Summary

Wohnung Berg-Imaging von Mäusehaut und ihre Anwendung auf die Analyse von Mustern und die Haarfollikel Sinnes Axon Morphologie

Published: June 25, 2014
doi:

Summary

Säugetier-Haut enthält eine Vielfalt von Strukturen – wie Haarfollikel und Nervenenden – das charakteristische Muster der räumlichen Organisation zu zeigen. Die Analyse der Haut als flache Halterung nutzt die Vorteile der 2-dimensionalen Geometrie dieses Gewebe voller Dicke hochauflösende Bilder der Strukturen der Haut zu produzieren.

Abstract

Die Haut ist ein sehr heterogenes Gewebe. Intra-dermalen Strukturen umfassen Haarfollikel, arrector Pili Muskeln, epidermale Spezialisierungen (wie Merkel-Zell-Cluster), Talgdrüsen, Nerven und Nervenenden, und Kapillaren. Die räumliche Anordnung dieser Strukturen fest auf einer mikroskopischen Skala gesteuert – wie zu sehen ist, beispielsweise in der geordneten Anordnung von Zelltypen in einer einzelnen Haarfollikel – und in einem makroskopischen Maßstab – wie durch die nahezu identischen Orientierungen von Tausenden von Haaren gesehen Follikel in einem lokalen Bereich der Haut. Visualisierung dieser Strukturen ohne physikalisch Schneiden der Haut ist wegen der 2-dimensionalen Geometrie des Organs möglich. In diesem Protokoll zeigen wir, dass der Mäusehaut zerlegt werden kann, fixiert, permeabilisiert und gefärbt, und als intakte zweidimensionales Objekt, einem Flachmontage geklärt. Das Protokoll ermöglicht die einfache Visualisierung von Hautstrukturen in ihrer Gesamtheit durch die gesamte Dicke der große Bereiche der Haut durch optsche Schnitte und Wiederaufbau. Bilder dieser Strukturen kann auch mit Informationen über die Position und Orientierung relativ zu den Körperachsen integriert werden.

Introduction

Die Haut ist eines der größten Organe im Körper, mit wichtigen Funktionen in somato-Sensation, Isolierung / Wärmeregulation und Immunabwehr ein. Das Verständnis der molekularen und zellulären Grundlagen der Entwicklung und Funktion der Haut hat der langjährige Interesse wegen der grundlegenden Bedeutung der Haut als biologisches System und seine Bedeutung für Dermatologie gewesen. Säugetierhaut enthält eine Vielzahl von multizellulären Strukturen, einschließlich geschichteten Lagen von Keratinozyten, dermale Bindegewebe, verschiedene Arten von Haarwurzeln, Talgdrüsen, arrector Pili Muskeln, Blutgefäße, und mindestens ein Dutzend verschiedene Klassen von afferenten (sensorischen) und ableitenden Nerven Fasern (Abbildung 1). Verschiedene Regionen des Körpers mit charakteristisch unterschiedliche Hauttypen zugeordnet. In den meisten Säugetieren wird fast die gesamte Körperoberfläche mit der Haut, die dicht mit Haarfollikel verpackt ist abgedeckt. [Menschen und Nacktmulle Ausnahmen von thist Muster.] Das Haar ist von den Hohlhandflächen der Hände und Füße, die auch mit spezialisierten epidermalen Muster (Dermatoglyphen), exokrine Drüsen und sensorischen Nervenenden verbunden sind, fehlt. Die zellulären und molekularen Ereignisse, die das Wachstum, die Differenzierung und die räumliche Anordnung der Zellen innerhalb der Haarfollikel zu steuern sind von besonderem Interesse, da jedes Follikel aufweist, in Miniatur viele der zentralen Merkmale der Organogenese 2. Zu diesen Funktionen gehören die Existenz von Stammzellen und Stammzellnische, präzise choreographierte Zelle Migrationen und die Montage von mehrzelligen Strukturen aus embryologisch unterschiedliche Komponenten.

Dieser Artikel beschreibt Methoden zum Präparieren, Fixieren, Kennzeichnung und Imaging-Mäusehaut als intakte zweidimensionalen Blatt, bezeichnet als "whole mount" oder "flat mount" Vorbereitung. Seit Mäusehaut relativ dünn ist, ist es möglich, Bild durch die gesamte Dicke des abgeflachten Skin mit herkömmlichen konfokalen Mikroskopie. Die flache Halterung Ansatz auf Säugetierhaut Bildgebung ist technisch vorteilhaft, weil es umgeht die Notwendigkeit für physische Schnitte, wodurch Strukturen vollständig durch optische Schnitte rekonstruiert werden. Da fast die gesamte Haut wird als ein einzelnes Objekt bearbeitet, die flache Montage Ansatz ermöglicht auch die Darstellung von mehreren Bereichen der Körperoberfläche unter Beibehaltung Informationen über Position und Orientierung relativ zu den Körperachsen. Schließlich sind die Strukturen innerhalb der Haut typischerweise in Mustern, die in regelmäßigen Abständen wiederholt werden und erleichtert so die Sammlung von Bildern aus verschiedenen Vertretern einer gegebenen Struktur vorhanden. Diese Eigenschaften sind dem Neurobiologen, die auf der Netzhaut eines zweidimensionalen Teil des zentralen Nervensystems, die analog Vorteile für die Untersuchung der neuronalen Morphologie 3 befindet arbeiten.

Die hier beschriebene Wohnung montieren Ansatz ist von besonderer utility für die Untersuchung Strukturen, die räumliche Organisation in der zweidimensionalen Ebene der Haut zeigen auf einem relativ großen Maßstab. Ein Beispiel von Großraumorganisation ist die koordinierte Polarität der Haarfollikel und Haarfollikel-assoziierte Strukturen – Merkel-Zell-Cluster, arrector Pili Muskeln, Talgdrüsen und Nervenenden 4. Haarfollikel in einem Winkel bezüglich der Ebene der Haut, und die Komponente des Vektors Follikel, die in den 2-dimensionalen Ebene der Haut liegt orientierten zeigt im allgemeinen eine Orientierung in Bezug auf die Körperachsen, die jeweils genau bestimmt ist Position auf dem Körper. Zum Beispiel, um die Haarfollikel auf der Rückseite Punkt von rostral nach kaudal und Haare auf der dorsalen Oberfläche der Füße zeigen von proximal nach distal. Haarfollikel Orientierung wird durch planare Zellpolarität Signalisierung gesteuert (PCP, auch als Gewebe Polarität 5). Dieses Signalisierungssystem wurde in Drosophila gefunden, wo ein kleinesSatz von Kern PCP Genen gefunden wurde, um die Orientierung kutikulärer Haare und Borsten steuern. Drei Säugetier-Orthologe von Kern PCP Gene – frizzled Homolog 6 (Fzd6, die auch als Fz6 genannt) Cadherin EGF LAG sieben Pass G-Typ-Rezeptor 1 (Celsr1) und Vang-like 2 (Vangl2) – analog zu spielen Rollen in Säuger Haut, die Koordination der Orientierungen der Haarfollikel mit den Körperachsen. Studium der Fz6 Knockout-Mäusen (Fzd6 tm1Nat, im Folgenden bezeichnet Fz6 – / -) zeigen, dass der primäre Defekt in der Abwesenheit von PCP-Signalisierung ist eine erste Randomisierung oder Desorganisation der Haarfollikel Orientierung, ohne Wirkung auf die intrinsische Struktur der Follikel 08.06. Ein zweiter nicht-PCP-System wirkt später auf lokale Ausrichtung der Nähe Follikel, die auf die Produktion von großen Haarmuster wie Quirle und Büschel führt fördern.

Ein zweites Beispiel für Großräumliche Organisation in der Haut ist in den Morphologien der sensorischen Axon Lauben gesehen. Sensorische Neuronen, die die Haut innervieren haben ihre Zellkörper in der Hinterwurzel und Trigeminalganglien. Diese Neuronen erfassen Temperatur, Schmerz, Juckreiz, und verschiedene Arten von mechanischen Verformungen Auftreffen auf die Haut-und Haar 9. Sie können in Untergruppen, basierend auf Axondurchmesser und Leitungsgeschwindigkeit, Anschluß Nervenende Struktur, und die Muster der Expression von Rezeptoren, Kanäle und andere Moleküle unterteilt werden. Aufgrund der hohen Dichte der Innervation in der Haut, Analysen beinhalten, dass Visualisierung aller Axone (zB Anti-Neurofilament-Immunfärbung) oder sogar alle Axone von einer einzelnen Klasse (so gesehen, wenn ein Zelltyp wird durch Expression eines fluoreszierenden Reporter markiert) offenbart im allgemeinen eine dichte Überlagerung der Axone, die es unmöglich macht, die Morphologie eines einzelnen Dorn definiert ist. Um dieses Problem zu umgehen, haben wir sehr spärlich genetisch gerichteten l verwendetAbeling, um Rückenhautproben, in denen einzelne gut isoliert Axon Lauben sind Ausdruck einer histochemischen Reporter menschlichen Plazenta-alkalische Phosphatase 10 visualisiert produzieren. Dieser Ansatz ermöglicht die eindeutige Visualisierung der einzelnen Axon Laube Morphologien und eine Definition des somatosensorischen Neuronen Typen basierend auf morphologischen Kriterien.

