Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Этот протокол обеспечивает экспериментальную основу для документирования физического воздействия цитоскелета на ядерную форму и внутренние безмембранные органеллы в системе ооцитов мыши. Фреймворк может быть адаптирован для использования в других типах ячеек и контекстах.
Основной проблемой в понимании причин женского бесплодия является выяснение механизмов, регулирующих развитие женских половых клеток, называемых ооцитами. Их развитие отмечено ростом клеток и последующим делением, двумя критическими фазами, которые подготавливают ооцит к слиянию со сперматозоидом для инициирования эмбриогенеза. Во время роста ооциты реорганизуют свою цитоплазму, чтобы расположить ядро в клеточном центре, что предсказывает успешное развитие ооцитов у мышей и людей и, таким образом, их эмбриогенный потенциал. Показано, что в мышиных ооцитах эта цитоплазматическая перестройка управляется цитоскелетом, деятельность которого порождает механические силы, возбуждающие, перемещающие и проникающие в ядро. Следовательно, эта передача цитоплазматической силы в нуклеоплазматическую настраивает динамику органелл, процессирующих ядерную РНК, известных как биомолекулярные конденсаты. Этот протокол обеспечивает экспериментальную основу для документирования с высоким временным разрешением влияния цитоскелета на ядро в пространственных масштабах в ооцитах мышей. В ней подробно описаны этапы и инструменты визуализации и анализа изображений, необходимые для оценки i) активности цитоскелета в цитоплазме ооцита, ii) возбуждения ядра ооцита на основе цитоскелета и iii) его влияния на динамику биомолекулярного конденсата в нуклеоплазме ооцита. Помимо биологии ооцитов, методы, разработанные здесь, могут быть адаптированы для использования в соматических клетках для аналогичной настройки ядерной динамики на основе цитоскелета в разных масштабах.
Ядерное позиционирование имеет важное значение для многих клеточных функций и функций развития 1,2,3,4,5. Женские половые клетки млекопитающих, называемые ооцитами, ремоделируют свою цитоплазму, чтобы расположить ядро в клеточном центре, несмотря на асимметричное деление по размеру, которое зависит от последующего смещения хромосомы6 (рис. 1). Такое центрирование ядра предсказывает успешное развитие ооцитов у мышей и человека 7,8 и, следовательно, их эмбриогенный потенциал (рис. 1).
Цитоплазматическое ремоделирование в ооцитах мышей обусловлено, прежде всего, цитоскелетом актомиозина9 (рис. 2). Его активность порождает механические силы, которые возбуждают, перемещают и проникают в ядро10 (рис. 2). Следовательно, эта передача цитоплазматической силы в нуклеоплазматическую настраивает динамику органелл, обрабатывающих ядерную матричную РНК, называемых ядерными спеклами11, одной из нескольких безмембранных органелл в ядре, известных как биомолекулярные конденсаты12, 13, 14, 15, 16 (рис. 2).
Визуализация в реальном времени сыграла решающую роль в расшифровке функциональных последствий ядерного возбуждения. Фильмы о миграции ядер в течение нескольких часов, а также фильмы с высоким временным разрешением актиновой сетки и объемной цитоплазмы в значительной степени способствовали разработке теоретической модели ядерного позиционирования, связывающей различныевременные масштабы9. Кроме того, видеозаписи цитоплазмы, контура ядра и ядерных компонентов с высоким временным разрешением, таких как хроматин и ядерные конденсаты, подчеркнули роль возбуждения ядра на основе цитоскелета на процессинг РНК и экспрессию генов в ооцитах мышей, соединяя различные пространственно-временные масштабы внутри клетки10,11. В целом, такой подход, основанный на визуализации в реальном времени, обеспечил первое обоснование, связывающее цитоскелетное возбуждение ядра с успехом развития ооцитов.
Протокол обеспечивает конвейер визуализации и анализа изображений, используемый для изучения передачи цитоплазматических сил (генерируемых в основном F-актином и частично микротрубочками) ядру и его внутренним компонентам в ооцитах мышей. Результатом этих экспериментов является захват континуума сил в пространственных масштабах, от цитоскелета в цитоплазме до ядерных недр, с помощью фильмов с высоким временным разрешением, как показано в двух недавних исследованиях10,11, которые установили связь между активными движениями цитоплазмы, флуктуациями контура ядра, а также движением и поверхностными флуктуациями одного типа ядерных биомолекулярных конденсатов: ядерные пятнышки. Тот же подход может быть применен и к другим модельным системам, в которых ожидается изменение цитоплазматических сил, например, в контексте злокачественныхраковых клеток.
Все эксперименты на животных проводились в соответствии с руководящими принципами Европейского сообщества и были одобрены Министерством сельского хозяйства Франции (разрешение No 75-1170) и Генеральным управлением исследований и инноваций (DGRI; Номер соглашения о ГМО DUO-5291). Мыши содержались в помещении для животных по 12-часовому циклу свет/темнота при температуре окружающей среды 22-24 °C и влажности 40%-50%. Здесь используются мыши женского пола OF1 (Oncins France 1, возраст от 8 до 12 недель) и самки C57BL/6 (возраст от 10 до 14 недель).
1. Сбор и подготовка ооцитов
2. Микроинъекция ооцитов
ПРИМЕЧАНИЕ: Для регистрации активности цитоскелета в цитоплазме используется визуализация в светлом поле в реальном времени. Таким образом, микроинъекция флуоресцентных маркеров не требуется, и протокол может быть возобновлен на шаге 3. Для получения изображения контура ядерного реактора был использован зонд Rango, отображающий метку YFP на N-конце и метку CFP на C-конце21,22. При визуализации в ооцитах с длиной волны 488 нм он мечет все ядро, за исключением ядрышка23, и демонстрирует очень четкие ядерные очертания. Для визуализации ядерных спеклов использовали SRSF2-GFP (NM_011358), маркер ядерных спеклов11. Эта же среда используется для сбора ооцитов, микроинъекций, комплементарной трансляции РНК и визуализации живых клеток.
3. Визуализация живых клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Ооциты живых мышей исследовали с помощью инвертированного конфокального микроскопа, оснащенного масляным иммерсионным объективом Plan-APO 40x/1,25 NA, моторизованной сканирующей декой, инкубационной камерой (37 °C), ПЗС-камерой, соединенной с колесом фильтра, и вращающимся диском. Изображения с высоким временным разрешением получаются с помощью программы Metamorph (далее — программное обеспечение для обработки изображений) в режиме потокового захвата.
4. Анализ изображений: цитоплазматическое перемешивание
ПРИМЕЧАНИЕ: Цитоплазматическое перемешивание, отражающее интенсивность актин-скелетной активности в ооцитах, определяется с помощью корреляционного анализа изображений с использованием программного обеспечения из предыдущей публикации лаборатории9 и доступной на27. Программное обеспечение измеряет, насколько сохраняется интенсивность пикселей между последовательными изображениями. Результатом является потеря корреляции между изображениями во времени, начиная с 1 и экспоненциально уменьшаясь со временем, как в9.
5. Анализ изображений: цитоплазматические векторные карты
ПРИМЕЧАНИЕ: Векторные карты цитоплазматических ооцитов мыши были сгенерированы с помощью плагина30 Spatiotemporal Image Correlation Spectroscopy (STICS), ранее реализованного для обнаружения цитоплазматических потоков в ооцитах мышей31 на Фиджи 32 и доступного на 33. Карты показывают величину и направление скорости цитоплазматического потока, как нарисунках 9 и11.
6. Анализ изображений: флуктуации контуров ядра
ПРИМЕЧАНИЕ: Флуктуации контура ядра, отражающие перемешивание ядерной мембраны, могут быть определены по видеозаписям ядер, помеченных YFP-Rango (рис. 4A, C). Для анализа изображений на предмет флуктуаций контуров ядерных реакторов требуется Fiji и установка плагинов StackReg (включить сайт обновления BIG-EPFL29 для получения доступа к плагину StackReg), PureDenoise34 и Ovocyte_nucleus. Плагин StackReg выполняет регистрацию изображений для коррекции возможного глобального движения. Плагин PureDenoise удаляет шум многомерных изображений, искаженных смешанным шумом Пуассона-Гаусса, и сглаживает контур ядра. Плагин Ovocyte_nucleus порогирует сигнал и заполняет отверстие, соответствующее ядрышку, чтобы создать бинарную маску ядра, выровнять ее с помощью StackRreg и вычислить расстояние r от центроида маски ядра до окружности маски для всех углов θ (θ° от 0° до 360° с шагом 1°), как показано на рисунке 4. Все коды для этих плагинов можно найти по адресу 35.
7. Анализ изображений: Движения ядерных спеклов (диффузионная динамика)
ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ движения ядерных спеклов позволяет определить тип динамики (управляемая, диффузионная или ограниченная) этих органелл по их трекам.
8. Анализ изображений: флуктуации поверхности ядерных спеклов
ПРИМЕЧАНИЕ: Эволюция контура ядерного спекла во времени, считывание передачи активной силы на эти органеллы, было измерено с помощью специально разработанного плагина Radioak36 для использования на Фиджи и доступно на37. Плагин извлекает значения радиусов заданной выделения для всех углов вокруг центра выделения. Изменение формы во времени измерялось путем сравнения значения радиуса относительно его среднего значения для каждого угла. Плагин позволяет количественно оценить колебания формы и предлагает возможность визуализировать эту динамику. Чтобы установить его, скачайте Radioak_.jar файл и поместите его в папку plugins Fiji. Перезапустите Фиджи. Этот плагин представляет собой обновленную версию плагина, используемого для анализа флуктуаций контуров ядерных реакторов, описанных выше, и реализации сопоставимого трубопровода.
На рисунке 3 показаны примеры типичного полностью выращенного ооцита (рис. 3A), нуклеоплазма в полностью взрослом ооците экспрессирует YFP-Rango (рис. 3B), нуклеоплазма в полностью взрослом ооците экспрессирует правильный (левая панель;
Ключевые шаги в этом протоколе включают правильную микроинъекцию ооцитов, не влияющую на их выживание или нормальную функцию 9,10,11, а также микроинъекции заранее определенных количеств кРНК, которые позволят правильно визуализировать...
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
A.A.J. и M.A. были соавторами рукописи, и все соавторы оставили комментарии к рукописи. M.A. поддерживается CNRS и "Projet Fondation ARC" (PJA2022070005322).A.A.J. поддерживается Fondation des Treilles, Fonds Saint-Michel и Fondation du Collège de France.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A3311 | |
CSU-X1-M1 spinning disk | Yokogawa | ||
DMI6000B microscope | Leica | ||
Femtojet microinjector | Eppendorf | ||
Fiji | |||
Filter wheel | Sutter Instruments Roper Scientific | ||
Fluorodish | World Precision Instruments | FD35-100 | |
Metamorph software | Universal Imaging, | version 7.7.9.0 | |
Mineral oil | Sigma Aldrich | M8410-1L | |
NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | ||
OF1 and C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | ||
Poly(A) Tailing kit | Thermo Fisher | AM1350 | |
Retiga 3 CCD camera | QImaging | ||
RNAeasy kit | Qiagen | 74104 | |
SC35 antibody | Abcam | ab11826 | Nuclear speckle antibody; mouse IgG1 anti-SRSF2/SC35 (1:400) |
SRSF2-GFP plasmid | OriGene Technologies | MG202528 | NM_011358 |
Stripper Micropipette | XLAB Solutions | specialized for oocyte collection | |
T3 mMessage mMachine | Thermo Fisher | AM1384 | |
T7 mMessage mMachine | Thermo Fisher | AM13344 | |
Thermostatic chamber | Life Imaging Service | ||
Windows Excel | Windows |
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