Name: temporal quantification of mapk induced expression in single yeast cells
Uploaded: 2013-10-04T23:00:00
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Os autores agradecem Matthias Peter e seu grupo do Instituto de Bioquímica da ETH em Zurique, onde estes métodos têm sido desenvolvidos. Este trabalho foi financiado pela Fundação de Ciência Nacional Suíço.

1. Medidas Microscopia <ol><li> Inocular 5 ml de meio sintético com levedura. </li><li> Crescer as células a 30 ° C durante a noite. </li><li> Medir a OD 600 da cultura durante a noite a na manhã seguinte. </li><li> Dilui-se a cultura durante a noite em 5 ml de meio sintético de OD 600 de 0,05. </li><li> Crescer a cultura diluída a 30 ° C durante pelo menos 4 horas. </li><li> Preparar 3 vezes concentrado (0,6 M) de NaCl em meio sintético. </li><li> Prepara-se uma solução de 1 mg / ml de...

<ol>
	<li>Gasch, A. P., Spellman, P. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genomic+expression+programs+in+the+response+of+yeast+cells+to+environmental+changes.">Genomic expression programs in the response of yeast cells to environmental changes.</a> Molecular biology of the cell. 11 (12), 4241-4257 (2000).</li><li>de Nadal, E., Zapater, M., Alepuz, P. M., Sumoy, L., Mas, G., Posas, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+MAPK+Hog1+recruits+Rpd3+histone+deacetylase+to+activate+osmoresponsive+genes.">The MAPK Hog1 recruits Rpd3 histone deacetylase to activate osmoresponsive genes.</a> Nature. 427 (6972), 370-374 (2004).</li><li>Ghaemmaghami, S., Huh, W. -. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+analysis+of+protein+expression+in+yeast.">Global analysis of protein expression in yeast.</a> Nature. 425 (6959), 737-741 (2003).</li><li>Wu, J. -. Q., Pollard, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Counting+cytokinesis+proteins+globally+and+locally+in+fission+yeast.">Counting cytokinesis proteins globally and locally in fission yeast.</a> Science. 310 (5746), 310-314 (2005).</li><li>Colman-Lerner, A., Gordon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulated+cell-to-cell+variation+in+a+cell-fate+decision+system.">Regulated cell-to-cell variation in a cell-fate decision system.</a> Nature. 437 (7059), 699-706 (2005).</li><li>Acar, M., Becskei, A., van Oudenaarden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+cellular+memory+by+reducing+stochastic+transitions.">Enhancement of cellular memory by reducing stochastic transitions.</a> Nature. 435 (7039), 228-232 (2005).</li><li>Pelet, S., Rudolf, F., Nadal-Ribelles, M., de Nadal, E., Posas, F., Peter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+activation+of+the+HOG+MAPK+pathway+regulates+bimodal+gene+expression.">Transient activation of the HOG MAPK pathway regulates bimodal gene expression.</a> Science. 332 (6030), 732-735 (2011).</li><li>de Nadal, E., Casadome, L., Posas, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+the+MEF2-like+transcription+factor+Smp1+by+the+stress-activated+Hog1+mitogen-activated+protein+kinase.">Targeting the MEF2-like transcription factor Smp1 by the stress-activated Hog1 mitogen-activated protein kinase.</a> Molecular and Cellular Biology. 23 (1), 229-237 (2003).</li><li>Elowitz, M. B., Levine, A. J., Siggia, E. D., Swain, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+gene+expression+in+a+single+cell.">Stochastic gene expression in a single cell.</a> Science. 297 (5584), 1183-1186 (2002).</li><li>Pelet, S., Dechant, R., Lee, S. S., van Drogen, F., Peter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+image+analysis+platform+to+quantify+signal+transduction+in+single+cells.">An integrated image analysis platform to quantify signal transduction in single cells.</a> Integrative biology : quantitative biosciences from nano to macro. 4 (10), 1274-1282 (2012).</li><li>Carpenter, A. E., Jones, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CellProfiler:+image+analysis+software+for+identifying+and+quantifying+cell+phenotypes.">CellProfiler: image analysis software for identifying and quantifying cell phenotypes.</a> Genome biology. 7 (10), R100 (2006).</li><li>Chernomoretz, A., Bush, A., Yu, R., Gordon, A., Colman-Lerner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+Cell-ID+1.4+with+R+for+microscope-based+cytometry.">Using Cell-ID 1.4 with R for microscope-based cytometry.</a> Current protocols in molecular biology. Chapter 14, Unit 14.18 (2008).</li><li>Dimopoulos, S., Mayer, C., Rudolf, F., Stelling, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+Single+Cell+Segmentation+in+a+Variety+of+Microscopy+Images.">Automatic Single Cell Segmentation in a Variety of Microscopy Images.</a> Current protocols in molecular biology. , (2012).</li><li>Miyawaki, A., Nagai, T., Mizuno, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+protein+fluorophore+formation+and+engineering.">Mechanisms of protein fluorophore formation and engineering.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 7 (5), 557-562 (2003).</li><li>Hersen, P., McClean, M. N., Mahadevan, L., Ramanathan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+processing+by+the+HOG+MAP+kinase+pathway.">Signal processing by the HOG MAP kinase pathway.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (20), 7165-7170 (2008).</li><li>Pepperkok, R., Ellenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+fluorescence+microscopy+for+systems+biology.">High-throughput fluorescence microscopy for systems biology.</a> Nature reviews Molecular cell biology. 7 (9), 690-696 (2006).</li></ol>

Microscopia O tratamento do poço com ConA é um passo essencial para assegurar uma imagem adequada das células. Porque ConA tem uma baixa solubilidade em PBS (5 mg / ml), o processo de filtração permite a remoção de grandes agregados que se encontram presentes na solução não filtrada e interferem com a imagem latente. Células prender de forma relativamente forte à superfície tratada e a adição da solução de indução não deve perturbar a localização das células, o que permit...

A sinalização por meio de cascatas de transdução de muitas vezes termina com a expressão de proteínas. A caracterização desse perfil de expressão é um elemento chave para a compreensão da função das vias biológicas. A identificação do espectro de sobre-regulada de proteínas e sua dinâmica de activação pode ser alcançada por diversas técnicas, tais como as micro-matrizes, transferências de Northern ou Western blot 1-3. No entanto, essas técnicas de média a resposta de uma população inteira de células. Para compreender a regulação fina da expressão de proteínas, é desejável reunir as medições ao nível da célula individual. O ideal é que estas medidas também deve fornecer dados quantitativos passíveis de desenvolver modelos matemáticos da via subjacente. Microscopia e citometria de fluxo são duas técnicas, as quais são idealmente adequados para entregar tais medições quantitativas de uma única célula. A marcação de proteínas endógeno com uma proteína fluorescente pode be utilizada para quantificar o nível de expressão 4. No entanto, uma vez que a adição de uma grande porção fluorescente no terminal da proteína pode torná-la não-funcional, isto é, muitas vezes mais desejável gerar repórteres de expressão específicas com base em um promotor dirigindo a expressão de uma construção fluorescente. Esta proteína repórter é exógeno ao sistema celular e, portanto, não influencia os eventos de sinalização que estão ocorrendo na célula. Ambos microscopia e citometria de fluxo têm sido amplamente utilizados no campo de sinalização de levedura. Como exemplos; Colman-Lerner e colaboradores correlacionados, em células individuais, a expressão de acasalamento repórteres específicos e constitutivamente expressos por microscopia para quantificar o ruído em levedura acasalamento cascata de transdução de sinal 5, Acar e colegas utilizados citometria de fluxo para estudar a rede reguladora controlando a expressão dos genes GAL 6. Em um estudo anterior 7, nós usamos uma associaçem uma dessas duas técnicas para estudar a saída expressão do alto glicerol osmolaridade (HOG) via em brotamento da levedura. Este mitógeno proteína quinase ativada (MAPK) é desencadeada por estresse hiper-osmótico. Isso resulta na activação dos Hog1 MAPK, que transloca-se para o núcleo da célula para induzir um programa transcricional resultando na expressão de cerca de 300 genes. Para estudar este processo, que tinha engenharia um repórter com base na expressão do promotor STL1 (um gene induzido especificamente em resposta à actividade Hog1 8) dirigindo a expressão de uma proteína fluorescente Vénus quádruplo (p STL1-qV). A citometria de fluxo medições revelaram a presença de duas populações de células no nível de tensão intermédia (NaCl 0,1 M), com apenas uma fracção da população que expressa o repórter fluorescente. Nós usamos a microscopia para investigar mais este comportamento e descobriu que este ruído na expressão da proteína foi governada por fatores intrínsecos 9. Nós could observar, ainda, que as células com um nível semelhante de atividade Hog1 poderia exibir resultados muito diferentes de expressão. A combinação destas duas técnicas permitiram-nos demonstrar como a remodelação lenta dos genes de resposta ao stress influenciou a expressão resultados ao nível da célula individual 7. Neste trabalho, usamos a expressão da p STL1-qV repórter induzida pelo choque hiper-osmótico como um exemplo da quantificação da expressão da proteína por microscopia e citometria de fluxo. A mesma cepa submetidos a 0,2 M NaCl estresse foi estudado com ambas as técnicas. Isto irá permitir-nos para destacar algumas das principais diferenças nestas duas técnicas altamente complementares.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td>Reagent</td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Yeast Nitrogen Base</td>
			 <td>ForMedium</td>
			 <td>CYN6202</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>CSM amino-acid mix</td>
			 <td>ForMedium</td>
			 <td>DCS0011</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Concanavalin A</td>
			 <td>GE Healthcare</td>
			 <td>17-0450-01</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Cycloheximide</td>
			 <td>Fluka Aldrich Sigma</td>
			 <td>C7698</td>
			 <td>Toxic</td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>ySP9</td>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td>W303Mata leu2::LEU2-pSTL1-quadrupleV enus</td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>pSP34</td>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td>pRS305 pSTL1 (-800 -0) - quadruple V enus</td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td></td>
			 <td>Material</td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Microscope</td>
			 <td>Nikon</td>
			 <td>Ti-Eclipse</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Microscope control software</td>
			 <td>Micro-manager</td>
			 <td>Ver 1.4.11</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Incubation chamber</td>
			 <td>LIS</td>
			 <td>The Box</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Fluorescence light source</td>
			 <td>Lumencor</td>
			 <td>SpectraX</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Camera</td>
			 <td>Hamamatsu</td>
			 <td>Flash 4.0</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Flow cytometer</td>
			 <td>BD</td>
			 <td>FACS calibur</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>Sonicator bath</td>
			 <td>Telesonic</td>
			 <td>TUC-150</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>8-well-slide </td>
			 <td>Thermo Lab-tek</td>
			 <td>155409</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>96-well-plate</td>
			 <td>Matrical bioscience</td>
			 <td>MGB096-1-2-LG</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			 <td>FACS tube</td>
			 <td>BD Falcon</td>
			 <td>352054</td>
			 <td></td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

temporal quantification of mapk induced expression in single yeast cells

A quantificação da expressão gênica no nível da célula única descobre novos mecanismos de regulação obscurecidos em medições realizadas a nível da população. Dois métodos baseados em citometria de fluxo e microscopia são apresentados para demonstrar a forma como esses dados podem ser adquiridos. A expressão de um repórter fluorescente induzida após a activação da MAPK alta osmolaridade glicerol via em levedura é usada como um exemplo. As vantagens específicas de cada método são realçados. A citometria de fluxo mede um grande número de células (10.000) e proporciona uma medida direta da dinâmica da expressão proteica independente da cinética de maturação lenta da proteína fluorescente. Imagiologia de células vivas por microscopia por contraste é limitada para a medição da forma amadurecida do repórter no menor número de células. No entanto, os conjuntos de dados gerados por esta técnica pode ser extremamente ricos graças às combinações de vários jornalistas e à informação espacial e temporalobtido a partir de células individuais. A combinação destes dois métodos de medição pode oferecer novos insights sobre a regulação da expressão de proteínas por vias de sinalização.

Microscopia As células de levedura que ostentam a expressão repórter p-STL1 qV (ySP9 7) foram ligados ao fundo do poço de deslizamento e colocado sob o microscópio. As células foram estimuladas pela adição de meio de pressão directamente para dentro do poço, durante o decurso da sessão de imagem. Isso nos permite adquirir algumas imagens das células antes da indução da via e seguir o seu destino após a estimulação. No presente caso, as células foram seguido...

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Temporal Quantification of MAPK Induced Expression in Single Yeast Cells

Dois métodos complementares baseados em citometria de fluxo e microscopia são apresentadas, que permitem a quantificação, no nível de uma única célula, da dinâmica da expressão de genes induzidos pela activação de uma via de MAPK em levedura.

A quantificação temporal da expressão MAPK induzida em células de levedura Solteiro

The quantification of gene expression at the  single cell level uncovers novel regulatory mechanisms obscured in measurements  performed at the population ...

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