Protocol

Diese Studie wurde in strikter Übereinstimmung mit den Empfehlungen in der Bedienungsanleitung für die Pflege und Verwendung von Labortieren der National Institutes of Health durchgeführt. Alle Tiere wurden nach anerkannten institutionellen Tierpflege und Verwendung Ausschuss (IACUC)-Protokoll MO11M29 der Johns Hopkins Medical Institutions abgewickelt. Fragen Sie Ihren örtlichen Richtlinien Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss für genehmigte Methoden der Euthanasie. Tragen Sie Handschuhe, Kittel und Sc…

Representative Results

Hellfeld-Abbildung der Hautflatmounts können Bild kutane sensorische Afferenzen (3A 10) und Haarfollikel-Muster basierend auf Melaninpigmentierung (Fig. 4) verwendet werden. Konfokale Abbildung der Hautflatmounts kann verwendet werden, um die Geometrie (1) Merkel-Zell-Clustern, mit Anti-Cytokeratin-6 oder mit AM Farbstoffaufnahme (Fig. 3I-L), (2) arrector pili Muskeln, mit Anti visualisiert visualisiert definieren Aktin glatter Muskeln (Fig. 3G, H),<…

Discussion

Die Beherrschung der oben beschriebenen Methoden Dissektion erfordert nur Geduld, eine ruhige Hand und ein paar gute Dissektion Werkzeuge. Die Rückenhaut Dissektion ist relativ einfach, aber die Schwanz-und Fuß-Haut Dissektionen – vor allem in der frühen postnatalen Alters – sind anspruchsvoller. Am frühen pränatalen Altersgruppen (z. B. vor dem E15), die Haut ist schwer zu entfernen, ohne es zu zerreißen. Günstig für viele Untersuchungen über das Wachstum und Musterbildung der Hautstrukturen in Mäuse…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank Dr. Amir Rattner for helpful comments on the manuscript. Supported by the Howard Hughes Medical Institute.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
5-bromo-4-chloro-indolyl phosphate (BCIP) Roche 11383221001
AM1-43 Biotium 70024
AM4-65 Biotium 70039
Benzyl alcohol Sigma 402834
Benzyl benzoate Sigma  B-6630
Confocal microscope Zeiss LSM700
Cy3-alpha smooth muscle actin antibody Sigma  C6198 1:400
Cytokeratin-8  Developmental Studies Hybridoma Bank TROMA-I-c 1:500
Dissecting microscope
Dissection tools  Fine Science Tools scissors and forceps
Electric razor
Fluoromount G EM Sciences 17984-25
Formalin Sigma HT501320
Glass dishes Pyrex  6 cm and 10 cm diameter
Glass plates Amersham Biosciences SE202P-10 10 cm x 8 cm x 1 mm
Hair remover  Nair
Horizontal rotating platform  Hoefer PR250 Orbital shaker
Insect pins Fine Science Tools  26002-20
Ketamine/xylazine Sigma K113
Nitroblue tetrazolium (NBT) Roche  11383213001
Oil Red O Sigma O0625
Paraformaldehyde Sigma  P6148
Razor Blades VWR 55411-055
Secondary antibodies  Invitrogen Alexa-dye conjugated 
Sylgard-184 Fisher Scientific NC9020938
Tissue culture plastic dishes 10 cm diameter
Tissue culture plates 6- and 12-well 

Referencias

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Chang, H., Wang, Y., Wu, H., Nathans, J. Flat Mount Imaging of Mouse Skin and Its Application to the Analysis of Hair Follicle Patterning and Sensory Axon Morphology. J. Vis. Exp. (88), e51749, doi:10.3791/51749 (2014).

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