Method Article
Целью данного протокола является использование живой визуализации для визуализации влияния окислительного повреждения на локализацию и динамику субклеточных структур в яичниках дрозофилы.
Live изображения яичников Drosophila меланогастер сыграл важную роль в понимании различных основных клеточных процессов во время развития, в том числе рибонуклеопротеин движения частиц, локализации мРНК, органелл движения, и цитоскелетной динамики. Существует несколько методов живой визуализации, которые были разработаны. В связи с тем, что каждый метод включает в себя вскрытие отдельных яичников, помещенных в средства массовой информации или галоуглеродное масло, повреждение клеток из-за гипоксии и/или физических манипуляций неизбежно произойдет с течением времени. Один вниз по течению эффект гипоксии является увеличение окислительного повреждения в клетках. Целью данного протокола является использование живой визуализации для визуализации влияния окислительного повреждения на локализацию и динамику субклеточных структур в яичниках дрозофилы после индукции контролируемых клеточных повреждений. Здесь мы используем перекись водорода, чтобы вызвать клеточное окислительное повреждение и привести примеры воздействия такого повреждения на две подклеточные структуры, митохондрии и частицы блаженства Clu. Однако этот метод применим к любой субклеточной структуре. Ограничения в том, что перекись водорода может быть добавлена только в aqueous средств массовой информации и не будет работать для изображений, которые используют галоуглеродное масло. Преимущества в том, что перекись водорода легко доступна и недорога, действует быстро, ее концентрации можно модулировать, а окислительный ущерб является хорошим приближением ущерба, вызванного гипоксией, а также общего повреждения тканей в результате манипуляций.
Несколько различных клеточных стрессоров могут возникнуть во время экспериментальной культуры и манипуляции тканями ex vivo, включая тепловой шок, окислительный стресс, осмотический стресс, питательный стресс и условия токсичности. Live imaging является мощным инструментом, используемым для визуализации изменений в тканях ex vivo в режиме реального времени после экспериментального лечения и манипуляций. Мелкие вскрытия тканей и манипуляции принимают практике, и количество времени от вскрытия до изображения может варьироваться в зависимости от опыта. Обоснование разработки этого метода основано на том, что подготовка тканей к живой визуализации может вызвать клеточный стресс во время вскрытия и подготовки изображений. Это может быть особенно проблематичным для процессов, чувствительных к изменениям клеточного метаболизма и доступных уровней кислорода, таких как митохондриальная функция. Хотя наличие параллельного образца дикого типа является важным элементом управления, по-прежнему существует вероятность того, что некоторые или все наблюдаемые изменения в субклеточных структурах могут быть вызваны повреждением или клеточным стрессом в результате вскрытия и не отражают нормальной физиологии или изучаемого лечения или мутации.
Для решения этой потенциальной проблемы мы используем добавление перекиси водорода во время живой визуализации, чтобы вызвать клеточное окислительноеповреждение 1. Цель этого метода состоит в том, чтобы вызвать повреждение тканей для того, чтобы контролировать влияние на подклеточные структуры. Этот протокол полезен для двух целей: 1) определение того, изменения в субклеточной локализации структуры интересов связано со стрессом, вызванным неопытным вскрытием и 2) после того, как исследователь уверен в методах вскрытия, описанных для мониторинга влияния контролируемой нагрузки на структуру интереса. Здесь мы покажем два примера того, как увеличение окислительного повреждения вызывает изменения в двух субклеточных структурах, митохондриях и частицах блаженства Clu. Для этого мы используем яичник Drosophila, который является общей моделью для живых исследований изображений. В первом примере рассматривается митохондриальная локализация. По нашему опыту, нормальная митохондриальная локализация в женских зародышевых клетках очень чувствительна к возмущениям и может выступать в качестве предвестника клеточного стресса. Митохондрии в drosophila женские зародышевые клетки, как правило, равномерно рассеяны по всей цитоплазмы2. Добавление перекиси водорода приводит к тому, что органеллы быстро неправильно истолковывания и кластера таким жеобразом,чтобы различные мутации 3,4,5. Вторым примером являются частицы блаженства, образованные Clueless (Clu). Clu является рибонуклеопротеин, который рассеивается по всей цитоплазмы; однако, он также образует митохондрии связанных частиц в оптимальных клеточных условиях5. Поскольку присутствие частиц Clu зависит от здоровых клеточных условий, мы назвали их "блаженство"частиц 3,5,6. Добавление перекиси водорода приводит к тому, что эти частицы быстро рассеиваются и становятся однородными в цитоплазме5. В ходе наших исследований мы наблюдали изменения в локализации обеих этих подклеточных структур, но только после проведения живых исследований изображения мы смогли в полной мере оценить влияние клеточного стресса и окислительного повреждения на локализацию и динамику митохондрий и частиц блаженства.
