여기에서 우리는 혈관 내 DiI 주입과 결합된 병아리GFP 신경관 내종 이식을 사용하여 신경 문장 세포 및 혈관의 이중 라벨을 보고합니다. 이 실험 기술은 우리가 동시에 시각화하고 유기 발생 동안 NCC 파생 (장내) 신경계와 혈관 시스템의 개발을 연구 할 수 있습니다.
모든 개발 기관은 신경계 (감각 및 운동 제어용)뿐만 아니라 혈관 시스템 (가스 교환, 유체 및 영양 공급)에 연결되어야합니다. 따라서 신경 과 혈관 시스템은 서로 함께 개발하고 분기 아키텍처에서 눈에 띄는 유사성을 공유합니다. 여기서 우리는 우리가 신경 문장 유래 신경 조직의 동시 발달을 연구할 수 있는 배아 조작을 보고합니다 (이 경우 장 신경계), 및 혈관 시스템. 이것은 신경관의 이산 세그먼트의 이식을 통해 닭 키메라를 생성하고, 관련 신경 문장, 같은 태아에 있는 혈관 DiI 주입과 결합하여 달성됩니다. 우리의 방법은 종 내 이식을 위한 형질 전환병아리 GFP 배아를 사용하여, 이식 기술은 1970 년대 부터 큰 효과로 사용되는 고전적인 메추라기 병아리 종 이식 프로토콜보다 더 강력한 만들기. ChickGFP-병아리종 이식은 이식된 세포의 화상 진찰을 용이하게 하고 그대로 조직에 있는 그들의 돌출을, 종 다름에 연결된 세포 발달에 있는 어떤 잠재적인 편견든지 제거합니다. 이 방법은 조류 배아의 접근의 용이성을 최대한 활용하여 (다른 척추 동물 배아와 비교하여) 장 신경계 및 혈관 시스템의 공동 개발을 연구합니다.
닭 배아는 척추 동물 발달 생물학에서 귀중한 모형 유기체입니다, 적어도 오보에 있는 그것의 발달은 자궁에서발전하는 척골가에서 발전하는 척골가에서 능력을 발휘하는 것을 허용하는 실험적인 조작을 허용하기 때문에. 이러한 접근성과 조작의 용이성은 발달 생물학 분야에서 많은 정액 발견에서 중요한 역할을 하는 병아리 배아로 이어졌습니다. 가장 강력한 기술 중 세포 운명을 연구하기 위해 메추라기 병아리 키메라 배아의 사용이었다, 교수 니콜 르 두아린에 의해 개척 방법 1970의1-3. 특히, 메추라 병아리 키메라는 초기 개발 중에 유전적으로 유전적으로 유방 신경 문장 세포 (NCC) 인구를 따르는 데 유용했습니다. NCC는 척골가 태아를 통해 세포 모형의 넓은 범위를 초래하는 신경관의 여백에 등등 외항에서 생기는 철새 세포의 다능한 인구입니다. 여기에는 두개안면 구조(연골, 뼈, 근육), 신경 및 신경교(감각 및 자율 신경계), 멜라닌세포 및 내분비 계의 세포의 하위집단이 포함된다 2,4,5. NCC 운명에 영향을 미치는 가장 중요한 요인 중 하나는 신경 관의 전방 후방 축을 따라 그들의 초기 위치. 예를 들어, 장신경계(ENS)의 뉴런과 신경교를 야기하는 장내 NCC는 두 개의 이산 하위 집단에서 발생합니다: 첫 번째는 vagal (caudal hindbrain) 부위에 위치하고, 신경관6-13의천년 영역에서 두 번째이다. 신경관의 해당 영역의 종 내 이식은 이러한 세포를 영구적으로 라벨링하고 이후에 신경관의 여백에 출생에서 부터 소화관 내의 최종 목적지까지 추적을 허용하는 데 선택하는 기술이었다6,7,10.
