El mesénquima craneal experimenta movimientos dramáticos morfogénicas probable que proporciona una fuerza motriz para la elevación de los pliegues neurales<sup> 1,2</sup>. Aquí se describe un sencillo<em> Ex vivo</em> Explantar ensayo para caracterizar los comportamientos celulares de la mesenchyme craneal durante neurulación. Este ensayo tiene numerosas aplicaciones, incluyendo ser susceptible de manipulaciones farmacológicas y análisis de imágenes en directo.
El sistema nervioso central se deriva de la placa neural que sufre una serie de movimientos morfogenéticos complejos resultantes en la formación del tubo neural en un proceso conocido como neurulación. Durante tubo neural, la morfogénesis del mesénquima que subyace en la placa neural se cree para conducir elevación pliegue neural. El mesénquima craneal está compuesto por el mesodermo paraxial y las células de la cresta neural. Las células del mesénquima craneal forma una malla pourous compuesto de células con forma de estrelladas y mezcla de la matriz extracelular (ECM) hebras que soportan los pliegues neurales. Durante la neurulación, el mesénquima craneal experimenta reordenamientos estereotipadas resultantes en su expansión y estos movimientos se cree que proporcionan una fuerza impulsora para la elevación pliegue neural. Sin embargo, las vías y los comportamientos celulares que conducen a la morfogénesis mesénquima craneal siguen siendo poco estudiada. Las interacciones entre el ECM y las células de los craneales thes subyacen mesénquimacomportamientos e celulares. Aquí se describe un ensayo ex vivo sencillo explante ideado para caracterizar el comportamiento de estas células. Este ensayo es modificable a manipulaciones farmacológicas para diseccionar la vías de señalización implicadas en vivo y análisis de imágenes para caracterizar mejor el comportamiento de estas células. Se presenta un experimento representativo que demuestra la utilidad de este ensayo en la caracterización de las propiedades migratorias de la mesenchyme craneal en una variedad de componentes de ECM.
Cierre del tubo neural en la región craneal se produce entre 8,5 días de embriones (E8.5) y 9,5 en el embrión de ratón. Si no se cierra correctamente el tubo neural en los resultados de la cabeza en la anencefalia, un defecto de nacimiento común estructural en los seres humanos y es incompatible con la vida. Las fuerzas que impulsan cierre del tubo neural cefálica se generan a partir tanto del tejido neural en sí y la epidermis que rodea y mesénquima 3. En particular, la expansión del mesénquima craneal se piensa que es esencial para la elevación del 1,2 craneal pliegues neurales. El mesénquima craneal es rica en proteínas de ECM en particular, proteínas glicosiladas, tales como proteoglicanos de sulfato de heparina, sulfatos de condroitina y 4-8 hialuronato.
A diferencia en el embrión de pollo en donde las células de la cresta neural emigran desde el tubo neural dorsal tras el cierre del tubo neural, de la cresta neural en el embrión de ratón migra al mismo tiempo que los pliegues neurales comienzan a rISE (después de la etapa de somite 5). Así, durante la neurulación en el embrión de ratón, el mesénquima craneal está compuesto de células derivadas de la cresta neural y el mesodermo paraxial. La cresta neural y el mesodermo paraxial poblaciones son inducidos en diferentes momentos en el desarrollo; localizados en posiciones diferentes en el embrión y se desarrollan en diferentes estructuras de 9,10. El mesodermo paraxial se origina a partir de la línea primitiva y migra a la región anterior del embrión que la base de la placa neural presuntiva. La cresta neural es inducida en la unión de la placa neural y ectodermo epidérmico, sufre un epitelial a mesénquima y deslamina justo antes de la elevación del pliegue neural en el embrión de roedor. Las células de la cresta neural migran a lo largo de los caminos estereotipados en el mesodermo paraxial subectodermal al arco branquial, frontonasal y el mesénquima periocular. El mesodermo paraxial contribuirá a algunos de los huesos de la bóveda del cráneo y los músculos de la cara, mientras que the cresta neural contribuirá a otros huesos del cráneo y de la cara, además de los nervios craneales 9-11. El mesodermo paraxial y linajes de la cresta neural puede ser diferente marcado por la Mesp1-cre y cre-Wnt1 líneas de ratones transgénicos, respectivamente 9.
El papel esencial del mesénquima craneal en el cierre del tubo neural se ha deducido a partir de experimentos en los que el tratamiento de los embriones de roedores con ECM interrumpir agentes tales como hialuronidasa, condroitinasa ABC, heparitinasa o Diazo-oxo norleucina-(DON) durante neurulación afectada cierre del tubo neural 7, 12-14. En estos experimentos, el análisis histológico de secciones estáticas siguientes neurulación reveló dysmorphogeneis asociados de la craneal mesénquima 7,12-14. Sin embargo, puesto que el agente teratógeno tenían acceso a múltiples tejidos, lo que queda por determinar si el mesénquima craneal es realmente el tejido diana. En apoyo a la conclusión de que este tejidoes esencial para el tubo neural, el mesénquima craneal parece anormal en los análisis histológicos en algunos mutantes de ratón con exencefalia 15-17. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el efecto de la mutación sobre el comportamiento celular de la mesénquima craneal no se ha abordado.
Hemos ideado un ensayo in vivo explante ex para examinar directamente la consecuencia de la mutación genética o manipulación farmacológica sobre el comportamiento de células mesenquimales craneal 15. Este ensayo es similar a la publicada por Tzahor et al 2003 para acceder al potencial de diferenciación del mesénquima craneal que subyace a los 18 rhombomeres excepto hemos modificado la disección explante para estudiar las propiedades migratorias de las poblaciones más anteriores del mesénquima craneal que subyacen a la anterior neural plato. Nuestro método es también una modificación de las pruebas de explantes a cabo en el embrión de pollo para analizar el comportamiento migratorio de la cresta neural con keY las diferencias. Preparativos previos han extirpado la cresta neural o el mesodermo paraxial más posterior 19,20. Además, durante la elevación neural veces en el embrión de pollo, la cresta neural aún no ha emigrado desde el tubo neural dorsal y por lo tanto explantes tomados de la mesodermo paraxial anterior no contienen células de la cresta neural. En nuestro ensayo, los explantes craneales mesénquima que consisten de mesodermo paraxial, la cresta neural y ectodermo superficial se preparan y se sembraron sobre un sustrato. La manipulación experimental incluyendo el aislamiento de explantes procedentes de mutantes genéticos, enchapado explantes sobre ECM diferente o tratamientos farmacológicos se puede realizar. Las células migran desde el explante y la distancia, el número y el comportamiento puede ser analizado y comparado entre los grupos de tratamiento. Además, esta preparación es modificable para análisis de la migración celular mediante técnicas de imagen en vivo. Después del experimento de migración, los explantes pueden ser fijadas y sometidas a análisis inmunohistoquímico para pielesther dilucidar el efecto de los tratamientos. En general, el protocolo presentado aquí es un ensayo ex vivo sencillo para investigar el comportamiento del mesénquima craneal. Como un experimento representativo, utilizamos este ensayo para examinar la migración de mesénquima craneal en diferentes sustratos extracelulares.
El método aplicado aquí proporciona un ensayo de gran alcance para examinar el comportamiento de células mesenquimales craneales. Además de los análisis estáticos presentados aquí, vivir experimentos de imagen en campo claro o en combinación con la expresión de proteínas GFP-etiquetados pueden emplearse para examinar el comportamiento de las células en tiempo real a medida que migran desde el explante. Para los experimentos de imagen en vivo, los explantes pueden ser etiquetados con Dil o para diferenciar la migración de la cresta neural del mesodermo paraxial, ROSA-YFP; Mesp1-cre o YFP-ROSA; Wnt1 cre-o de otras líneas transgénicas podrían utilizarse. Craneales ECM mesénquima-interacciones también pueden ser examinados utilizando este ensayo de explante. Aquí explantes de placas en sustratos de ECM diferentes que están presentes en el mesénquima craneal para demostrar que las células migran sobre estos en diferentes grados y que el ECM influye en la morfología de las células. Además, los explantes pueden ser embebidos en una matriz tridimensional para acceder a los comportamientos de cells en este contexto. Este ensayo de explante es modificable para el análisis del efecto de las manipulaciones genéticas y farmacológica sobre comportamientos mesénquima craneales para analizar señales intrínsecos y extrínsecos que pueden regular y modificar la migración. Por ejemplo, se utilizó este ensayo en nuestros estudios para discernir la función del exceso de secreción de Hsp90 en los comportamientos celulares anormales en Hectd1 mesénquima mutante craneal 15. En estos experimentos, se trataron explantes con anticuerpo anti-Hsp90, Hsp90 proteínas, geldanamicina y DMA (amelioride dimetil) para bloquear la secreción de Hsp90 para demostrar que el comportamiento anormal de células mutantes Hectd1 es debido al exceso de Hsp90 extracelular 15. Enfoques similares se podrían utilizar para diseccionar farmacológicamente vías adicionales que subyacen a la morfogénesis normal o anormal del mesénquima craneal. Una vez que el ensayo se haya completado, los explantes y células migratorias pueden ser analizadas por una serie de métodos. Por ejemplo, los análisis inmunohistoquímico cun ser empleados para examinar la localización de proteínas críticas para los movimientos celulares. Transcriptome análisis también podría ser empleado para determinar cómo los tratamientos afectan la expresión génica.
Una limitación importante de esta técnica es que no hace comportamientos del modelo en tres dimensiones, ya que se producirían in vivo. Modificación del protocolo donde explantes se incrustan en una matriz de tres dimensiones (por ejemplo, Matrigel) junto con la expresión de proteínas fluorescentes marcados-compartimentos celulares podrían ser empleados necesario para abordar esta cuestión. Incluso si estas modificaciones se llevaron a cabo, más experimentos para correlacionar comportamientos observados en este ensayo ex vivo con aquellos in vivo sería necesario. Otras limitaciones incluyen el gran número de embriones necesarios para generar un número suficiente para generar datos estadísticamente significativas. Lo más importante, la disección es relativamente simple, requiere práctica para dominar.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo es apoyado por R01-HD058629 a IEZ