Полезность этого протокола как дополнения к уже установленным или альтернативным методам зависит от нескольких факторов. Во-первых, протокол изображения должен быть подотменен для добавления наркотиков. Если образец установлен под крышкой и в галоуглеродном масле, этот метод был бы не возможен7. Добавление H2O2 приводит к быстрому росту окислительного ущерба, поэтому эта шкала времени может оказаться нецелесообразной. Окислительный ущерб может рассматриваться как прокси для гипоксии; однако он может быть слишком жестким или слишком обобщенным, чтобы функционировать в качестве соответствующего контроля за ущербом для некоторых субклеточных компонентов. Наконец, для экспериментов с визуализацией, которые длятся часы, такие как эксперименты,следующие за процессом разработки,добавление H 2 O2 может быть слишком сильным (например,8). Тестирование кривой концентрации может преодолеть это ограничение.
1. Подготовка вскрытия и визуализации средств массовой информации
ПРИМЕЧАНИЕ: Средства массовой информации лучше всего подходит для этого живого эксперимента изображений содержит Drosophila СМИ Шнайдера, содержащие 15% тепла инактивированной сыворотки крупного рогатого скота плода, 0,6x Pen-Strep, и 200 мкг / мл крупного рогатого скота инсулина, впоследствии называют полный Schneider в средствах массовой информации.
2. Коллекция Дрозофилы для вскрытия
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная коллекция Drosophila и процедуры вскрытия также можно найти в Weil et al.10 и Parker et al.11.
3. Рассечение яичников Дрозофилы
ПРИМЕЧАНИЕ: Важно подготовить медиа-решения свежими, потому что перекись водорода подвержена окислению и TMRE ухудшается с течением времени.
4. Подготовка яичников для визуализации
5. Окрашивание митохондрий с TMRE
ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительные подробные процедуры по живому окрашиваниям митохондрий флуоресцентными красителями можно найти в Parker et al. 2017.
6. Приобретение изображений в реальном 2000 году
7. Добавление перекиси водорода во время визуализации
Описанные протоколы могут быть использованы для изучения воздействия перекиси водорода во время живой визуализации яичников Дрозофилы. Как показано на рисунке 3 , рисунок 4, видео 3 и видео 4, эта процедура обеспечивает эффективное средство для визуализации изменений тканейи динамики после экспериментального лечения в режиме реального времени. Важно отметить, что этот протокол специфичен для добавления H2O2 к ovarioles во время визуализации; однако он может быть адаптирован для экзогенного добавления других лекарственных средств или реагентов, представляющих интерес. Кроме того, фолликулы могут быть помечены любыми флуоресцентными красителями, представляющими интерес (например, тетраметхилродамин (TMRE), LysoTracker) до визуализации (Видео 3). Наиболее важными шагами к получению четких результатов визуализации являются 1) надлежащее вскрытие и изоляция одиночных яичников со всеми контрактильными элементами , удаленными(рисунок 1 и рисунок 2)и 2) скорость, с которой изображение перезапускается после добавления перекиси водорода. Видео 4 является иллюстрацией правильно рассеченного фолликула, который остается устойчивым на протяжении всей продолжительности изображения по сравнению с видео 1, который иллюстрирует плохо расчлененный фолликул, выходящий из поля зрения во время изображения. Видео 5 является иллюстрацией, в которой H2O2 влияет на TMRE помечены митохондрии уже продвинулись до начала изображения в результате слишком много прошедшего времени. По сравнению с видео 3, в котором изображение было перезапущено сразу после добавления перекиси водорода (время 0) и нетронутыми, рассеянные митохондрии все еще видны, митохондрии в Видео 5 уже начали заметно слипаться и терять свой мембранный потенциал при перезапуске изображения. Этот вопрос в основном связано с нарушением позиции образца во время H2O2 дополнение и может быть смягчена, следуя технике, чтобы сохранить изображения средств массовой информации и образца позиции нетронутыми (Видео 2). Следует отметить, что в контрольных экспериментах,выполняемыхбез добавления H 2 O2 в средства массовой информации, митохондрии в фолликулах остаются должным образом рассеяны, а краситель TMRE остается секвестрирован в митохондриях.
Рисунок 1: Изоляция одного ovarioles из яичников Drosophila. (A ) Мультфильм с указанием пары яичников, один ovariole (стрелка) с зародышем на кончике (наконечник стрелы) и две мышечные оболочки, которые окружают яичников (коричневый, эпителиальный) и яичников (коричневый, брюшной). (B) Расчлененный яичник Дрозофилы. (C)Последующее разделение дразнили яичников на отдельные яичники (стрелка). Масштабная планка 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Удаление нервных волокон и контрактильные элементы из одного ovarioles. (A) Одноместный ovariole с остатками нервной ткани и мышечной оболочки по-прежнему прилагается (стрелка). (B)Нежное удаление всех оставшихся тканей, прикрепленных к ovariole в A (стрелка). Масштабная планка 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть более широкую версию этой цифры.
Рисунок 3: H2O 2 вызывает митохондриальную неправильное локализации. (A-A)Live-изображение еще раз сытый clu CA06604 (Clu::GFP мух) фолликула. Добавление H2O2 вызывает митохондрии слипаться в течение всего срока изображения. TMRE маркировки митохондрий указывает на то, что митохондрии первоначально рассредоточены во время 0 (A), и что митохондрии начинают слипаться после H2O2 дополнение(A) В более поздний момент времени, TMRE маркировки становится пятнистым из-за митохондрий теряют свой мембранный потенциал и, следовательно, их способность секвестр красителя.. . Белый и TMRE (A-A"). Шкала баров: 10 мкм в(A) для A-A"5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: H2O2 рассеивает Clu. (А-А) Live-изображение еще раз сытый cluCA06604 фолликула. Добавление H2O2 заставляет частицы рассеиваться и становиться однородными в цитоплазме в течение всего срока изображения. Белый и Clu::GFP (A-A". Шкала бар: 40 мкм в( A) для A-A"5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Видео 1: Фолликул от cluCA06604 женщины. Как описано на рисунке 2, неспособность удалить нервные волокна контрактильные элементы из одного яичников вызовет отмеченный дрейф и движение яичников во время изображения и последующей неспособности анализировать данные изображений. Белый и Clu::GFP. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 2: Правильное добавление H2O2 в образец блюда. Перекись водорода должна быть добавлена в образец блюда с использованием соответствующего размера микропипюты. Распределение H2O2 без разрушения поверхности мультимедиа. Принимаются меры, чтобы избежать разрушения поверхности средств визуализации, чтобы свести к минимуму дрейф образца во время добавления перекиси водорода. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 3: H2O2 дополнение во время изображения TMRE помечены фолликулов. Фолликул от cluCA06604 женщина окрашены с TMRE. H2O2 вызывает митохондриальную неправильное локализации в фолликулах дрозофилы. Белый краситель TMRE. Изображение одного кадра на 15 с в течение 20 минут, и видео 10 кадров в секунду5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 4: H2O2 добавление во время изображения фолликулов Clu::GFP. Фолликул от cluCA06604 женщины. H2O2 рассеивает частицы Clu, как описано на рисунке 4. Белый и Clu::GFP. Изображен один кадр на 15 с в течение 15 минут, а видео 10 кадров в секунду. 5Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
Видео 5: Задержка изображения после H2O2 дополнение. Фолликул от cluCA06604 женщины. Добавление перекиси водорода к фолликулам является чувствительным к времени лечением. Перезапуск изображения был отложен в этом видео в результате смещения образца во время добавления H2O2. Митохондрии уже начали заметно слипаться и терять свой мембранный потенциал при перезапуске изображения во время 0 (по сравнению со временем 0 в видео 3). Неспособность быстро возобновить визуализацию после лечения приведет к неточным и непригодным для использования результатам, так как ранние экспериментальные эффекты будут пропущены до получения изображений. Белый и TMRE. Изображен один кадр на 15 с в течение 20 минут, а видео 10 кадров в секунду. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Этот протокол может быть полезным дополнением в качестве контроля для артефактов из-за вскрытия яичников и инкубации тканей для любого живого эксперимента изображений. Критические шаги аналогичны тем, которые найдены для других протоколов живого изображения. Научиться вскрывать целые яичники дрозофилы требует практики; однако, этот навык обычно можно узнать довольно быстро с соответствующими инструментами вскрытия. Труднее освоить удаляет мышцы, обволакивающие яичники и каждый ovariole13. Это должно быть сделано для того, чтобы мышечные сокращения не мешали приобретению имиджа. Если использование заточенных вольфрамовых игл для этого не окажется удачным, гермариум на кончике яичника можно схватить типсами и яичником вытащили из мышечной оболочки. Тем не менее, этот метод является проблематичным, если ранние стадии развития должны быть рассмотрены, потому что они могут быть повреждены. Еще один ключевой шаг заключается в том, чтобы не выбить ovarioles опираясь на нижней части блюда при добавлении H2O2. Еще одним важным аспектом является совместное все живые изображения: исследователь должен убедиться, что структура интереса флуоресцентно хорошо помечены перед лечением. Блюда, используемые здесь(Таблица материалов )обычно используются для живой визуализации; однако, любое блюдо или слайд со стеклянной крышкой на дне или даже большой стеклянной крышкой должны работать до тех пор, как капля средств массовой информации могут быть покрыты, чтобы предотвратить испарение средств массовой информации. В то время как мы используем определенный микроскоп, любой перевернутый микроскоп с целью достаточного увеличения, чтобы увидеть подклеточную структуру в вопросе и прилагаемую камеру, которая имеет достаточное разрешение и скорость захвата изображения должны работать.
Хотя наша лаборатория в первую очередь заинтересована в митохондриальной функции, этот метод может быть полезным для изучения динамики и локализации любой подклеточной структуры или органеллы, таких как ядро, цитоскелет или эндоплазмический цитикулум. Однако этот метод имеет ограничения. Для того, чтобы добавить перекись водорода, ткань должна быть в aqueous средств массовой информации. Альтернативным методом живой визуализации является использование галоуглеродного масла, которое сыграло важную роль в описании многих важных процессов в овариолах Drosophila, включая первый пример динамического движения GFP вмодельном организме 7,14. Кроме того, добавление перекиси водорода в средства массовой информации вызывает широко распространенное окислительное повреждение, которое может быть слишком общим оскорблением для ткани, чтобы быть информативным для клеточного процесса, представляющий интерес, особенно для более длительных экспериментов, исследующих развитие. Хотя это не может быть возможным для выполнения экспериментов, которые требуют визуализации клетки в течение длительных периодов времени из-за этого быстрого, обширного и, вероятно, необратимого окислительного повреждения, мы видели, что острый перекись водорода лечение мы описали применимо к большинству этапов уогенеза, как мы можем видеть те же эффекты на большинстве этапов в течение периода времени изображения. Учитывая низкую стоимость и простоту протокола, это может быть полезным контролем за ущербом и может быть использован в качестве лечения до фиксации и маркировки антител, а также.
В наших руках, H2O2 лечение имитирует изменения в митохондриальной неправильной локализации и Clu блаженство рассеивание частиц, которые мы видим в различных мутантов Drosophila. Он также имитирует результаты, которые мы видим для новых исследователей в лабораторных методов вскрытия обучения. Таким образом, этот метод ясно показал, что подготовка образца и общий клеточный стресс может привести к неожиданным и ранее необъяснимым изменениям в митохондриальной неправильной локализации и наличии частиц блаженства. Двигая этот метод вперед, концентрации перекиси водорода могут быть модулированные с использованием более высокой или более низкой концентрации. Если клеточный эффект рассматривается с использованием более низкой концентрации, вполне возможно, стресс фенотип может быть обратимым путем замены средств массовой информации с полным Шнайдера. Различные клеточные стрессоры, такие как карбонил цианид м-хлорофенил гидразон (CCCP), арсенит или простой тепловой шок может оказаться полезным для общего клеточного стресса для других субклеточных структур. Поскольку живая визуализация тканей ex vivo требует ручных манипуляций и инкубации в различных средствах массовой информации, этот контроль должен быть полезным дополнением для обеспечения того, чтобы любые наблюдения были максимально близки к нормальной физиологии.
Авторов нечего раскрывать.
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Джереми Смита за поддержку изображений и Энн К. Шенк за иллюстрации, производство и видеосъемку. Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (1R01GM127938 до R.T.C.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Active dry yeast | Red Star® | ||
CO2 gas | 99.9% purity | ||
CO2 pad | |||
Dissecting microscope, Nikon SMZ645 model | Nikon | ||
Dissecting needles - PrecisionGlide needles | BD | 305165 | B-D 21G1 size |
Dissecting needles - PrecisionGlide syringes | BD | 309657 | Luer-Lok tip, 3 mL size |
Dissecting needles - tungsten wire | Electron Microscopy Sciences | 73800 | |
Dumont #5 forceps (2 pairs) | Fine Science Tools | 11251-10 | |
NI-150 High Intensity Illuminator | Nikon Instruments Inc. | ||
Gibco Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated | Fisher Scientific | 10082-147 | |
Gibco Schneider's Drosophila Media | Sigma-Aldrich | 21720-024 | |
Hydrogen peroxide solution, 30% (w/w) in H2O | Sigma-Aldrich | H1009 | |
Insulin from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | I6634 | |
Spinning disk microscope | Nikon | Equivalent scopes may also be used | |
Lonza BioWhittaker Antibiotics: Penicillin-Streptomycin mixtures | Fisher Scientific | 17-602E | |
MatTek Corporation Glass Bottom Dishes, 35 mm | Fisher Scientific | NC9344527 | |
Micropipettes and tips of appropiate size | Eppendorf | ||
Microcentrifuge tubes, 1.7 mL | VWR | 87003-294 | |
Tetramethylrhodamine, Ethyl Ester, Perchlorate (TMRE) | AnaSpec | AS-88061 | |
w[1118] | Bloomington Drosophila Stock Center | 5905 | Wild-type flies |
y w; clu[CA06604] | Available upon request. | Clu::GFP trap flies |
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