Assay Explant להערכת התנהגות ניידת של mesenchyme הגולגולת
Summary
Mesenchyme הגולגולת עובר תנועות morphogenic דרמטיות שעשויים מספקת כוח מניע לגובה של הקפלים העצביים<sup> 1,2</sup>. כאן אנו מתארים פשוטים<em> Vivo לשעבר</em> Explant assay לאפיין את ההתנהגויות הסלולר של mesenchyme הגולגולת במהלך neurulation. בדיקה זו יש יישומים רבים, בין היותך נוח למניפולציות תרופתיות וניתוחי הדמיה חיות.
Abstract
מערכת העצבים המרכזית נובעת מהצלחת העצבית שעוברת סדרה של תנועות המוךפו"גנטי המורכבות וכתוצאה מכך ההיווצרות של הצינור העצבי בתהליך המכונה neurulation. במהלך neurulation, המורפוגנזה של mesenchyme שעומד בבסיס הצלחת העצבית האמינה לנהוג גובה קיפול עצבי. Mesenchyme הגולגולת מורכב ממזודרם הפרקסיאלית ותאי רכס עצביים. התאים של צורת גולגולת mesenchyme meshwork pourous המורכב מתאי stellate ומתערב בצורת גדילים תאיים מטריקס (ECM) התומכים הקפלים העצביים. במהלך neurulation, mesenchyme הגולגולת עובר שחלופים סטריאוטיפיים וכתוצאה מההתרחבות שלה ותנועות אלה הם האמינו כדי לספק כוח מניע לגובה קיפול עצבי. עם זאת, בשבילים ובהתנהגויות המניעות סלולריות המורפוגנזה mesenchyme גולגולתי נותרים למדו בצורה גרועה. אינטראקציות בין ECM והתאים של thes בבסיס גולגולת mesenchymeהתנהגויות תא דואר. כאן אנו מתארים assay פשוט vivo לשעבר explant המציא כדי לאפיין את התנהגותם של תאים אלה. בדיקה זו היא amendable למניפולציות תרופתיות לנתח ניתוחי הדמיה חיות האותות המעורבים ולאפיין את התנהגותם של תאים אלה עוד יותר. אנו מציגים ניסוי נציג מדגים את התועלת של בדיקה זו באפיון מאפייני הנדידה של mesenchyme גולגולתי במגוון של רכיבי ECM.
Introduction
סגירת צינור עצבית באזור הגולגולת מתרחשת בין 8.5 עובריים היום (E8.5) ו -9.5 בעבר העכבר. כישלון לסגור כראוי הצינור העצבי בתוצאות הראש בanencephaly, מום מלידה מבנית נפוץ בבני אדם ואינו מתיישב עם חיים. הכוחות המניעים את סגירת צינור עצבית cephalic נוצרים משתי רקמות העצביות עצמו וסביבתו והאפידרמיס mesenchyme 3. בהרחבה מסוימת של mesenchyme הגולגולת נחשב לחיוני לגובה של 1,2 הקפלים העצבי קרניאלי. Mesenchyme גולגולתי הוא עשיר בחלבוני ECM בחלבונים מסוימים, כגון glycosylated proteoglycans ההפרין סולפט, כונדרואיטין סולפטים ו4-8 hyaluronate.