다른 동물 모델에 비해 병아리에서 수행하기 쉬운 또 다른 배아 조작은 혈관 시스템의 중요한 라벨링입니다. 실제로 병아리 배아가 발달함에 따라 노른자에서 산소와 영양분을 순환시키는 배아 혈관 네트워크 위에 놓입니다. 노른자 표면에 위치한 이 접근 가능한 혈관 네트워크는 유기발생 시 배아의 발달 혈관 시스템을 라벨로 표시하는 게이트웨이로 사용될 수 있다12,14-17. 리포필성 염료 DiI와 같은 다양한 염료의 내트라바산 분사는 초기 혈관 네트워크의 모든 발광 된 혈관을 묘사 / 얼룩시킬 수 있게합니다.
개발 기관은 신경계 (감각 및 운동 제어를 위한) 뿐만 아니라 혈관 시스템 (가스 교환, 유체 및 영양 공급)에 연결되어야하기 때문에, 두 네트워크는 서로 함께 개발하고 분기 아키텍처에 눈에 띄는 유사성을 공유18-20. 여기서 우리는 우리가 유기발생 도중 혈관 시스템과 더불어 NCC 파생 된 ENS의 동시 발달을 연구할 수 있는 배아 조작을 보고합니다. 이것은 신경 관을 포함하여 신경관의 이산 세그먼트의 이식을 통해 닭 키메라를 생성하여 달성됩니다, 혈관 DiI 주입과 결합. 메추라기 닭 키메라의 진보로, 우리의 방법은 종 이식을 위한 형질 전환 GFP 병아리 배아를 사용하여, 화상 진찰 세포 및 그들의 투영의 관점에서 이식 기술을 더 강력하게 만들고, 종 다름에 연결된 잠재적인 편견을 제거합니다.
여기에 설명된 혈관 라벨링과 결합된 종내 신경관 이식 방법은, 뇌신경계(ENS)와 혈관 계통의 원소의 공동 개발을 연구하기 위해 계란 내의 조류 배아의 접근의 용이성을 최대한 활용한다.
NCC 유도체라벨링의 경우, 우리가 설명하는 병아리GFP-병아리종 이식 방법은 40년 전1-3이상확립된 고전적인 메추라 병아리 키메라 방법에 비해 여러 가지 장점이 있다. 첫째, FITC 빛 하에서 GFP 형광은 매우 밝으며, GFP+ 세포가 살아있는 키메라 배아에서 쉽게 식별할 수 있는 정도까지. 이를 통해 접목의 성공은 오보에서검사될 수 있는 반면, 메추라기 병아리 이식은 접목의 성공이 확인되기 전에 QCPN을 사용하여 배아를 죽이고, 가공하고, 면역염색해야 하는반면, 2. 둘째, 형질형 병아리GFP에서의 GFP 발현은 세포세포에 라벨이 붙을 뿐만 아니라 이식된 세포의 투영을시각화할 수 있도록 한다.22. 이것은 복잡한 신경 망이 고해상도에서 관찰될 수 있게 합니다(시료가 항-GFP 항체로 면역염색될 때 미세 한 프로젝션이 가장 잘 시각화된다는 점에 유의하십시오). QCPN 라벨링은 메추라기 세포 핵으로 제한되기 때문에, 이러한 네트워크는 메추라 병아리 키메라를 사용하여 공개되지 않습니다. 셋째, 이식종 이식은 키메라 배아 내의 세포 들 간의 잠재적인 종 차이를 제거합니다. 메추라기 배아는 병아리 (19 일 대 21 일)보다 더 짧은 잠복기 기간을 가지고 있기 때문에 메추라기 세포가 병아리 세포보다 더 높은 증식률을 가지고 있으며, 이는 잠재적으로 키메라 조직의 발달에 영향을 미칠 수있습니다(23). 흥미롭게도, 종 간 접목이 숙주 24에서DNA 메틸화 패턴에 광범위한 변화를 일으킬 수 있다는 식물에서 나타났습니다. 넷째, 병아리GFP는 NCC 운명및 세포 약정25와같은 주제를 해결하기 위해 백 이식 실험을 용이하게한다. 다섯째, 형질전환 병아리GFP는 GFP+ 세포 하위 인구의 FACS 선별, GFP+ 세포를 포함하는 기관의 조직화 배양, 발현 플라스미드(26)의 전분화를 통한 GFP+ 이식된 조직의 유전자 조작, 광학 프로젝션 단층촬영(27)과같은 기타 이미징 기술에도 유용하다.
신경관 이식 접근법은 미세 외과적으로 신경관의 더 짧은 양을 대체하여 수정될 수 있습니다. 신경관의 작은 세그먼트를 사용하여 미세 수술은 잠재적으로 태아에 덜 손상되고 생존이 향상될 수 있다. 그러나, 덜 신경관을 이식하는 단점은 호스트에 있는 GFP+ NCC의 수가 감소될 것이라는 것입니다. 사용자는 배아의 최적 생존을 제공하기 위해 이식 된 신경 관의 양과 유익한 결과를 제공하기에 충분한 숙주 장 내의 GFP + NCC 의 수 사이의 균형을 시도하고 달성 할 수 있습니다.
선박 페인팅의 경우 DiI는 형광이 매우 밝고 견고하다는 장점이 있습니다. 또한, 고정 시 확산이 가능한 능력을 가지고 있어 최고급 개포모세혈관의 염색을 보장합니다. 중요한 염료이기 때문에, 배아는 주입 절차를 생존하고 스테인드 혈관 시스템으로 개발을 계속할 수 있습니다 (우리의 손에 최대 24 시간, 염색은 시간이 지남에 따라 더 많은 천공이되고 있지만, 그림 3E참조). 따라서 병아리GFP접목과 DiI 혈관 페인팅의 조합은 라이브 이미징과 호환됩니다. 이러한 모든 장점 외에도 혈관 주사는 발광 용기만 표시하므로 미개봉 모세 혈관, 내피 팁 세포 또는 격리 된 내피 세포를 식별하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그러나, 조류 간 유전자의 추가 진전은 혈관 형태발생(28)을연구하기 위해 Tg(tie1:H2B-eYFP) 메추라기 배아를 이용한 실험에 의해 예시되는 바와 같이 이러한 문제를 우회하는 새로운 방법을 제공할 수 있다. 이 기술의 또 다른 한계는, E7.5 이상에 태아에 있는 효과적인 혈관 표지를 위해, 염료의 더 많은 양을 주입할 필요가 있다는 것입니다, 실험을 비싸게 만들 수 있는. 그러나, 기술의 수정은 하이라이터 잉크를 라벨링 하는 저비용 혈관을 포함할 수 있습니다14,비록이 접근은 우리의 손에 시도 되지 않았습니다.
절차의 중요한 단계는 blastodisc 의 밑에 잉크를 주입하여 태아를 시각화하는 과정을 포함합니다. 노른자를 덮는 멤브레인이 단계에서 잉크로 채워진 바늘에 의해 찢어지면 배아 생존이 심각하게 손상됩니다. 또한, 기증자 신경관을 준비할 때, 조직이 췌장에서 지나치게 오랜 시간 동안 방치되지 않는 것이 중요합니다(최대로 약 10분 고려). 췌장에 장기간 노출되면 조직이 손상되고 신경관은 처리하기가 어렵고 호스트에 잘 통합되지 않습니다. 야생 형 배아에 DiI 주입 기술의 경험을 얻는 것은 키메라 배아를 주입하기 전에 필수적이다, 각 배아에 대한 일반적으로 가능한 주입에 하나의 시도가 있기 때문에. DiI 부피 및 바늘 직경은 각 배아에 대한 중요한 매개 변수이며 야생 유형, 스테이지 일치 제어에 대해 평가되어야합니다.
