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Per testare l'effetto di una chemiochina sul reclutamento di macrofagi in vivo, l'intero montaggio in situ ibridazione è stato utilizzato per rilevare l'espressione ectopica della chemiochina, e l'immunostainizzazione è stata utilizzata per etichettare i macrofagi. L'imaging dal vivo è stato utilizzato per l'osservazione in tempo reale della migrazione dei macrofafi.
I pesci zebra sono ampiamente utilizzati nella ricerca di base e biomedica. Molte linee transgeniche di pesci zebra sono attualmente disponibili per etichettare vari tipi di cellule. A causa del corpo embrionale trasparente del pesce zebra, è conveniente per noi studiare l'effetto di una chemiochina sul comportamento di un certo tipo di cellule in vivo. Qui abbiamo fornito un flusso di lavoro per studiare la funzione di una chemiochina sulla migrazione dei macrofaghi in vivo. Abbiamo costruito un plasmide di sovraespressione per itessuti specifici dei tessuti per sovraesprimere l'IL-34 e abbiamo iniettato il plasmide in embrioni di pesci transgenici con stadio unicellulare i cui macrofagi sono stati specificamente etichettati da una proteina fluorescente. Abbiamo quindi usato l'intero montaggio fluorescente in situ ibridazione e immunostaining per rilevare il modello dell'espressione chemiochina e il numero o la posizione dei macrofagi. Gli embrioni di WT iniettati sono stati sollevati per generare una linea transgenica stabile. Infine, abbiamo usato l'imaging dal vivo confocale per osservare direttamente il comportamento dei macrofagi nel pesce transgenico stabile per studiare la funzione dell'IL-34 sui macrofagi in vivo.
Il pesce zebra è un piccolo pesce dolce tropicale che ha avuto origine in India. Per quanto riguarda la conservazione genica, i pesci zebra hanno una somiglianza dell'87% con l'umano1. Può fornirci informazioni su argomenti correlati dell'uomo studiando la regolazione genica, la funzione delle proteine e il comportamento cellulare come la migrazione, la proliferazione et.al nel pesce zebra. L'embrione di pesce zebra può essere utilizzato per osservare lo sviluppo di embrioni precoci in diverse fasi dopo aver inibito il pigmento. Nel frattempo, ci vogliono solo tre mesi perché il pesce zebra si sviluppi in maturità sessuale, quindi il pesce zebra può produrre centinaia di uova ogni 4 giorni. Mini-dimensioni, allevamento semplice, forte capacità riproduttiva, questi vantaggi rendono la cultura del pesce zebra molto risparmio di spazio, favorevole alla cultura su larga scala. Il topo modello tradizionale di mammiferi ha costi di manutenzione più elevati rispetto al pesce zebra, limitando così la scala di sollevamento del mouse. Nell'aspetto dello sviluppo precoce dell'embrione, l'embrione di topo è difficile da osservare in condizioni vive a causa delle caratteristiche dello sviluppo dell'embrione di topo nel grembo materno. Al contrario, gli embrioni di pesce zebra si sviluppano esternamente e sono trasparenti, quindi sono facili da osservare al microscopio. Inoltre, il pesce zebra è molto facile da costruire una varietà di linee transgeniche per la ricerca sulle funzioni geniche correlate. Attualmente, sono disponibili varie linee transgeniche di pesci zebra per etichettare diversi tipi di cellule. Ora è molto conveniente costruire linee transgeniche per sovraesprimere le chemiochine in luoghi specifici e studiare la funzione delle chemiochine sul comportamento cellulare nel pesce zebra.
Qui, abbiamo fornito un flusso di lavoro per utilizzare la linea transgenica di pesce zebra per studiare la funzione di IL-34 sul comportamento del macrofago in vivo2,3,4,5,6,7. In primo luogo, abbiamo costruito una plasmida di sovraespressione specifica del fegato del gene il34 e iniettato il plasmide in uno stadio unicellulare Tg (mpeg1: GFP) embrioni di pesce che specificamente etichettavano i macrofagi dalla proteina fluorescente GFP. Quindi, abbiamo usato l'intero monte fluorescente in situ ibridazione e immunostaining per rilevare il modello dell'espressione il34 e il numero o la posizione dei macrofagi. Gli embrioni di WT iniettati sono stati sollevati per generare una linea transgenica stabile. In questi passaggi, abbiamo stabilito e convalidato la linea di produzione della citochina e valutato visivamente gli effetti che si possono vedere sulla distribuzione dei macrofafi. Infine, per studiare il comportamento dei macrofagi in risposta alla citochina, abbiamo usato l'imaging dal vivo confocale per osservare direttamente la migrazione dei macrofagi per confermare la funzione di il34 sulla migrazione del macrofago in vivo.
NOT: Tutti i campioni sono stati trattati con l'acqua uovo fenilthiourea (PTU) per inibire il pigmento.
1. Generazione di Tg (fabp10a:il34) Costrutti transgenici e iniezione di pesce
2. Combinazione dell'intero monte fluorescente in situ (WISH) con immunostaining
3. Immagine dal vivo
I passaggi coinvolti nel protocollo del pesce zebra sono illustrati nella Figura 2. In primo luogo, è stato generato il costrutto pBLK-fabp10a-il34-sv40 in cui il34 è stato guidato dal promotore fabp10a (Figura 2). Il costrutto è stato microiniettato in embrioni di pesce zebra Tg (mpeg1: GFP) che possono etichettare i macrofagi con embrioni GFP e WT che sono stati innalzati agli adulti per generare una linea stabile transgenica (Figura 2). L'espressione di il34 è stata analizzata da tutta la fluorescenza di montaggio nell'ibridazione situ(Figura 2 e Figura 3). I macrofagi etichettati dalla GFP sono stati analizzati mediante immunostaining (Figura 2 e Figura 3). Abbiamo usato l'imaging dal vivo per osservare direttamente se i macrofagi migrerebbero nel fegato sotto l'induzione di il34 durante 3-3.5 dpf (Figura 2, Figura 4, Supplementary Movie 1 e Supplementary Movie 2) .
Figura 1: Funzionamento software dell'imaging live al microscopio confocale. Aprire il software di 2.3 nero, installare il banco di lavoro della cella vivente nella tabella portascopio, quindi fare clic su Individua (A) Incubazione Temperatura (B) per impostare la temperatura a 29 . Posizionare il piatto al centro della panca di lavoro della cellula vivente, coprire il pesce con la soluzione E210 con tricaina. Dopo tutte queste operazioni, fare clic sul menu Acquisizione (C), selezionare la modalità di scansione e i laser richiesti nel menu Smart Setup (D),quindi selezionare zo-Stack e Position (E). Infine, fare clic sul menu Progettazione esperimenti (F), selezionare l'opzione Abilita esperimentomulti blocco , nel primo blocco, per trovare il campione sotto il basso ingrandimento, quindi passare all'ingrandimento elevato, lasciare l'area osservata nella al centro del campo visivo, impostare la posizione e le informazioni di stack(G e H),selezionare l'intensità del laser appropriata, i livelli di scansione e la velocità di imaging. Creare un nuovo blocco e ripetere i passaggi precedenti. Dopo aver impostato tutti i blocchi, impostare il numero appropriato di loop (I) e avviare la registrazione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Flusso di lavoro per analizzare la funzione di una chemiochina sulla migrazione dei macrofaghi in vivo. Abbiamo costruito un plasmide di sovraespressione per sovraespressione del tessuto (fegato) per sovraesprimere l'IL-34 e iniettato la plasmide in embrioni di pesce transgenici a uno stadio a celle i cui macrofagi sono stati specificamente etichettati da una proteina fluorescente (Tg: (mpeg1: GFP )). Gli embrioni di WT iniettati sono stati sollevati per generare una linea transgenica stabile. Abbiamo quindi utilizzato l'interi insiorescenti in situ e l'immunostaining per rilevare il modello dell'espressione genica e il numero o la posizione dei macrofagi degli embrioni iniettati transitori o degli embrioni di linea stabile (4 dpf). Infine, abbiamo usato l'imaging dal vivo confocale per osservare direttamente il comportamento dei macrofagi nel pesce transgenico stabile (3-3,5 dpf) per studiare la funzione dell'IL-34 sui macrofagi in vivo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: WISH fluorescente si combinano con l'immunostaining. Questa cifra è stata modificata da Jiang et al.11. Un totale di 1,8 nL (30 ng/l) del costrutto pBLK-fabp10a-il34-sv40 è stato microiniettato negli embrioni di pesce zebra Tg (mpeg1: GFP) a uno stadio cellulare. (A) WISH dell'espressione il34 (rosso) e della colorazione anticorpale integrale dell'espressione GFP (verde) nell'embrione 4 dpf (6x). L'intera immagine del corpo del pesce è costituita da due immagini separate scattate da confocal e cucite insieme in Photoshop. Gli inset sono ad alto ingrandimento (20x) delle regioni boxed corrispondenti (aree punteggiate arancioni). (B) Analisi quantitativa del numero di cellule dei macrofaci nel fegato non iniettato e costruibile degli embrioni iniettati (mostrato nella zona punteggiata bianca) e della regione della coda (circa tra la 13a e la 17a somitetica, dimostrata tra due linee tratteggiate bianche). I dati sono stati analizzati dal test di Mann Whitney U, p < 0,01 rispetto al controllo. n 5, 5 per i 4 dpf iniettati e pesci di controllo. Barre: 200 m (linea bianca); 50 m (linea gialla). (C) WISH dell'espressione il34 e colorazione anticorpale integrale dell'espressione GFP in embrione di linea stabile 4 dpf (6x). L'intera immagine del corpo del pesce è costituita da due immagini separate scattate da confocal e cucite insieme in Photoshop. Gli inset sono ad alto ingrandimento (20x) delle regioni boxed corrispondenti (aree punteggiate arancioni). (D) Analisi quantitativa del numero di cellule macrofagi in Tg (mpeg1: GFP) e Tg (fabp10a: il34; mpeg1: GFP) fegato degli embrioni (mostrato nella zona punteggiata bianca) e regione della coda (circa tra il 13 e la diciassettesima somite, mostrata tra due linee tratteggiate bianche). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Imaging dal vivo confocale per osservare direttamente il comportamento dei macrofafi nei pesci transgenici stabili. Questa cifra è stata modificata da Jiang et al.11. Le micrografie di imaging dal vivo mostrano il processo di un macrofago (verde, etichettato da frecce bianche) che passa dal fegato (rosso) entro 28 min nel pesce di controllo (A) e il processo di un macrofago (verde, etichettato da frecce bianche) che migra nel fegato (rosso) entro 28 in IL-34 sovraesprimenti pesci (B). Barre della scala: 40 m (linea bianca). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Filmo supplementare 1: Immagini dal vivo che mostrano il processo dei macrofagi (verdi, etichettati da frecce bianche) che migrano nel fegato (rosso) entro 2 h nel pesce IL-34. Barre della scala: 20 m (linea bianca). Questo film è stato ripubblicato da Jiang et al.11. Clicca qui per vedere questo video. (Fare clic con il pulsante destro del mouse per scaricare.)
Filmato supplementare 2: Immagini dal vivo che mostrano il processo dei macrofagi (verde, etichettati da frecce bianche) che vagano intorno al fegato (rosso) entro 2 h nel pesce di controllo. Barre della scala: 20 m (linea bianca). Questo film è stato ripubblicato da Jiang et al.11. Clicca qui per vedere questo video. (Fare clic con il pulsante destro del mouse per scaricare.)
Il protocollo qui descritto ci permette di indagare la funzione di una chemiochina sul comportamento di macrophagein vivo e la procedura richiede una certa competenza tecnica. In sintesi, ci sono diversi passaggi critici per evitare complicazioni nel protocollo: 1) selezionare una linea transgenica adatta che mostra un segnale transgenico specifico e forte per etichettare la cellula di interesse; 2) selezionare un tessuto appropriato accessibile per l'imaging e la sovraespressione genica transgenica; 3) fare una sonda di RNA sensibile e specifica; 4) selezionare un intervallo di tempo di osservazione appropriato per catturare con precisione il comportamento della cella.
Nella procedura di ibridazione in situ intera di supporto combinata con l'immunostaining, la sonda RNA utilizzata per rilevare l'espressione genica dovrebbe essere sensibile e il segnale deve essere abbastanza forte. Per catturare la funzione genica sul comportamento cellulare, è necessario testare una serie di punti temporali. Ad esempio, osservando l'effetto del il34 sulla migrazione dei macrofagi, anche se il promotore di fabp10a ha cominciato ad esprimere a 2-3 dpf, l'accumulo di macrofagi nel fegato non era evidente in quel momento. È solo da 4 dpf che l'arricchimento del macrofago nel fegato diventa evidente. Inoltre, dopo l'ibridazione in situ, l'intensità del segnale della successiva immunostainizzazione sarà influenzata. Ad esempio, confrontandolo con GFP, DsRed è difficile da colorare nella colorazione immunofluorescenza dopo l'ibridazione in situ, probabilmente a causa delle diverse strutture proteiche. In generale, l'intensità del segnale dell'immunostaining dopo l'intera fluorescenza in situ nell'ibridazione situ sarebbe inferiore a quella dell'immunostaining singolo.
Nella fase di imaging dal vivo con il microscopio confocale, è necessario tenere il campione vicino al fondo del piatto. Quando gli embrioni galleggiano in agarose, la distanza di lavoro dell'obiettivo può essere insufficiente, inoltre, l'agarose tra l'obiettivo e il campione influenzerebbe la qualità dell'imaging. Inoltre, il numero di campioni per l'imaging in ogni momento deve essere impostato correttamente. Si deve fare in modo che l'intervallo di tempo tra due scansioni di ogni pesce non sarebbe troppo lungo per perdere i dettagli del comportamento cellulare. Quindi questo metodo non è adatto per il monitoraggio delle cellule che si muovono velocemente nei tessuti spessi.
In conclusione, questo protocollo può essere utilizzato per osservare la funzione delle chemiochine sul comportamento di una varietà di cellule come macrofagi, neutrofili e cellule T. Qui, abbiamo usato IL-34, un ligando recentemente identificato della funzione CSF-1R in chemotassico6,7, come una chemiochina espressa ectopica per indurre la migrazione dei macrofagi. La maggior parte dei modelli sperimentali esistenti di chemiotassi cellulari si basano su esperimenti a cellule in vitro, ma gli esperimenti in vitro a volte sono troppo semplici per modellare l'ambiente complesso in vivo. Inoltre, è difficile immaginare la capacità chemio-attrazionein vivo quando si guarda semplicemente la situazione in vitro. Questo metodo ha utilizzato i vantaggi specifici del pesce zebra per l'osservazione diretta del comportamento cellulare che è difficile per i topi. Il metodo attuale ci ha permesso di testare rapidamente le funzioni della chemiochina sui comportamenti cellulari entro diversi giorni e di rendere il pesce zebra un modello potente per studiare la biologia molecolare e cellulare.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamo il Dr. Jingrong Peng per aver condiviso la linea transgenica Tg (fabp10a: DsRed); Dr. .ilong Wen per la condivisione delle linee transgeniche Tg (mpeg1: GFP); Dr. Koichi Kawakami per aver fornito il vettore pTol2. Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (31771594), dai progetti del Guangdong Science and Technology Plan (2019A030317001) e dai Fondi fondamentali di ricerca per le università centrali (D2191450).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody | |||
Alexa 488-Anti-Goat antibody | Invitrogen | A11055 | |
Anti-Digoxigenin-HRP | perkinelmer | NEF832001EA | |
Goat-Anti-GFP antibody | Abcam | ab6658 | |
Reagent | |||
CaCl2· 2H2O | Sigma | 21097 | |
Cyanine 3 Plus Amplification Reagent | perkinelmer | NEL745001KT | |
E2 solution | 15 mM NaCl +0.5 mM KCl +1.0 mM MgSO4+150 µM KH2PO4 + 50 µM Na2HPO4 +1.0 mM CaCl2 + 0.7 mM NaHCO3 | ||
Fetal Bovine Serum (FBS) | Life | 10099-133 | |
Formamide | Diamond | A100314 | |
Glycerol | Sigma | V900860 | |
Heparin sodium | Sigma | H3149 | |
Hybridization buffer(HB) | 50% formamide+ 5×SSC+9 mM sodium citrate+50 μg/ml heparin sodium+ 500 μg/mL tRNA+ 0.1% Tween20 | ||
KCl | Sigma | P5405 | |
KH2PO4 | Sigma | P5655 | |
Low melting agarose | Sigma | A9414 | |
Methanol | GHTECH | 1.17112.023 | |
Methylene blue | Sigma | M9140 | |
MgSO4 | Sigma | M2643 | |
Na2HPO4 | Sigma | S5136 | |
NaCl | Sigma | S5886 | |
NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | 158127 | Suspend 16 g of PFA in 400 ml of 1x PBS, heat at 60 °C to dissolve about 30 min. This solution can be prepared in advance and stored at -4 °C. Caution. Manipulate with mask. |
10×PBS | 14.2 g Na2HPO4+80 g NaCl+2 g KCl+ 2.4 g KH2PO4 in 1L ddH2O | ||
Phenylthiourea (PTU) | Sigma | P7629 | |
1×Plus Amplification Diluent | perkinelmer | NEL745001KT | |
Proteinase K | Fermentas | E00492 | |
20×Saline sodium citrate(SSC) | 175.3 g NaCl+ 88.2 g sodium citrate in 1 L ddH2O, PH 7.0 | ||
Sodium citrate | Sigma | A5040 | |
Tricaine | Sigma | E10521 | |
tRNA | Sigma | R6625 | |
Tween20 | Sigma | P2287 | |
Plasmid | |||
pBLK-fabp10a-il34-sv40 | For Tg (fab10a:il34) transgenic line generation | ||
pBSK-il34 | For il34 probe preparation | ||
Fish | |||
Tg (mpeg1: GFP) | Label macrophages with GFP | ||
Tg (fabp10a: DsRed) | Label liver cells with DsRed | ||
Tg (fab10a:il34) | Over-expression IL-34 in liver cells |
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