שלא כמו בעובר העוף שבו תאי רכס עצביים להגר מצינור העצבי הגבה לאחר סגירת צינור עצבית, הרכס העצבי בעובר העכבר נודד באותו הזמן שהקפלים העצביים מתחילים rISE (אחרי שלב 5 somite). כך במהלך neurulation בעבר העכבר, mesenchyme הגולגולת מורכב מתאים שמקורם ברכס העצבי ומזודרם הפרקסיאלית. רכס עצבי ואוכלוסיות מזודרם הפרקסיאלית מושרים בזמנים שונים בהתפתחות; מקומי בתפקידים שונים בעובר להתפתח במבנים שונים 9,10. מזודרם הפרקסיאלית מקורו התכונה הראשונית ונודד לאזור הקדמי של העובר שבבסיס כל הצלחת העצבית המשוערת. הרכס העצבי מושרה בצומת של הצלחת העצבית ואקטודרם אפידרמיס, עובר לאפיתל mesenchyme מעבר וdelaminates רק לקראת גובה קיפול עצבי בעובר המכרסם. תאי רכס עצביים נודדים לאורך שבילים סטריאוטיפיים במזודרם הפרקסיאלית subectodermal לקשת branchial, frontonasal וmesenchyme periocular. מזודרם הפרקסיאלית יתרום לחלק מעצמותיו של קמרון הגולגולת ושרירים של פן, ואילו הדואר עצבי פסגה תתרום לעצמות אחרות של הגולגולת והפנים, בנוסף לעצבי גולגולת 9-11. מזודרם הפרקסיאלית ושושלות רכס עצביות יכולים להיות מסומן באופן דיפרנציאלי, על ידי Mesp1-cre וקווי עכבר מהונדס Wnt1-cre, בהתאמה 9.
התפקיד החיוני של mesenchyme הגולגולת בסגירת צינור עצבית כבר הסיק מניסויים שבו טיפול בעוברים עם מכרסמי ECM שיבוש סוכנים כגון hyaluronidase, chondroitinase ABC, heparitinase או Diazo-אוקסו-norleucine (דון) במהלך סגירת neurulation הלקויה העצבית צינור 7, 12-14. בניסויים אלה, ניתוח היסטולוגית של קטעים סטטיים בעקבות neurulation חשף dysmorphogeneis קשורים של mesenchyme גולגולתי 7,12-14. עם זאת, מאחר שסוכן טרטוגנים היה גישה לרקמות מרובות, עדיין לא נקבע אם mesenchyme הגולגולת הוא באמת רקמת המטרה. בתמיכה למסקנה שרקמה זוחיוני לneurulation, mesenchyme גולגולתי מופיע חריג על ניתוחים היסטולוגיים בכמה עכברים עם מוטציות exencephaly 15-17. ובכל זאת, ברוב המקרים, ההשפעה של המוטציה על ההתנהגות התאית של mesenchyme גולגולתי לא טופלה.
אנחנו פתחנו assay explant vivo לשעבר ישירות לבחון את התוצאה של מוטציה גנטית או מניפולציה תרופתית על התנהגותם של תאי mesenchyme גולגולת 15. בדיקה זו דומה לזו שפורסמה על ידי צחור et al 2003 לגשת פוטנציאל ההתמיינות של mesenchyme הגולגולת שנמצאה בבסיס את rhombomeres 18 מלבד ששונינו נתיחת explant כדי ללמוד את מאפייני הנדידה של אוכלוסיות קדמיות יותר של mesenchyme גולגולתי שבבסיס העצבי קדמי צלחת. השיטה שלנו היא גם שינוי של מבחני explant מבוצע בעובר העוף כדי לנתח את התנהגות הנדידה של הרכס העצבי עם keהבדלי y. הכנות קודמות explanted רכס העצבי או מזודרם הפרקסיאלית האחורי יותר 19,20. כמו כן, במהלך גובה קיפול עצבי בעובר העוף, הפסגה העצבית עדיין לא הגרה מצינור העצבי הגבה ובכך explants נלקח ממזודרם הפרקסיאלית הקדמי לא מכיל תאי רכס עצביים. בבדיקה שלנו, explants mesenchyme גולגולת מורכבת ממזודרם הפרקסיאלית, רכס עצבי ואקטודרם משטח מוכן ומצופה על מצע. מניפולציה ניסויית כולל בידוד של מוטציות גנטיות explants מ, ציפוי explants על ECM השונה או טיפולים תרופתיים יכולה להתבצע. תאים נודדים מexplant והמרחק, מספר וההתנהגות יכולים להיות מנותחים והשוואה בין קבוצות טיפול. בנוסף, הכנה זו היא