400 х г и комнатной температуры (RT). Отбросьте супернатант.
    7. Добавьте 1 мл средств dMEM/F12 в пеллету. Аккуратно пипетка 10 раз с пипеткой P1000. Центрифуг образцы в течение 3 мин при 400 х г и RT. Отбросьте супернатант. Повторите это по крайней мере еще 2 раза.
    8. К грануле добавьте 0,5 мл n2/B27 носителей, содержащих 1 мМ люциферин, и хорошо перемешайте. Семя клетки (1 х 106 клеток) к PLL покрытием стеклянной нижней блюдо. Культура клеток в инкубаторе CO2 в течение 1 ч. Как только клетки прилипают к блюду, добавьте 2 мл n2/B27 носителей, содержащих 1 мМ люциферин.
  3. Визуализация экспрессии лучиферазы репортера в культуре диссоциации NPC
    1. Запустите люминесцентную систему живой визуализации перед выполнением вскрытия. Для культуры NPC установите температуру инкубатора на уровне 37 градусов по Цельсию и установите установку газовой смеси 20% O2,5% CO2.
    2. Положите масло погружения к объективному объективу. Поместите образец блюда на сцену микроскопа. Просматривайте поле вручную и выбирайте наилучшее положение и фокус интересуемых ячеек. Нажмите в прямом эфире, чтобы приобрести тестовое изображение.
    3. Запустите замедленное приобретение с помощью 2-мерных (люминесценция и яркое поле) приобретений за 24 ч с помощью многомерной программы приобретения. Выберите многомерную программу приобретения и установите настройку приобретения следующим образом (шаг 3.3.6).
    4. Для приобретения люминесценции используйте следующие настройки камеры: низкая скорость передачи (50 кГц), 2 х 2х 4 х 4 биннинга, 10 мин/5 мин времени экспозиции. Для получения яркого поля используйте следующие настройки: промежуточная скорость передачи (1 МГц), 1 х 1 биннинг и 100 мс время экспозиции.

4. При электропорации матки

ПРИМЕЧАНИЕ: Это выполняется для введения Dll1-Fluc репортера в нейронных клеток-прародителей.

  1. Подготовка инструментов и реагентов для электропорации
    1. Подготовка микрокапилляров для инъекции ДНК в желудочек эмбриональной теленефалии. Растянуть траву капилляра с теплом и вырезать и полировать кончик его с полировкой машины.
    2. Приготовьте смесь ДНК с краситель (например, Трипан синий). Концентрация каждой ДНК составляет 1 мкг/Л в PBS и добавить красителя до конечной концентрации 10%.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте смесь ДНК для визуализации динамики белка Dll1 следующим образом: Dll1-Fluc (Репортер белка Dll1, Рисунок 2E верхний)и pEF-EGFP (EF промоутер приводом EGFP экспрессии вектор, Рисунок 2Eниже), мониторинг расположения и морфологии трансинфицированных клеток.
    3. Приготовьте два типа анестезии: 3,88 мг/мл пентобарбитала и 0,12% ксилазина, в стерильных 1x PBS.
    4. Используйте стерильные инструменты и хирургические перчатки во время операции.
  2. При электропорации матки
    1. Анестезия во время беременности МЦР мыши (E12.5) путем интраперитонеального введения анестезии с 500 л 3,88 мг/мл пентобарбитала и 500 л 0,12% ксилазина.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Исследователи должны следовать регулированию экспериментов на животных. Если нужно использовать анестезию или обезболивающие препараты, используйте их должным образом.
    2. Клип волосы и дезинфицировать кожу с хирургическим скраб.
    3. Проверьте отсутствие ответа щепотку. После того, как педали рефлекс не наблюдается, сделать 2-3 см прорезать живот вдоль средней линии. Положите марли вокруг расчлененных частей и мокрые марли с теплой PBS не высушить разрез. Вынизить правый рог матки осторожно с кольцеобразными щиптом и подсчитайте количество эмбрионов.
    4. Вводят 1-2 л смешанной ДНК в желудочек теленефалии эмбрионов мягко с микрокапиллярной.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Когда инъекция успешно, можно увидеть синий цвет красителя над поверхностью матки.
    5. Влажный матки и электрода, прежде чем обеспечить напряжение импульсов, а затем держать голову эмбриона мягко. Установите положительно заряженный электрод в сторону полушария, в который была введена ДНК. Убедитесь, что состояние пульса электропорации составляет 30-50 В на 50 мс, интервал импульсов составляет 1 с (50 мс заряда и 950 мс без заряда). Предоставьте 5 импульсов одному эмбриону и проверьте, что пузырьки генерируются из отрицательно заряженного электрода.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что направление электрода: ДНК включена в клетки на стороне положительного электрода. Во время этой процедуры не двигайте положение электрода.
    6. Повторите шаги 4.2.3-4.4.4 для других эмбрионов и верните рог матки в брюшную полость. Проведите ту же процедуру с эмбрионами в левом роге матки.
    7. После того, как отодвинет левую сторону, шов разреза шелковым швом (4-0) с иглой (17 мм). Перед закрытием разреза полностью, положить теплый PBS в брюшной полости
      ПРИМЕЧАНИЕ: Интервал между швами составляет около 2 мм.
    8. После окончания операции поместите мышь на грелку для восстановления после анестезии. Дом мыши по отдельности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Исследователи должны следовать своим местным институтом регулирования экспериментов на животных. Если нужно использовать обезболивающие препараты, используйте их должным образом.