결론적으로, 살아있는 병아리 배아에 있는 신경관 이식 및 DiI 혈관 그림의 우리의 이중 라벨링 방법은 유기발생 도중 NCC와 혈관 네트워크 사이 상호 관계를 조사하기 위하여 이용될 수 있습니다. 장기 발달 중 올바른 표적 내분 및 혈관화를 확립하는 메커니즘을 고려하면 여전히 크게 알려지지 않았으며,이 방법론은이 분야에서 미래의 발견을위한 잠재력을 보유하고 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
수정된 GFP 치킨 계란은 헬렌 상 교수, 로슬린 연구소 및 영국 에든버러 대학에 의해 공급되었습니다. 로슬린 트랜스제닉 치킨 시설은 웰컴 트러스트와 생명 공학 및 생물 과학 연구 위원회 (BBSRC)에 의해 투자됩니다. 이 사업은 부분적으로 지원되었고, NT는 영국 런던 의 그레이트 오몬드 스트리트 병원 어린이 자선 단체에 의해 지원되었습니다. 저자는 벤 Jevans, 아동 건강의 UCL 연구소, 접목에 대 한 배아를 준비에 대 한 도움에 대 한 감사.
Name of the Material/Equipment | Company | Catalog Number |
Fertilised chick eggs | Henry Stewart and Co, Louth, UK | |
Fertilised GFP chick eggs | The Transgenic Chicken Facility, The Roslin Institute, The University of Edinburgh | |
Egg incubator (Profi-H Hatcher) | Lyon Technologies, CA, USA | 910-033 |
14C Incubator | Precision Cooled Incubator, Leec Ltd., Nottingham, UK | Model LT2 |
Stereo-microscope | LEICA | Model MZ 12.5 |
Digital Camera | LEICA | DC500 |
Image acquisition software | LEICA | IM50 |
Goose neck halogen cold light source | Advanced Imaging Concepts, Inc | KL 1500 LCD |
181⁄2 G hypodermic needle | SIGMA – ALDRICH | HSWNH181 |
Pancreatin | SIGMA – ALDRICH | P3292 |
DMEM | SIGMA – ALDRICH | D5030 |
Goat serum | SIGMA – ALDRICH | G6767 |
5ml syringe | SIGMA – ALDRICH | Z248010 |
Mouth tube | SIGMA – ALDRICH | A5177 |
Sigma Pasteur pipettes non-plugged, L 5 3/4 in. | SIGMA – ALDRICH | S6018 |
Transfer pipettes, polyethylene | SIGMA – ALDRICH | Z350796 |
Borosillicate glass capillaries, thin wall without filament | Harvard apparatus | PY8 30-0035 |
Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-09 |
Curved Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14059-09 |
Needle holders (Nickel-plated pin holder) | Fine Science Tools | 26018-17 |
Pascheff-Wolff Spring Scissors | Fine Science Tools | 15371-92 |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-30 |
Minutien pins | Fine Science Tools | 26002-15 |
Dumont AA forceps, Inox Epoxy- coated | Fine Science Tools | 11210-10 |
Perforated spoon | Fine Science Tools | 10370-18 |
Tungsten needles (0.125mm diameter) | Fine Science Tools | 10130-05 |
Sellotape (clear, 24mm width) | Any Supplier | |
Pen/Strep (Penicillin, Streptomycin) Solution | VWR international | 101447-068 |
Sylgard 184 silicone elastomer kit | Dow Corning | S09 512 516 |
Pelikan black ink | Pelikan | 211-169 |
CellTracker CM-DiI | Molecular Probes | C-7001 |
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Molecular Probes | D1306 |
Settings for glass needle puller | Sutter Instruments | Flaming/Brown micropipette puller model P-86 |
Heat 950; Pull 150; Velocity 100; Time 200; Pressure 500 |