amendable לניתוחים של נדידה סלולרית על ידי שיטות הדמיה בשידור חייה. לאחר ניסוי ההגירה, explants יכול להיות קבוע ונתונים לניתוחי immunohistochemical לפרווהTher להבהיר את ההשפעה של טיפולים. באופן כללי, הפרוטוקול שהוצג כאן הוא assay vivo לשעבר פשוט כדי לחקור את ההתנהגות של mesenchyme גולגולתי. כניסוי מייצג, אנו מנצלים assay זה לבחון את ההגירה של mesenchyme גולגולת על מצעים תאיים שונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה מיושמת כאן מספקת assay חזק כדי לבחון את התנהגותם של תאי mesenchyme גולגולת. בנוסף לניתוחים סטטיים שהוצגו כאן, לחיות ניסויי הדמיה בשדה בהיר או בשילוב עם ביטוי של חלבוני ה-GFP שכותרתו, יכול להיות מועסק על מנת לבחון את התנהגותם של תאים בזמן אמת כפי שהם נודדים מexplant. לניסויי הדמיה חיים, explants יכול להיות מתויג עם DiI או להבדיל הגירה של רכס עצבי ממזודרם הפרקסיאלית, רוזה-YFP; Mesp1-cre או Rosa-YFP; Wnt1-cre או קווים הטרנסגניים אחרים יכול לשמש. אינטראקציות גולגולת mesenchyme-ECM גם ניתן לבחון ניצול assay explant זה. כאן אנו explants צלחת על מצעי ECM שונים שנמצאים בmesenchyme גולגולתי להראות כי תאים נודדים על אלה בדרגות שונות ושECM משפיע על המורפולוגיה של התאים. יתר על כן, explants יכול להיות מוטבע במטריצה תלת ממדים כדי לגשת להתנהגויות של cells בהקשר זה. assay explant זה amendable לניתוח של ההשפעה של מניפולציות גנטיות ותרופתיות על התנהגויות mesenchyme גולגולת לניתוח אותות פנימיים וחיצוניים שיכול לווסת ולשנות הגירה. לדוגמה, אנו מנוצלים assay זה במחקרים שלנו להבחין בתפקיד של Hsp90 הפרשה עודפת בהתנהגויות החריגות בסלולריות mesenchyme גולגולתי מוטצית Hectd1 15. בניסויים אלה, התייחסו explants עם נוגדן אנטי Hsp90, Hsp90 חלבון, geldanamycin וDMA (amelioride דימתיל) כדי לחסום את ההפרשה של Hsp90 להוכיח כי ההתנהגות החריגה של תאים מוטנטים Hectd1 נובעת Hsp90 15 תאיים עודפים. גישות דומות יכולות לשמש פרמקולוגית לנתח מסלולים נוספים העומדים בבסיס המורפוגנזה נורמלית או לא נורמלית של mesenchyme גולגולתי. לאחר הבדיקה תושלם, explants ותאים נודדים יכולים להיות מנותח על ידי שורה של שיטות. לדוגמה, ג ניתוחים immunohistochemicalלהיות מועסק על מנת לבחון את הלוקליזציה של חלבונים חשובים לתנועות תא. ניתוחי transcriptome גם יכולים להיות מועסקים על מנת לקבוע כיצד ישפיע טיפול על ביטוי גנים.
מגבלה משמעותית אחד של טכניקה זו היא שזה לא התנהגויות מודל בשלושה ממדים כפי שהם מתרחשים בגוף חי. השינוי של הפרוטוקול בי explants מוטבע במטריצה תלת ממדים (למשל matrigel), יחד עם ביטוי של תאים סלולריים חלבון מסומן ניאון יכול להיות מועסק הכרחי כדי לטפל בבעיה זו. גם אם שינויים אלה בוצעו, ניסויים נוספים כדי לקשר בין התנהגויות שנראו בassay זה vivo לשעבר עם אלה in vivo יהיו צורך בכך. מגבלות אחרות כוללות מספר הגדול של עוברים הנדרשים כדי לייצר כמות מספקת כדי להפיק נתונים סטטי משמעותיים. והכי חשוב, הנתיחה היא פשוטה יחסית, זה דורש תרגול כדי לשלוט.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי R01-HD058629 לIEZ
Referenzen
- Copp, A. J. Neurulation in the cranial region–normal and abnormal. Journal of anatomy. 207, 623-635 (2005).
- Fleming, A., Gerrelli, D., Greene, N. D., Copp, A. J. Mechanisms of normal and abnormal neurulation: evidence from embryo culture studies. The International Journal of Developmental Biology. 41, 199-212 (1997).
- Copp, A. J., Greene, N. D., Murdoch, J. N. The genetic basis of mammalian neurulation. Nat. Rev. Genet. 4, 784-793 (2003).
- Tuckett, F., Morriss-Kay, G. M. The distribution of fibronectin, laminin and entactin in the neurulating rat embryo studied by indirect immunofluorescence. J. Embryol. Exp. Morphol. 94, 95-112 (1986).
- Tuckett, F., Morriss-Kay, G. Alcian blue staining of glycosaminoglycans in embryonic material: effect of different fixatives. The Histochemical Journal. 20, 174-182 (1988).
- Morris-Wiman, J., Brinkley, L. L. The role of the mesenchyme in mouse neural fold elevation. II. Patterns of hyaluronate synthesis and distribution in embryos developing in vitro. The American Journal of Anatomy. 188, 133-147 (1990).
- Morris-Wiman, J., Brinkley, L. L. The role of the mesenchyme in mouse neural fold elevation. I. Patterns of mesenchymal cell distribution and proliferation in embryos developing in vitro. The American Journal of Anatomy. 188, 121-132 (1990).
- Morris-Wiman, J., Brinkley, L. L. Changes in mesenchymal cell and hyaluronate distribution correlate with in vivo elevation of the mouse mesencephalic neural folds. Anat. Rec. 226, 383-395 (1990).
- Yoshida, T., Vivatbutsiri, P., Morriss-Kay, G., Saga, Y., Iseki, S. Cell lineage in mammalian craniofacial mesenchyme. Mech. Dev. 125, 797-808 (2008).
- Noden, D. M., Trainor, P. A. Relations and interactions between cranial mesoderm and neural crest populations. Journal of anatomy. 207, 575-601 (2005).
- Jiang, X., Iseki, S., Maxson, R. E., Sucov, H. M., Morriss-Kay, G. M. Tissue origins and interactions in the mammalian skull vault. Dev. Biol. 241, 106-116 (2002).
- Morriss-Kay, G. M., Tuckett, F., Solursh, M. The effects of Streptomyces hyaluronidase on tissue organization and cell cycle time in rat embryos. J. Embryol. Exp. Morphol. 98, 59-70 (1986).
- Morriss-Kay, G., Tuckett, F. Immunohistochemical localisation of chondroitin sulphate proteoglycans and the effects of chondroitinase ABC in 9- to 11-day rat embryos. Development. , 106-787 (1989).
- Tuckett, F., Morriss-Kay, G. M. Heparitinase treatment of rat embryos during cranial neurulation. Anat. Embryol. (Berl). 180, 393-400 (1989).
- Sarkar, A. A., Zohn, I. E. Hectd1 regulates intracellular localization and secretion of Hsp90 to control cellular behavior of the cranial mesenchyme. The Journal of Cell Biology. 196, 789-800 (2012).
- Zohn, I. E., Anderson, K. V., Niswander, L. The Hectd1 ubiquitin ligase is required for development of the head mesenchyme and neural tube closure. Dev. Biol. 306, 208-221 (2007).
- Chen, Z. F., Behringer, R. R. Twist is required in head mesenchyme for cranial neural tube morphogenesis. Genes Dev. 9, 686-699 (1995).
- Tzahor, E., et al. Antagonists of Wnt and BMP signaling promote the formation of vertebrate head muscle. Genes Dev. 17, 3087-3099 (2003).
- Lumsden, A. G. Spatial organization of the epithelium and the role of neural crest cells in the initiation of the mammalian tooth germ. Development. 103, 155-169 (1988).
- Newgreen, D. Spreading of explants of embryonic chick mesenchymes and epithelia on fibronectin and laminin. Cell and tissue Research. 236, 265-277 (1984).
- Peyton, S. R., Ghajar, C. M., Khatiwala, C. B., Putnam, A. J. The emergence of ECM mechanics and cytoskeletal tension as important regulators of cell function. Cell Biochemistry and Biophysics. 47, 300-320 (2007).
