Name: combining mitotic cell synchronization and high resolution confocal microscopy to study the role of multifunctional cell cycle proteins during mitosis
Uploaded: 2017-12-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combining Mitotic Cell Synchronization and High Resolution Confocal Microscopy to Study the Role of Multifunctional Cell Cycle Proteins During Mitosis at JoVE

Nous sommes reconnaissants à m. Kozo Tanaka du Tohoku University, Japon pour le partage des cellules HeLa exprimant de manière stable mCherry-Histone H2B et GFP-α-tubuline. Ce travail a été soutenu par une subvention NCI à DV (R00CA178188) et par des fonds de démarrage de la Northwestern University.

1. double bloc de Thymidine et libération : préparations de réactif
<ol><li>Faire 500 mL que Dulbecco modified Eagle moyen (DMEM) additionné avec 10 % FBS, la pénicilline et la streptomycine.</li>
	<li>Faire le stock de 100 mM de la thymidine dans l’eau stérile et magasin en aliquotes à-80 ° C.</li>
</ol>2. protocole d’imagerie cellulaire fixe de Progression mitotique (Figure 1 a)
<ol><li>Jour 1, semence ~ 2 x 105 les cellules HeLa dans les...

<ol>
	<li>Lajtha, L. G., Oliver, R., Berry, R., Noyes, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+radiation+effect+on+the+process+of+synthesis+of+deoxyribonucleic+acid.">Mechanism of radiation effect on the process of synthesis of deoxyribonucleic acid.</a> Nature. 182 (4652), 1788-1790 (1958).</li><li>Puck, T. T., Steffen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life+Cycle+Analysis+of+Mammalian+Cells.+I.+A+Method+for+Localizing+Metabolic+Events+within+the+Life+Cycle,+and+Its+Application+to+the+Action+of+Colcemide+and+Sublethal+Doses+of+X-Irradiation.">Life Cycle Analysis of Mammalian Cells. I. A Method for Localizing Metabolic Events within the Life Cycle, and Its Application to the Action of Colcemide and Sublethal Doses of X-Irradiation.</a> Biophys. J. 3, 379-392 (1963).</li><li>Santaguida, S., Musacchio, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+life+and+miracles+of+kinetochores.">The life and miracles of kinetochores.</a> EMBO J. 28 (17), 2511-2531 (2009).</li><li>Musacchio, A., Desai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Molecular+View+of+Kinetochore+Assembly+and+Function.">A Molecular View of Kinetochore Assembly and Function.</a> Biology (Basel). 6 (1), E5 (2017).</li><li>Chaudhry, M. A., Chodosh, L. A., McKenna, W. G., Muschel, R. 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S., Ruggero, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+translational+landscape+of+the+mammalian+cell+cycle.">The translational landscape of the mammalian cell cycle.</a> Mol. Cell. 52 (4), 574-582 (2013).</li><li>Chen, X., Simon, E. S., Xiang, Y., Kachman, M., Andrews, P. C., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+proteomics+analysis+of+cell+cycle-regulated+Golgi+disassembly+and+reassembly.">Quantitative proteomics analysis of cell cycle-regulated Golgi disassembly and reassembly.</a> J. Biol. Chem. 285 (10), 7197-7207 (2010).</li><li>Rosner, M., Schipany, K., Hengstschl&#228;ger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Merging+high-quality+biochemical+fractionation+with+a+refined+flow+cytometry+approach+to+monitor+nucleocytoplasmic+protein+expression+throughout+the+unperturbed+mammalian+cell+cycle.">Merging high-quality biochemical fractionation with a refined flow cytometry approach to monitor nucleocytoplasmic protein expression throughout the unperturbed mammalian cell cycle.</a> Nature Protocols. 8 (3), 602-626 (2013).</li><li>Coquelle, 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=Enrichment+of+non-synchronized+cells+in+the+G1,+S+and+G2+phases+of+the+cell+cycle+for+the+study+of+apoptosis.">Enrichment of non-synchronized cells in the G1, S and G2 phases of the cell cycle for the study of apoptosis.</a> Biochem. Pharmacol. 72 (11), 1396-1404 (2006).</li><li>Amon, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronization+procedures.">Synchronization procedures.</a> Methods Enzymol. 351, 457-467 (2002).</li><li>Cooper, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rethinking+synchronization+of+mammalian+cells+for+cell+cycle+analysis.">Rethinking synchronization of mammalian cells for cell cycle analysis.</a> Cell Mol. Life Sci. 60 (6), 1099-1106 (2003).</li><li>Whitfield, M. L., Sherlock, G., Saldanha, A. J., Murray, J. I., Ball, C. A., Alexander, K. E., Matese, J. C., Perou, C. M., Hurt, M. M., Brown, P. O., Botstein, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+genes+periodically+expressed+in+the+human+cell+cycle+and+their+expression+in+tumors.">Identification of genes periodically expressed in the human cell cycle and their expression in tumors.</a> Mol. Biol. Cell. 13 (6), 1977-2000 (2002).</li><li>Vassilev, L. 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=Selective+small-molecule+inhibitor+reveals+critical+mitotic+functions+of+human+CDK1.">Selective small-molecule inhibitor reveals critical mitotic functions of human CDK1.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (28), 10660-10665 (2006).</li><li>Varma, D., Chandrasekaran, S., Sundin, L. J., Reidy, K. T., Wan, X., Chasse, D. A., Nevis, K. R., DeLuca, J. G., Salmon, E. D., Cook, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recruitment+of+the+human+Cdt1+replication+licensing+protein+by+the+loop+domain+of+Hec1+is+required+for+stable+kinetochore-microtubule+attachment.">Recruitment of the human Cdt1 replication licensing protein by the loop domain of Hec1 is required for stable kinetochore-microtubule attachment.</a> Nat. Cell Biol. 14 (6), 593-603 (2012).</li><li>Garcia, M., Westley, B., Rochefort, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=5-Bromodeoxyuridine+specifically+inhibits+the+synthesis+of+estrogen-induced+proteins+in+MCF7+cells.">5-Bromodeoxyuridine specifically inhibits the synthesis of estrogen-induced proteins in MCF7 cells.</a> Eur. J. Biochem. 116 (2), 297-301 (1981).</li><li>Bostock, C. J., Prescott, D. M., Kirkpatrick, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+evaluation+of+the+double+thymidine+block+for+synchronizing+mammalian+cells+at+the+G1-S+border.">An evaluation of the double thymidine block for synchronizing mammalian cells at the G1-S border.</a> Exp. Cell Res. 68 (1), 163-168 (1971).</li><li>Martin-Lluesma, S., Stucke, V. M., Nigg, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Hec1+in+spindle+checkpoint+signaling+and+kinetochore+recruitment+of+Mad1/Mad2.">Role of Hec1 in spindle checkpoint signaling and kinetochore recruitment of Mad1/Mad2.</a> Science. 297, 2267-2270 (2002).</li><li>Brouwers, N., Mallol Martinez, N., Vernos, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Kif15+and+its+novel+mitotic+partner+KBP+in+K-fiber+dynamics+and+chromosome+alignment.">Role of Kif15 and its novel mitotic partner KBP in K-fiber dynamics and chromosome alignment.</a> PLoS One. 12 (4), e0174819 (2017).</li><li>Dou, Z., 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=Dynamic+localization+of+Mps1+kinase+to+kinetochores+is+essential+for+accurate+spindle+microtubule+attachment.">Dynamic localization of Mps1 kinase to kinetochores is essential for accurate spindle microtubule attachment.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 112 (33), E4546-E4555 (2015).</li><li>Chan, Y. W., Jeyaprakash, A. A., Nigg, E. A., Santamaria, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aurora+B+controls+kinetochore-microtubule+attachments+by+inhibiting+Ska+complex-KMN+network+interaction.">Aurora B controls kinetochore-microtubule attachments by inhibiting Ska complex-KMN network interaction.</a> J Cell Biol. 196 (5), 563-571 (2012).</li></ol>

L’avantage essentiel de la synchronisation de la thymidine double, c’est qu’il fournit un échantillon accrue des cellules mitotiques dans une fenêtre de peu de temps avec plusieurs de ces cellules entrant dans la mitose à l’unisson, également permettant ainsi des analyses de l’alignement du chromosome, bipolaire avec un rendement beaucoup plus élevé d’axe formation et la ségrégation des chromosomes.
De nombreux complexes de protéine régulatrice et voies de signalisation s...

Dans le cycle cellulaire, les cellules subissent une série d’événements fortement réglementées et contrôlées dans le temps pour la reproduction exacte de leur génome et leur multiplication. Chez les mammifères, le cycle cellulaire se compose de l’interphase et de la phase M. En interphase, qui se compose de trois phases G1, S et G2, la cellule duplique son génome et subit une croissance qui est nécessaire à la progression de cycle cellulaire normal1,2. Dans la phase M, qui se compose de la mitose (prophase prométaphase, métaphase, anaphase et télophase) et la cytocinèse, une cellule parentale produit deux cellules filles génétiquement identiques. Lors de la mitose, sœur de chromatides-sœurs de génome dupliqué sont condensée (prophase) et sont capturés à leurs kinétochores par des microtubules du fuseau mitotique assemblé (prométaphase), qui pousse leur alignement à la plaque métaphasique (métaphase), suivie de leur égale à ségrégation lorsque sœur chromatides sont divisés vers et transportés vers l’axe opposé de polonais (anaphase). Les deux cellules filles sont physiquement séparées de l’activité d’un anneau contractile axée sur l’actine (télophase et cytocinèse). Le kinétochore est une structure spécialisée de nature protéique qui assemble dans la région centromérique des chromatides et servent de sites de fixation pour les microtubules du fuseau. Sa fonction principale est de conduire la capture de chromosome, alignement et aide à corriger une mauvaise broche microtubule pièce jointe, tandis que la médiation du point de contrôle Assemblée broche pour maintenir la fidélité du chromosome ségrégation3,4.
La technique de synchronisation de la cellule est un outil idéal pour comprendre les événements moléculaires et structurales impliqués dans la progression du cycle cellulaire. Cette approche a été utilisée pour enrichir les populations cellulaires à des phases spécifiques de différents types d’analyses, y compris le profilage de l’expression génique, analyses de processus biochimiques cellulaires et détection de localisation sous-cellulaire des protéines. Des cellules de mammifères synchronisés peuvent être utilisés non seulement pour l’étude des produits des gènes individuels, mais aussi des approches mettant en cause l’analyse des génomes entiers, y compris l’analyse de microarray de gene expression5, miRNA expression patterns6, régulation traductionnelle7et l’analyse protéomique de protéine modifications8. Synchronisation peut également être utilisée pour étudier les effets de l’expression des gènes ou des protéines précipitation ou knock out, ou de produits chimiques sur la progression du cycle cellulaire.
Les cellules peuvent être synchronisés aux différents stades du cycle cellulaire. Méthodes physiques et chimiques sont largement utilisés pour la synchronisation de la cellule. Les critères les plus importants pour la synchronisation de la cellule sont que la synchronisation soit photo-effet et réversible. En raison des conséquences indésirables potentiels cellulaires de synchroniser des cellules par des agents pharmacologiques, les méthodes chimiques peuvent être avantageuses pour l’étude des événements de cycle de cellules clés. Par exemple, hydroxyurée, amphidicolin, mimosine et lovastatine, peuvent être utilisés pour la synchronisation des cellules en phase G1/S mais, en raison de leurs effets sur les voies biochimiques, qu'ils inhibent, ils activer des mécanismes de contrôle de cycle cellulaire et de tuent un important fraction des cellules9,10. En revanche, rétro-inhibition de la réplication de l’ADN en ajoutant thymidine dans les milieux de croissance, appelé « bloc de la thymidine », peuvent arrêter le cycle cellulaire à certains points11,12,13. Cellules peuvent aussi être synchronisés en phase G2/M en traitant avec la nocodazole et RO-33069,14. La nocodazole, qui empêche l’assemblage des microtubules, a une cytotoxicité relativement élevée. En outre, arrêté à la nocodazole cellules peuvent retourner au interphase précocement par glissement mitotique. Double thymidine bloc arrestation des cellules en phase G1/S et après la sortie du bloc, les cellules se trouvent à procéder de façon synchrone par le biais de G2 et en mitose. La progression normale du cycle cellulaire des cellules provenant du bloc de la thymidine peut être observée en microscopie confocale haute résolution par fixation cellulaire ou imagerie live. L’effet d’une perturbation des protéines mitotiques peut être étudiée précisément lorsque les cellules entrer et passer par mitose après la sortie de bloc double thymidine. Cdt1, une protéine multifonctionnelle, participe à l’origine de réplication ADN licence en phase G1 et est également nécessaire pour les pièces jointes de microtubules kinétochores durant la mitose,15. Pour étudier la fonction des Cdt1 durant la mitose, on a besoin d’adopter une méthode qui évite l’effet de son appauvrissement sur l’autorisation de réplication au cours de la phase G1, alors qu’en même temps effectuer son appauvrissement spécifiquement au cours de la phase G2/M seulement. Nous présentons ici des protocoles détaillés basés sur le bloc de thymidine double pour étudier le rôle mitotique des protéines des fonctions multiples au cours des différentes étapes du cycle cellulaire par l’imagerie fixe et cellules vivantes.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>DMEM (1X)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>11965-092</td>
			<td>Store at 4 degree C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPBS (1X)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>14190-144</td>
			<td>Store at 4 degree C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leibovitz&#8217;s (1X) L-15 medium</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>21083-027</td>
			<td>Store at 4 degree C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum reduced medium (Opti-MEM)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>319-85-070</td>
			<td>Store at 4 degree C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin and streptomycin</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15070-063 (Pen Strep)</td>
			<td>1:1000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dharmafect2</td>
			<td>GE Dharmacon</td>
			<td>T-2002-02</td>
			<td>Store at 4 degree C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thymidine</td>
			<td>MP Biomedicals LLC</td>
			<td>103056</td>
			<td>Dissolved in sterile distiled water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cdt1 siRNA</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Ref 10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hec1 siRNA</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Ref 13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HeLa cells expressing GFP-H2B</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HeLa cells expressing GFP-&#945;-tubulin and mCherry H2B</td>
			<td>Generous gift from Dr. Kozo Tanaka of Tohoku university, Japan</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich Corporation</td>
			<td>F8775</td>
			<td>Toxic, needs caution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Sigma-Aldrich Corporation</td>
			<td>D9542</td>
			<td>Toxic, needs caution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-&#945;-tubulin</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>Sc32293</td>
			<td>1:1000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit ant-Zwint1</td>
			<td>Bethyl</td>
			<td>A300-781A</td>
			<td>1:400 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-phospho-&#947;H2AX (Ser139)</td>
			<td>Upstate Biotechnology</td>
			<td>05-626, clone JBW301</td>
			<td>1:300 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa 488</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch</td>
			<td></td>
			<td>1:250 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodamine Red-X</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch</td>
			<td></td>
			<td>1:250 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BioLite 6 well multidish</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>130184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35MM Glass bottom dish</td>
			<td>MatTek Corporation</td>
			<td>P35GCOL-1.5-14-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Eclipse TiE inverted microscope</td>
			<td>Nikon Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinning disc for confocal</td>
			<td>Yokagawa</td>
			<td>CSU-X1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra 888 EM-CCD Camera</td>
			<td>Andor</td>
			<td>iXon Ultra EMCCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 wave length laser</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubation System for Microscopes</td>
			<td>Tokai Hit</td>
			<td>TIZB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIS-elements software</td>
			<td>Nikon Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combining mitotic cell synchronization and high resolution confocal microscopy to study the role of multifunctional cell cycle proteins during mitosis

Étude sur les divers événements de régulation du cycle cellulaire en fonction de la phase fournit une compréhension claire de la division et la croissance des cellules. La synchronisation des populations cellulaires à des stades spécifiques du cycle cellulaire s’est avérée pour être très utile dans ces efforts expérimentaux. Synchronisation des cellules par un traitement avec des produits chimiques qui sont relativement moins toxique peut être avantageuse sur l’utilisation de médicaments inhibiteurs pharmacologiques pour l’étude des événements de cycle de cellules qui en résulte et obtenir l’enrichissement spécifique de certains stades mitotiques. Nous décrivons ici le protocole de synchronisation des cellules humaines à des stades différents de la cellule du cycle, comprenant à la fois en phase S et phase M avec un bloc double thymidine et libérer la procédure pour l’étude de la fonctionnalité des protéines mitotiques dans l’alignement des chromosomes et la ségrégation. Ce protocole a été extrêmement utile pour étudier les rôles mitotiques des protéines multifonctionnelles qui possèdent des fonctions interphase établies. Dans notre cas, le rôle mitotique de Cdt1, une protéine essentielle pour la réplication origine licences en phase G1, peut être étudié efficacement que lorsque Cdt1 G2/M-spécifiques peuvent être épuisés. Les auteurs décrivent le protocole détaillé pour épuisement des Cdt1 G2/M-spécifique à l’aide de la synchronisation de la thymidine double. Aussi, nous expliquer le protocole de la fixation de la cellule et vivre l’imagerie cellulaire à l’aide de la microscopie confocale haute résolution après la sortie de la thymidine. La méthode est également utile pour analyser la fonction des protéines mitotiques sous des conditions physiologiques et perturbées comme pour Hec1, une composante de la Ndc80 complexe, car elle permet d’obtenir de grands échantillons de taille des cellules mitotiques pour fixe et de cellules vivantes l’analyse que nous montrons ici.

Étude de la progression mitotique et de la stabilité des microtubules dans les cellules fixées après la sortie de double bloc de thymidine Cdt1 est impliqué dans les licences des origines de réplication de l’ADN en phase G1. Elle est dégradée au cours de la phase S mais re-s’accumule en phase G2/M. Afin d’étudier son rôle lors de la mitose, la Cdt1 endogène doit être épuisé spécifiquement à la phase de G/M en utilisant la technique de synchronisat...

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Combining Mitotic Cell Synchronization and High Resolution Confocal Microscopy to Study the Role of Multifunctional Cell Cycle Proteins During Mitosis

Nous présentons un protocole pour la synchronisation de la thymidine double de cellules HeLa suivie d’analyse à l’aide de la microscopie confocale haute résolution. Cette méthode est essentielle pour obtenir le grand nombre de cellules qui procèdent de façon synchrone de la phase S de mitose, permettant des études sur les rôles mitotiques de protéines multifonctionnelles qui possèdent également des fonctions de l’interphase.

Combinant la synchronisation cellulaire mitotique et microscopie confocale haute résolution pour étudier le rôle des protéines multifonctionnelles Cycle cellulaire au cours de la mitose

Study of the various regulatory events of the cell cycle in a phase-dependent manner provides a clear understanding about cell growth and division. The ...

The overall goal of this procedure is to use double thymidine synchronization and high-resolution confocal microscopy to study the mitotic roles of multifunctional proteins that may possess critical interphase functions. This method can help answer key questions in the cell biology field, about how to delineate the normal functions of proteins involved in cell cycle and mitosis. The main advantages of this technique are that, the cells can maintain their normal physiological behavior and that this method is also very easy to perform.Demonstrating this procedure will be Dr.Mohammed Amin, a post-doc from my laboratory, who is an expert in the use of this method. For fixed cell imaging of mitotic cell progression, begin by seeding approximately two times 10 to the fifth HeLa cells into each well of a six-well plate, containing a 70%ethanol and UV sterilized cover slip and two milliliters of DMEM medium. After 24 hours in a cell culture incubator, block the cells with two milliliters of freshly diluted thymidine and fresh medium per well, and return the plate to the incubator for another 18 hours.The next day, wash the cells two times with two milliliters of PBS, and one time with fresh 37 degree Celsius medium. Return the cells to the incubator for nine hours to release the cells from the block, followed by the addition of another two milliliters of thymidine-supplemented medium per well. After the second blocking incubation, wash the cells two times with two milliliters of PBS, and one time with two milliliters of fresh 37 degree Celsius medium, and add 100 nanomolar of freshly prepared siRNA to the appropriate wells.After nine to 10 hours, aspirate the supernatant and fix the cells onto the cover slips with four percent paraformaldehyde for 20 minutes at room temperature. After washing with PBS, permeabilize the fixed cells with 0.5%detergent for 10 minutes at room temperature, followed by two five-minute washes in PBS. Block the cells with one percent BSA in PBS for one hour at room temperature.Then label the cells with 50 microliters of the primary antibodies of interest for one hour at 37 degrees Celsius. At the end of the incubation, wash the cells three times in PBS, and label them with 50 microliters of the appropriate secondary antibodies of interest. After one hour at room temperature, wash the cells two times in PBS for five minutes each wash, and label the cells with DAPI for five minutes at room temperature.Follow the DAPI staining with two five-minute washes in PBS and use the appropriate mounting medium to mount the cover slips on individual clear microscope slides. Then, using 60 or 100 X 1.4 numerical aperture plan apochromatic DIC oil immersion objectives mounted on an inverted high resolution confocal microscope equipped with an appropriate camera, acquire images of the immunostained proteins in Z stacks of 0.2 micrometer thickness. For live cell imaging of mitotic cell progression, seed approximately 0.5 to one times 10 to the fifth HeLa cells stably expressing mCherry H2B and GFP alpha-tubulin into 35-milliliter glass-bottom dishes containing 1.5 milliliters of DMEM medium.Grow the cells in a cell culture incubator for 24 hours. Then, thymidine block the cells two times as just demonstrated, this time washing the cells two times with two milliliters of PBS and one time with one milliliter of pre-warmed DMEM medium at the end of each thymidine block and treating the cells with siRNA after the first block during the first thymidine washout. Grow the cells in fresh pre-warmed Leibovitz's medium, supplemented with 10%FBS and 20 millimolar HEPES for eight hours to release the cells from the second block.Then place the first plate in the temperature-controlled chamber of a high-resolution confocal microscope, and use the 60 X objective and bright field imaging to bring the cells into focus. When the cells are visible, manually adjust the plate position to the region of choice and use the image acquisition software to set the laser power and exposure, image acquisition parameters, and experiment duration period. Select the appropriate GFP and mCherry filters and acquire pulsed transmitted light and fluorescence images every 10 minutes for up to 16 hours, to obtain time-lapse images of the mitosis process.Nine hours after release from the double thymidine block, acquire the images at 12 one-micrometer separated z-planes. Then analyze the images by tracking individual mitotic cells and use the appropriate source software to assemble a corresponding movie. Although most of the control and Cdt1 siRNA cells are at the metaphase stage at nine hours post-release from double thymidine block, fixation at 10 hours reveals that most of the Cdt1 siRNA-treated cells are still arrested in late prometaphase, while the control cells enter anaphase and segregate their chromosomes as expected.Cold treatment nine hours after release from double thymidine block facilitates the retention of stable kinetochore microtubules which are relatively less robust in Cdt1-depleted cells compared to those within control-depleted cells. DNA replication origin licensing is not perturbed in Cdt1-or control-depleted cells during the G2-M phase, as these cells were not found to induce the accumulation of phosphoralated gamma H2AX, a marker for DNA damage, during the subsequent G2 phase. Cdt1 siRNA transfection of asynchronous cultures, however, induces the accumulation of phospho gamma H2AX positive foci possibly due to the DNA damage induced by improper DNA replication licensing.After nuclear envelope breakdown, normal cells enter mitosis and undergo anaphase onset to exit from mitosis within about 30 to 60 minutes. RNAi-mediated knockdown of Hec1, a key kinetochore protein required for robust kinetochore microtubule attachment formation, however, delays the normal mitotic progression to anaphase onset or exit from mitosis even after several hours of mitosis delay. Once mastered, this technique can be completed in three to four days if it is performed properly.While attempting the procedure, it's important to remember to dissolve the thymidine completely after you thaw it out from the freezer. Following this procedure, other methods like western blotting can be performed to answer additional questions like, what are the expression patterns of proteins of interest during mitosis compared to interphase? After its development, this technique paved the way for researchers in the field of cell biology to explore cancer biogenesis in human cell culture models, and to use high-resolution confocal microscopy to identify the cell cycle related functions of proteins of interest.Don't forget that working with reagents like paraformaldehyde and DAPI can be extremely hazardous and that precautions such as wearing gloves and a lab coat, should always be taken while performing this procedure.

Research

JoVE Journal

Biology

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Basées sur la fluorescence de mesure de l&#39;entrée du calcium magasin fonctionnant dans des cellules vivantes: à partir de cellules cancéreuses en culture de fibre musculaire squelettique

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