電気的活動の変化を受けた個々の生きたゼブラフィッシュの骨格筋成長のリアルタイムおよび反復測定

細胞数の増加(過形成)および/または細胞サイズ(肥大)を含む調節された組織成長は、発生、再生、および生態学的および進化的適応における重要な要素です。ここ数十年で細胞生物学と発生生物学の両方の分子遺伝学的理解が大幅に進歩したにもかかわらず、組織と臓器のサイズの制御の機構的理解はまだ始まったばかりです。知識におけるこの不足の理由の1つは、必要な空間的および時間的精度で生物の組織成長を定量化することの難しさです。

生物全体の成長のさまざまな側面を経時的に繰り返し測定することができ、個々の成長曲線を明らかにする^{ことができます}1,2,3,4,5。二重X線吸収測定法(DXA)、コンピューター断層撮影(CT)、磁気共鳴画像法(MRI)などのますます洗練されたスキャン方法により、ヒトとモデル生物の両方の単一の個人における臓器全体および他の身体領域(たとえば、個々の識別された骨格筋)の成長の追跡が可能になります^6,7,8,9,10.しかし、これらの方法では個々の細胞を明らかにする分解能がまだないため、細胞の挙動と組織レベルの成長との関連を特定することは困難でした。このようなリンクを作成するために、従来の研究では、類似した個々の動物のコホートに依存することが多く、そのうちのいくつかは連続した時点で犠牲にされ、細胞学的に詳細に分析されます。このようなアプローチでは、(できれば類似しているが、それでも変動する)個人のグループ間で観察された変化を平均化する必要があるため、時間的および空間的分解能の欠如に悩まされ、原因と結果を示唆する細胞レベルで相関イベントを見つけるのが困難です。

無脊椎動物のモデル生物に関する研究は、最初はC.エレガンスとD.メラノガスターでしたが、光学顕微鏡を開発して細胞分解能を達成し、単一の個体の経時的な成長を正確に測定することで、これらの問題を回避しました。このような研究は、これらの小さなモデル生物の成長における著しく不変な細胞系譜挙動を明らかにしました¹¹、^12、13、¹⁴、¹⁵、^16、17。しかし、すべての脊椎動物を含む多くの動物は、不確定な細胞系譜を持ち、遺伝的にコードされた成長プログラムを、そのすべての構成組織と器官が適切に一致する機能的な3次元生物に変えるのに役立つ神秘的なフィードバックプロセスによって組織の成長を制御します。これらの複雑な成長過程を理解するためには、選択した時点で遺伝的、薬理学的または他の介入によって実験的に操作され、その後効果を分析できる単一の個体において、組織全体または臓器全体を経時的に画像化することが望ましい。

各脊椎動物の骨格筋は、定義されたサイズ、形状、機能、および骨、腱、神経などの隣接組織との十分に特徴付けられた相互作用を持っています。一部の筋肉は小さく、皮膚のすぐ下にあるため、高解像度の画像検査に適しています。ほとんどの臓器と同様に、各筋肉は、安定した成人のサイズに達する前に、胎児、出生後、および若年期を通じて成長します。しかし、筋肉には、使用と栄養に応じて、成人期にサイズを変える独自の能力もあり¹⁸、この特性は、生物のフィットネス、スポーツパフォーマンス、および自立生活に大きな影響を与えます。老年期の筋肉量と機能の低下であるサルコペニアは、人口の高齢化に直面している社会にとってますます懸念されている問題^です19,20,21。

私たちらは、ゼブラフィッシュ幼虫のセグメント的に繰り返される体における骨格筋組織の定義されたブロックの成長に、組織の成長、維持、および修復を観察および操作できる数百の細胞を含む明らかに閉じたシステムとして焦点を当てました22,23,24,25,26。いくつかの定量的研究は以前に報告されていますが25、26^、27、²⁸、²⁹、30、31、32、33、^34、35、^個々の脊椎動物生物の細胞の詳細で筋肉成長を経時的に測定する詳細で検証された方法は利用できません。ここでは、そのような繰り返し測定を実行する方法のための効率的なプロトコルが検証とともに説明され、変化した電気的活動に応答して肥大および過形成成長の両方の変化を分析するためのその使用例が提供される。