5. Подготовка срезовых культур развивающейся коры головного мозга и визуализация экспрессии лучаферазы репортера в корковых ломтиках

  1. Подготовка культурных носителей и реагентов для срезаных культур коры головного мозга
    1. Приготовьте обогащенные носители для культивирования корковых ломтиков, содержащих 5% сыворотки крупного рогатого скота плода и 5% сыворотки лошади в n2/B27 media.
    2. Пузырь 100% O2 газа через DMEM / F12 средств массовой информации для вскрытия и изготовления корковых ломтиков.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для безопасного использования кислородного газа храните баллон O2 в цилиндровом шкафу и следите за концентрацией кислорода в воздухе по счетчику концентрации кислорода.
    3. Разбавить 100 мМ люциферина натрия раствор в обогащенных носителях до конечной концентрации 1 мМ.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Люциферин показывает автофлюорезцеин себя. В случае люциферазы-флуоресценции двойной визуализации, особенно EGFP, более низкая концентрация люциферина (0,5 мм) лучше.
    4. Установите мультигазовый инкубатор на уровне 37 градусов по Цельсию на 40% O2 и 5% CO2.
  2. Рассечение эмбрионов и обследование экспрессии флуоресцентного репортера
    1. После эвтаназии беременной мыши, к которой репортеры (Е13.5) вводятся внутриутробно-электропорации (шаг 4.2), прорезать живот и вынуть матку.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Исследователи должны следовать регулированию экспериментов на животных. При использовании анестезии или обезболивающих препаратов, использовать их должным образом.
    2. Перенесите матку в 10 см петри блюдо, содержащее PBS. Вынизвините эмбрионы из матки в PBS, используя микро ножницы и тонкие щипцы. Отрежьте голову каждого эмбриона и перенесите на 10 см чашку Петри, содержащую DMEM/F12 media, пузырись с 100% O2 газом. Удалите эпидермис и хрящ, окружающий мозг, в dMEM/F12 media.
    3. Положите мозг на крышку чашки Петри с кольцеобразными щипками и установите крышку на стадии стереоскопического микроскопа флуоресценции. Проверьте область коры головного мозга, выражающую флуоресцентный белок под возбуждающим светом(рисунок 2A,B).
    4. Передача мозга на силиконовую резиновую разделочную доску, наполненную 30 мл медиа-медиа DMEM/F12, пузырилась 100% газом O2. Удалите олени, покрывающие поверхность теленефалиона, тонкими щипцыми.
    5. Вырежьте границу между медиальной и боковой частью тонально-телецефалии и разделите на два полушария с помощью микрохирургического ножа или тонких щипцев. Используя микрохирургический нож, вырезать кору, как полосы и сделать корковых ломтиков(Рисунок 2C,D). Пипетка ломтиками со средой с помощью пипетки и передать их в обогащенные носители в 35 мм блюдо.
    6. Положите ломтики на культуре вставки в стеклянные блюда нижней с обогащенными средствами массовой информации. Исправьте направление ломтиков с помощью тонких щипков. Навяжьте вырезанную поверхность срезов на поверхность культуры вставки. Удалите дополнительные носители пипеткой. Инкубировать ломтики в мульти-газового инкубатора, установленные на 40% O2 и 5% CO2 при 37 градусах по Цельсию в течение 30 мин.
    7. Добавьте 300 юл обогащенных носителей, содержащих 1 мМ люциферина, в вставить в стеклянную нижнюю тарелку.
  3. Визуализация экспрессии лучиферазы репортера в срезанных культурах
    1. Запустите люминесцентную систему живой визуализации перед началом вскрытия. Используйте следующее состояние корковых срезовых культур: 40% O2,5% CO2 и 37 градусов по Цельсию.
    2. Положите масло погружения в 40-x объектив объективной. Положите образец блюда на стадию микроскопа. Приобретите тестовое изображение флуоресцентного и установите положение и плоскость фокуса в интересуемый регион под освещением возбуждания света.
    3. Запустите замедленное приобретение 3-диаменталальным (люминесценция, флуоресценция и яркое поле) приобретения для 24 ч(рисунок 2F-H). Для приобретения люминесценции используйте следующие настройки камеры: низкая скорость передачи (50 кГц), 2x2/4x4 binning, 10 мин/5 мин времени экспозиции. Для получения флуоресценции и яркого изображения поля используйте следующие настройки: промежуточная скорость передачи (1 МГц), 1x1 binning и 100 мс время экспозиции.

6. Обработка и анализ изображений

  1. Подключите каждое изображение и сделайте образы стека. Нажмите Импорт Изображения Последовательность из меню файла (Файл (файл) Импорт (импорт) Image Sequence) и выбрать папку, где приобретенные изображения сохраняются. Поместите несколько слов, содержащихся в названии файла, в столбец File name contains.
  2. Чтобы удалить шум космических лучей на изображениях биолюминесценции, нанесите плагин SpikeNoise Filter ImageJ/Fiji. Откройте изображения стека и нажмите фильтр SpikeNoise.
  3. Примените плагин Временного фильтра Savitzky Golay, чтобы получить четкую динамику экспрессии репортера. Откройте стек изображения и нажмите Savitzky Golay Временный фильтр.
  4. Чтобы измерить интенсивность выражения репортера, нанесите плагин Axis Profile Plus к каждой отдельной ячейке. Выберите ячейки и установите ROIs, область интереса, и нажмите кнопку «Профиль оси плюс».

Результаты

Выражения генов Hes1/7 exhibit 2 h цикл колебаний в различных линиях клетки и во время somitogenesis. Кроме того, период колебаний очень короткий, и их мРНК и белки крайне нестабильны с периодом полураспада около 20 мин. При использовании репортера медленной реакции мы не можем проследить такую бы...

Обсуждение

Компоненты Нотча сигнализации показывают колеблющиеся выражения синхронно во время сомитогенеза, но из синхронности во время нейрогенеза, что приводит к трудностям в захвате динамики выражения статический анализ в последнем случае. Таким образом, мониторинг в реальном времени необх?...

Раскрытие информации

У авторов нет противоречивых финансовых интересов.

Благодарности

Мы благодарим Yumiko Iwamoto за поддержку производства видео. Мы также благодарны Акихиро Исомуре за обсуждение и поддержку анализа изображений, Хитоси Мияти за техническую поддержку для генерации трансгенных животных, Yuji Shinjo (Olympus Medical Science), Масатоси Эгава (Olympus Medical Science), Такуя Исидзу ( Olympus Medical Science) и Уин Кунитаки (Андор Япония) для технической поддержки и обсуждения биолюминесценционной системы визуализации. Эта работа была поддержана Core Research for Evolutional Science and Technology (JPMJCR12W2) (R.K.), Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (MEXT 24116705 для H.S. и MEXT 16H06480 для R.K.), Grant-in-Aid for Scientific Research (C) (JSPS) (JSPS) 18K06254 ( H.S.), Фонд Такэда (R.K. и H.S.), а также Платформа для динамических подходов к живой системе от Министерства образования, культуры, спорта, науки и техники, Япония.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Bioluminescence Imaging System
Chilled water circulator (chiller)JulaboModel: F12-ED
Cooled CCD cameraAndor TechnologyModel: iKon-M 934
Incubator systemTOKAI HITModel: INU-ONICS
Inverted microscopeOlympusModel: IX81
Inverted microscopeOlympusModel: IX83
LED illumination deviceCoolLEDModel: pE1
MetaMorphMOLECULAR DEVICESModel: 40000
Mix gas controllerTokkenModel: TK-MIGM OLO2
Objective lensOlympusModel: UPLFLN 40X O
Preparations for Dissection
Dissection microscopeNikonModel: SMZ-2B
Fluorescence stereoscopic microscopeLeicaModel: MZ16FA
Fine forcepsDUMONTINOX No.5
Scissors, Micro scissors
Forceps
Ring-shaped forceps
10-cm plastic petri dishgreiner664160-013
35-mm plastic petri dishgreiner627160
PBSNacalai Tesque14249-24
DMEM/F12invitrogen11039-021
Reagents for NPC dissociation culture
B27 supplementinvitrogen12587-010
bFGFinvitrogen13256-029Stock solution: 1 μg/ml in 0.1% BSA/PBS
D-luciferinNacalai Tesque01493-85Stock solution: 100mM in 0.9% saline
DNaseWorthington Biochemical CorporationLK003172Stock solution: 1000U/ml in EBSS
EBSSWorthington Biochemical CorporationLK003188
Glass bottom dishIWAKI3910-035
N2 supplement (100x)invitrogen17502-048
N-acetyl-cysteinSigmaA-9165-25G
PapainWorthington Biochemical CorporationLK003178Stock solution: 7U/ml in EBSS
Penicillin/StreptmycineNacalai Tesque09367-34
Poly-L-lysineSigmaP-628140 mg/ml in DW
Preparations for in utero electroporation
50-ml syringeTERUMO181228T
ElectrodeNeppagene7-mm
ElectroporatorNeppageneCUY21 EDIT
Forceps
GauzesKawamoto co.7161
Micro capillaryMade in-house
PBSNacalai Tesque14249-24
PentbarbitalKyoritsuseiyakuSomnopentyl
Ring-shaped forceps
Scissors, Micro scissors
Suture needleAkiyama MEDICAL MFG. COF17-40B2
XylazineBayerSeractal
Preparations for Slice culture
10-cm plastic petri dishgreiner664160-013
35-mm plastic petri dishgreiner627160
Culture insertMilliporePICM01250
DMEM/F12invitrogen11039-021
Fetal Bovine SerumSigma172012-500ML
Fine forcepsDUMONTINOX No.5
Forceps
Horse SerumGibco16050-122
Micro surgical knifeAlcon19 Gauge V-Lance
Multi-gas incubatorPanasonicMCO-5MUV-PJ
N2/B27 mediaMade in-houseref. NPC dissociatioin culture
PBSNacalai Tesque14249-24
Ring-shaped forceps
Scissors, Micro scissors
Silicon rubber cutting boardMade in-house

Ссылки

  1. Ross, S. E., Greenberg, M. E., Stiles, C. D. Basic helix-loop-helix factors in cortical development. Neuron. 39, 13-25 (2003).
  2. Pontious, A., Kowalczyk, T., Englund, C., Hevner, R. F. Role of intermediate progenitor cells in cerebral cortex development. Developmental Neuroscience. 30, 24-32 (2007).
  3. Kriegstein, A., Alvarez-Buylla, A. The glial nature of embryonic and adult neural stem cells. Annual Review of Neuroscience. 32, 149-184 (2009).
  4. Paridaen, J. T., Huttner, W. B. Neurogenesis during development of the vertebrate central nervous system. EMBO Reports. 15, 351-364 (2014).
  5. Taverna, E., Götz, M., Huttner, W. B. The cell biology of neurogenesis: toward an understanding of the development and evolution of the neocortex. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 30, 465-502 (2014).
  6. Louvi, A., Artavanis-Tsakonas, S. Notch signaling in vertebrate neural development. Nature Reviews Neuroscience. 7, 93-102 (2006).
  7. Pierfelice, T., Alberi, L., Gaiano, N. Notch in the Vertebrate Nervous System: An Old Dog with New Tricks. Neuron. 69, 840-855 (2011).
  8. Bray, S. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
  9. Bray, S. Notch signalling in context. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 17, 722-735 (2016).
  10. Kopan, R., Ilagan, M. X. G. The Canonical Notch Signaling Pathway: Unfolding the Activation Mechanism. Cell. 137, 216-233 (2009).
  11. Ishibashi, M., et al. Persistent expression of helix-loop-helix factor HES-1 prevents mammalian neural differentiation in the central nervous system. The EMBO Journal. 13, 1799-1805 (1994).
  12. Ohtsuka, T., et al. Hes1 and Hes5 as notch effectors in mammalian neuronal differentiation. The EMBO Journal. 18, 2196-2207 (1999).
  13. Ohtsuka, T., Sakamoto, M., Guillemot, F., Kageyama, R. Roles of the Basic Helix-Loop-Helix Genes Hes1 and Hes5 in Expansion of Neural Stem Cells of the Developing Brain. Journal of Biological Chemistry. 276, 30467-30474 (2001).
  14. Kageyama, R., Ohtsuka, T., Kobayashi, T. The Hes gene family: repressors and oscillators that orchestrate embryogenesis. Development. 134, 1243-1251 (2007).
  15. Shimojo, H., Ohtsuka, T., Kageyama, R. Oscillations in Notch Signaling Regulate Maintenance of Neural Progenitors. Neuron. 58, 52-64 (2008).
  16. Imayoshi, I., et al. Oscillatory control of factors determining multipotency and fate in mouse neural progenitors. Science. 342, 1203-1208 (2013).
  17. Shimojo, H., et al. Oscillatory control of Delta-like1 in cell interactions regulates dynamic gene expression and tissue morphogenesis. Genes and Development. 30, 102-116 (2016).
  18. Hirata, H., et al. Oscillatory expression of the bHLH factor Hes1 regulated by a negative feedback loop. Science. 298, 840-843 (2002).
  19. Kageyama, R., Ohtsuka, T., Shimojo, H., Imayoshi, I. Dynamic Notch signaling in neural progenitor cells and a revised view of lateral inhibition. Nature Neuroscience. 11, 1247-1251 (2008).
  20. Masamizu, Y., et al. Real-time imaging of the somite segmentation clock: revelation of unstable oscillators in the individual presomitic mesoderm cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 1313-1318 (2006).
  21. Levine, J. H., Lin, Y., Elowitz, M. B. Functional roles of pulsing in genetic circuits. Science. 342, 1193-1200 (2013).
  22. Purvis, J. E., Lahav, G. Encoding and decoding cellular information through signaling dynamics. Cell. 152, 945-956 (2013).
  23. Luker, G. D., Pica, C. M., Song, J., Luker, K. E., Piwnica-Worms, D. Imaging 26S proteasome activity and inhibition in living mice. Nature Medicine. 9, 969-973 (2003).
  24. Yamaguchi, S., et al. Synchronization of Cellular Clocks in the Suprachiasmatic Nucleus. Science. 302, 1408-1412 (2003).
  25. Kiyohara, Y. B., et al. The BMAL1 C terminus regulates the circadian transcription feedback loop. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 10074-10079 (2006).
  26. Behar, M., Hoffmann, A. Understanding the temporal codes of intra-cellular signals. Current Opinion in Genetics and Development. 20, 684-693 (2010).
  27. Elowitz, M. B., Levine, A. J., Siggia, E. D., Swain, P. S. Stochastic Gene Expression in a Single Cell. Science. 297, 1183-1186 (2002).
  28. Nelson, D. E., et al. Oscillations in NF-kappaB signaling control the dynamics of gene expression. Science. 306, 704-708 (2004).
  29. Purvis, J. E., et al. p53 dynamics control cell fate. Science. 336, 1440-1444 (2012).
  30. Hansen, A. S., O'Shea, E. K. Promoter decoding of transcription factor dynamics involves a trade-off between noise and control of gene expression. Molecular Systems Biology. 9, 704 (2014).
  31. Hansen, A. S., O'Shea, E. K. cis Determinants of Promoter Threshold and Activation Timescale. Cell Reports. 12, 1226-1233 (2015).
  32. Johnson, H. E., Toettcher, J. E. Signaling Dynamics Control Cell Fate in the Early Drosophila Embryo. Developmental Cell. 48, 361-370 (2019).
  33. Badr, C. E., Tannous, B. A. Bioluminescence imaging: Progress and applications. Trends in Biotechnology. 29, 624-633 (2011).
  34. Nakajima, Y., Ohmiya, Y. Bioluminescence assays: multicolor luciferase assay, secreted luciferase assay and imaging luciferase assay. Expert Opinion on Drug Discovery. 5, 835-849 (2010).
  35. Nakajima, Y., et al. Enhanced beetle luciferase for high-resolution bioluminescence imaging. PLoS One. 5, (2010).
  36. Stacer, A. C., et al. NanoLuc reporter for dual luciferase imaging in living animals. Molecular Imaging. 12, (2013).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

154

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены