Method Article
We present protocols for the collection, preparation, and imaging of mature Drosophila oocytes. These methods allow the visualization of chromosome behavior and spindle assembly and function during meiosis.
Chromosome segregation in human oocytes is error prone, resulting in aneuploidy, which is the leading genetic cause of miscarriage and birth defects. The study of chromosome behavior in oocytes from model organisms holds much promise to uncover the molecular basis of the susceptibility of human oocytes to aneuploidy. Drosophila melanogaster is amenable to genetic manipulation, with over 100 years of research, community, and technique development. Visualizing chromosome behavior and spindle assembly in Drosophila oocytes has particular challenges, however, due primarily to the presence of membranes surrounding the oocyte that are impenetrable to antibodies. We describe here protocols for the collection, preparation, and imaging of meiosis I spindle assembly and chromosome behavior in Drosophila oocytes, which allow the molecular dissection of chromosome segregation in this important model organism.
The study of meiosis is sometimes described as the "genetics of genetics". This is because the fundamental properties of chromosome inheritance and independent assortment are carried out through the segregation of chromosomes during gamete production. An important demonstration of the chromosome theory of inheritance came in 1916 from the work of Calvin Bridges in Drosophila melanogaster1. This and other classical genetics studies in Drosophila contributed greatly to our understanding of genetics. Cytological examination of meiotic chromosomes in Drosophila oocytes, however, has been challenging. This is primarily because immunofluorescence of late-stage Drosophila oocytes, when the spindle assembles and chromosomes are oriented for segregation, is hampered by the presence of membranes that render the oocyte impenetrable to antibodies.
Despite this challenge, Drosophila oocytes remain an attractive model for the study of chromosome behavior and spindle assembly. This is because of the powerful genetic tools available in Drosophila, but also because the oocytes arrest at metaphase I, when the chromosomes are oriented and the spindle is fully formed. This facilitates the collection and examination of large numbers of oocytes at this important stage of cell division. In addition, a simple model organism that is amenable to genetic manipulation for the study of oocyte chromosome segregation can provide an important contribution to our understanding of human reproductive health. Errors in chromosome number are the leading genetic cause of miscarriage and birth defects in humans2. A majority of these errors can be traced to the oocyte and are correlated with increasing maternal age. The average age of mothers in the U.S. has been increasing, making this a major public health concern.
We describe here methods for the cytological examination of Drosophila oocytes, including a demonstration of how to remove the oocyte membranes. These methods are modifications of protocols first described by Theurkauf and Hawley3, Zou et al.4, and Dernburg et al.5. We also include methods for the enrichment of different stages of oocytes, based on a protocol first described by Gilliland et al.6. Finally, we add instructions for the drug treatment of Drosophila oocytes. Together, these methods allow the cytological investigation of oocyte chromosome segregation and spindle assembly in Drosophila.
Not: Aksi belirtilmediği sürece, işlemler oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Sıcaklık kontrollü inkübatör sinek yetiştirme için sıcaklıkları korumak için kullanılan ve aksi belirtilmediği sürece haçlar vardır.
1. hazırlıklar
Geç evre Drosophila Oosit 2. Koleksiyonu
3. İlaç Tedavileri (İsteğe bağlı)
4. Sabitleme
5. Membranlar çıkarma ( "Rolling")
Drosophila OOSİT 6. Antikor Boyama
7. BALIK (Above Adım 5 Devam)
8. Antikor Boyama FISH sonra
Tekrarlama Ad | Kromozom | Oligo Sırası * |
359 | X | GGGATCGTTAGCACTGGTAATTAGCTGC |
AACAC | 2 | AACACAACACAACACAACACAACACAACACAACACAACAC |
dodeka | 3 | CCCGTACTGGTCCCGTACTCGGTCCCGTACTCGGT |
1.686 | 2 + 3 | AATAACATAGAATAACATAGAATAACATAG |
AATAT | 4 (+ Y) | AATATAATATAATATAATATAATATAATAT |
* Eric Joyce, kişisel iletişim, Sullivan ve ark diğer dizilerden 359 dizisi. 8 |
Tablo 1: Drosophila sentromerine tekrarlar için FISH probları.
İlaç | çözücü | stok konsantrasyonu | Nihai konsantrasyon | Tedavinin zamanı | Efekt |
kolşisin | etanol | 125 mM | 150 uM | 10 dakika ya da 30 dakika | olmayan kinetochore (10 dakika) 9 veya Tüm (30 dakika) mikrotübül destabilize |
paklitaksel | DMSO | 10 mM | 10 uM | 10 dk | mikrofona stabilizerotubules |
Binucleine 2 | DMSO | 25 mM | 25 uM | 20 dakika | Aurora B kinaz 10 inhibe |
Tablo 2: İlaç tedavisi.
Burada tarif edilen metodlar mayoz üç aşamadan (Şekil 1) temsil eden geç evre Drosophila oosit toplama neden olur. Profaz Oositler karyosome (Şekil 1A) çevreleyen bölgede tübülin sinyal eksikliği ile görünür çekirdek zarfına varlığı ile ayırt edilir. Prometafaz nükleer zarf arıza sırasında iğ monte ediyor sonra dönemdir. Prometafaz sırasında karyosome, farklı bir şekil alır, ana karyosome kütlesi (Şekil 1B) ayrı 4. kromozomlar ile genellikle ince uzun olma. Prometafaz Drosophila oosit doğal yumurtlama kadar tutuklama hangi metafaz, ile son bulur. Metafaz oosit olarak, karyosome yuvarlak şekil (Şekil 1C) içine geri aldı.
Biz burada m açıklamakö n- tem prometafaz veya metafaz ya oosit için zenginleştirmek için Drosophila kadın yumurtlama hızını değiştirmek için. Neredeyse tamamen yumurta döşeme ortadan bakire Drosophila kadın, gelen metafaz zenginleştirilmiş koleksiyonları veya koleksiyon, öncelikle yuvarlak karyosome (Şekil 2B) gösterirken prometafaz zenginleştirilmiş koleksiyonlardan oosit sık uzun karyosome (Şekil 2A) göstermektedir. İlginçtir ki, prometafaz zenginleştirilmiş koleksiyonları da genellikle Drosophila prometafaz ve metafaz arasındaki karyosome ve mil değişimi hem 9 oosit düşündüren, çok daha sağlam iğ göstermektedir.
Şekil 3 Burada açıklanan iki Protokoller temsilcisi görüntüleri gösterir. , CENP-C (sentromerlere göstermek için) ve INCENP (merkezi mili göstermek için) oosit kullanılmıştır α-tubulin karşı antikorlar (milini göstermek için) FO sabitlenmişrmaldehyde / heptan (Şekil 3A). 2. kromozom (AACAC) ve 3. kromozom (dodeka) tekrarlayan sentromerik dizileri için sondalar formaldehid / kakodilat ve sabit oosit kullanılmıştır FISH protokolü (Şekil 3B) 'e uygun bir α-tubulin antikor ile eş-boyandı. dodeka prob kromozomun başına tek bir odak noktası olarak görünürken AACAC probu gibi çeşitli kümelenmiş odaklar görünür. 10 dakika süre ile 150 uM kolşisin ile muamele Oositler formaldehid / heptan (Şekil 3C) ile tespit edildi. Bu tedavi sentromer etiketli odaklar DNA'yı temas tüm mikrotübül hangi sonuçları, en olmayan kinetochore-Mikrotübülleri ortadan kaldırır. Oositler mili mikrotübüller (Şekil 3D) 10 uM sitoplazmada 10 dakika göster aşırı mikrotübüllerin için paklitaksel, ancak çok az etki ile muamele edilmiştir. 20 dakika boyunca 25 mM Binucleine 2 ile tedavi oosit Aurora B kinaz gösterisi tam kaybı engellemek içinMil mikrotübüller (Şekil 3E).
Şekil 1: Olgun Drosophila oosit Üç aşamaları:. Profaz, prometafaz ve metafaz profaz Drosophila oosit Konfokal görüntüler (A), prometafaz (B) ve mayoz I. DNA metafaz (C) mavi gösterilir ve tübülin olduğunu birleştirilmiş görüntülerde yeşil gösterilen. (B) ve (C) 'de Insets beyaz DNA göstermektedir. Ölçek çubukları 10 mikron =. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2:Drosophila oositlerin Prometaphase- vs metafaz zenginleştirilmiş koleksiyonları. Prometafaz zenginleştirilmiş (A) Drosophila oosit Konfokal görüntüler ya da metafaz-zenginleştirilmiş (B) koleksiyonları. DNA mavi gösterilir ve tübülin yeşil gösterilir. Ölçek çubukları 10 mikron =. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: Drosophila oositlerin Antikor boyama, FISH ve ilaç tedavileri yeşil mavi DNA ve tubulin ile Drosophila oosit Konfokal görüntüler.. Ölçek çubukları 10 mikron =. Formaldehyd (A) immünofloresanskırmızı INCENP (merkez mili) ve beyaz CENP-C (sentromerler) e / heptan sabitleme. Beyaz gösterilen kırmızı ve Dodeca gösterilen AACAC ile formaldehit / kakodilat sabitleme (B) FISH. Kırmızı gösterilir CENP-C ile 10 dakika süreyle 150 uM kolşisin ile (C) tedavisi. 20 dakika (E) için 10 dakika (D) veya 25 uM Binucleine 2 10 mcM paklitaksel ile tedavi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Drosophila Oositler evreleme
bir ince uzun karyosome genellikle metafaz oositlerden prometafaz ayırt karyosome şeklini kullanarak, prometafaz oositlerinde görülmekle birlikte sorunlu olabilir. prometafaz sırasında, karyosome, yuvarlak bir şekil olarak başlar uzar ve daha sonra oosit metafaz tutuklama yaklaştıkça bir yuvarlak şekle geri çekilir. Bu, pek çok prometafaz oositler uzatılmış karyosome yok demektir. mutant ya da ilaçla tedavi oosit incelendiğinde ek olarak, karyosome şekil oosit sahneye bu yöntemi kullanarak engelleyen, etkilenebilir. Diğer belirteçler bu aşamalar şu anda mevcut değildir ayırt etmek, çünkü biz prometafaz veya metafaz ya oosit için zenginleştirmek için Drosophila kadın yumurtlama hızını işlemek için yukarıda açıklanan yöntemi kullanın. mantığı olduğunu oosit prometafaz zaman belirli bir miktar ve zaman arr belirsiz bir miktarda harcama eğeryavaş yumurta döşeme metafaz için zenginleştirecek ise yumurtlama, daha sonra hızlı bir yumurtlama kadar sürer metafaz ested, prometafaz oosit daha yüksek bir yüzdesi doğru çarpık olacaktır. Bakire dişi toplamak veya Gilliland ve arkadaşları tarafından tarif edildiği gibi, 2 gün daha kısa bir zaman dilimi içinde kadın toplar. 6 için gerekli olan çaba miktarı, prometafaz oositlerinde kayda değer bir artışı ile ödüllendirilir değildir. Sırt uzantıları membranlar ile birlikte kaldırılır olarak bu protokol ile hazırlanan oosit sahneye dorsal uzantıları kullanmak da mümkün değildir. Bu yöntemi kullanarak% 100 kesinlik ile bireysel oosit sahneye mümkün olmasa da, elde edilen veriler prometafaz zenginleştirilmiş ya da metafaz-zenginleştirilmiş koleksiyonlar bu farklı aşamalarında 9 hakkında sonuçlara varmak için birlikte alınabilir.
Onlar yumurtalık geçmesine kadar Drosophila oosit döllenmiş değildir; Bu nedenle, oositler th için toplanan içinBurada anlatılan e protokolleri yumurtlama öncesi alınan oosit incelemek, bu oosit döllenmiş olmamıştır. yumurtalık ile Geçiş da aktive ederek ve hücre döngüsü ilerlemesini sürdürmek için oosit neden olur. Ben 11,12 var, ama bu protokolün kapsamı dışındadır metafaz sonra Yöntemleri hücre döngüsü aşamalarını incelemek için.
Sabitleme Yöntemi Hususlar
Biz geç evre Drosophila oosit sabitlenmesi için iki ayrı yöntemler açıklanmaktadır. Formaldehid / kakodilat tespit metodunun ilk Theurkauf ve Hawley 3 ve formaldehid / heptan sabitleme yöntemi ile tanımlanan ilk Zou ve ark., 4 tarafından tarif edilmiştir. Buna ek olarak, üçüncü bir yöntem (metanol tespit) bazı 13 tarafından kullanılan, ancak burada açıklanan değildir. formaldehid / heptan sabitleme formaldehid / kakodilat kıyasla sonra oosit membran çıkarılması biraz daha zordur. Bu bağımlı olduğundan "yuvarlanan" dirlamel ve oosit ve formaldehit / heptan tespitin arasındaki sürtünme ile ilgili oosit daha kaygan hale getirir. biz denedim antikorların çoğunluğu için en iyi çalışır çünkü bu ilave zorluk rağmen, yeni antikorlar test tespit yönteminin bizim ilk tercihi formaldehit / heptan olduğunu. formaldehid / heptan sabitleme de başarılı olmasına rağmen, diğer yandan, esas olarak membran kaldırma kolaylığı için, FISH için formaldehit / kakodilat tespit tercih ederim. Bu yöntemlerin her ikisi de, metanol tespit daha oosit morfolojisi korumak ve bu nedenle yalnızca formaldehit-esaslı sabitleme yöntemlerine dirençli antikorların durumlarda metanol tespiti önerilir.
Burada anlatılan protokoller yani oosit membran kaldırılmasıyla, antikor penetrasyon mükellef olgun Drosophila oosit işlemek için etkili yöntemler göstermek için, sabit görüntüleme odaklanmak. Membran remo için alternatif yöntemlerval mümkündür (forseps 14 veya sonikasyon 13 kullanarak); Ancak, biz en verimli ve güvenilir bir yöntem olarak "yuvarlanan" bulmak. Canlı görüntüleme için teknikler de başka bir yerde 14-16 açıklanan ve bu protokol kapsamı dışındadır edilmiştir.
BALIK öneriler
Drosophila oositlerde BALIK ilk Dernburg ve ark., 5 tarafından tarif edilmiştir. Bu protokol yoğunlaştırılmış oosit kromozom prob hibridizasyon için en uygun koşulları sağlamak için tasarlanmış, ancak orijinal protokol immünofloresan için en uygun değildi. Yukarıda anlatılan yöntem öncelikle FISH gerçekleştirirken kullandığımız budur α-tubulin, antikor boyama geliştirmek için yaptık uyarlamalar içerir. 80 ° C ile denatürasyon adımı (adım 7.5) sıcaklığının düşürülmesi için diğer antikorlar için gerekli olabilir.
Burada listelenen sondalar içindirsentromer yakın heterokromatinli tekrarlayan diziler. Bu diziler oldukça tekrarlayıcı olduğundan, sondalar birden yerlere tavlama ve toplu sinyaller oldukça güçlüdür. yoğunlaştırılmış karyosome bulunan iken biz muhtemelen çünkü kromozomların benzersiz yapısı, ökromatin içinde dizileri için sondalar ile küçük bir başarı oldu.
Görüntüleme
Olgun Drosophila oosit çoğu organizmaların oosit gibi, büyük, tek hücrelerdir. Bu da tek bir çekirdek içeren sitoplazmada büyük hacimli olduğu anlamına gelir. Genellikle sadece korteks yakın dorsal uzantıları altında bulunan Neyse ki, aynı zamanda Drosophila bir karyosome olarak bilinen bu çekirdek, kolayca tespit edilebilir. dorsal uzantıları oosit membranların birlikte kaldırılır, ancak karyosome hala oosit kortekste küçük çimen bularak bulunabilir nerede ekleri once idi. En iyi görüntü bu hedefe karyosome yakın yerleştirir beri lamel bakan bu çimen ile monte edilmiş oosit elde edilir. öncesinde montaj için bu yönde oosit düzenlemek mümkün olsa da, biz rastgele birçok oosit monte ve sonra tercih edilen yönde olanlar için slayt aramak için tercih ediyorum.
gelecek Uygulamaları
Gelecekte güvenilir prometafaz I ve metafaz I iğ ayırt belirteçler tanımlamak için önemli olacaktır. daha güvenilir gibi aynı zamanda hazırlama sorunları var sahne zenginleştirilmiş oosit veya canlı görüntüleme, çok sayıda görüntüleme gibi daha emek yoğun alternatifleri, bağımlılığı azaltacak oosit sahne için güçlü olmak. Bu yöntem yeni araçlar değiştirmek veya gen ürünlerini nakavt kullanılabilir hale Drosophila genetik gelişmeler yararlanmak için kullanılabilecek temel bir yöntemdir. Bu yöntemleri içerirdoğrudan yeni ilaçlar veya hedeflenen bozulma stratejileri ile protein etkinliğini hedef. Buna ek olarak, bu yöntemler, öz değişmesine ait iğ görüntüleme bunlarla sınırlı değildir. oosit içindeki herhangi bir yapı, örneğin aktin hücre iskeletinin olarak, bu yöntemler kullanılarak analiz edilebilir.
The authors have nothing to disclose.
We thank Christian Lehner for providing the CENP-C antibody and Eric Joyce for recommendations on FISH. Work in the McKim lab was funded by a grant from NIH (GM101955).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
15 ml conical tubes | Various | ||
16% formaldehyde | Ted Pella, Inc. | 18505 | HAZARDOUS; once opened, discard after one month |
250 ml beakers | Various | ||
5 ml tubes | Various | ||
active dry yeast | Various | mix with water to make a paste the consistency of peanut butter | |
anti-α-tubulin antibody conjugated to FITC | Sigma | F2168 | clone DM1A |
Binucleine 2 | Sigma | B1186 | HAZARDOUS |
blender | Various | ||
bovine serum albumin | Sigma | A4161 | |
calcium chloride | Various | ||
colchicine | Sigma | C-9754 | HAZARDOUS |
coverslips | VWR | 48366-227 | No. 1 1/2 |
dextran sulfate | Various | ||
DMSO | Various | ||
EGTA | Various | ||
ethanol | Various | ||
forceps | Ted Pella, Inc. | 5622 | Dumont tweezers high precision grade style 5 |
formamide | Sigma | 47670-250ML-F | |
glass slides | VWR | 48312-003 | |
glucose | Various | ||
graduated 1.5 ml tubes | Various | ||
HEPES | VWR | EM-5330 | available from several venders |
Hoechst 33342 | Various | ||
magnesium chloride | Various | ||
methanol | Various | ||
large mesh (~1,500 µm) | VWR | AA43657-NK | variety of formats and other suppliers, 12 or 14 mesh |
small mesh (~300 µm) | Spectrum labs | 146 424 | variety of formats, e.g., 146 422 or 146 486 |
nutator | Various | ||
Pasteur pipets | Various | ||
potassium acetate | Various | ||
Cacodylic acid | Sigma | C0125 | HAZARDOUS; alternatively, sodium cacodylate may be substituted |
potassium hydroxide | Various | ||
sodium acetate | Various | ||
sodium chloride | Various | ||
sodium citrate | Various | ||
sodium hydroxide | Various | ||
sucrose | Various | ||
taxol (paclitaxel) | Sigma | T1912 | HAZARDOUS |
Triton X-100 | Fisher | PI-28314 | |
Tween 20 | Fisher | PI-28320 | |
vortex | Various |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır