Biliyer odaklı Karaciğer Rejenerasyon Eğitim Zebra balığı hepatosite özgü Ablasyon
Summary
To help assess the molecular mechanisms underlying zebrafish biliary-driven liver regeneration, we established a liver injury model in which the nitroreductase-expressing hepatocytes are genetically ablated upon metronidazole treatment. In this protocol, we describe how to adeptly manipulate, monitor and analyze hepatocyte ablation and biliary-driven liver regeneration.
Abstract
Karaciğer yenilemek için büyük bir kapasiteye sahiptir. Hepatocyte- veya safra odaklı karaciğer rejenerasyonu: Hepatositler, karaciğer parankim hücreleri, iki yoldan biriyle yeniden olabilir. Safra odaklı rejenerasyonunda, rejenere hepatositler safra epitel hücreleri (BECS) elde edilir, buna karşın, hepatosit odaklı karaciğer rejenerasyon olarak, rejenere hepatositler, önceden var olan hepatositler elde edilir. Hepatosit odaklı karaciğer rejenerasyonu için, önemli ölçüde karaciğer rejenerasyonu güncel anlayışa katkıda bulunan mükemmel kemirgen modelleri vardır. Ancak, bu tür kemirgen modeli safra odaklı karaciğer rejenerasyonu için var. Biz son zamanlarda BECS yoğun şiddetli hepatosit kaybı üzerine hepatositlere doğuran hangi bir zebrabalıkları karaciğer yaralanması modelinde bildirdi. Bu modelde, hepatositler, özellikle bir farmakogenetik ile hassa bir şekilde çıkartılır. Burada hepatositlerini aşındırılması için ve BEC odaklı karaciğer rejenerasyon süreci analiz etme yöntemlerini detaylı olarak sunuyoruz.Bu hepatosit özgü ablasyon modeli daha safra odaklı karaciğer rejenerasyon altında yatan moleküler ve hücresel mekanizmalar keşfetmek için kullanılabilir. Dahası, bu yöntemler, arttırmak ya da karaciğer rejenerasyonu bastırmak küçük molekülleri tanımlamak için kimyasal ekranlar uygulanabilir.
Introduction
Karaciğer oldukça rejeneratif organdır. Karaciğer rejenerasyon sırasında, hepatositler yenileyici, karaciğer parenşimal hücrelerinin, önceden mevcut olan hepatositler (hepatosit güdümlü karaciğer rejenerasyonu) ya da becs (safra güdümlü karaciğer rejenerasyonu) 1,2 elde edilir. Karaciğer hasarı genellikle önceden varolan hepatositlerin çoğalmasını ortaya çıkarır; hepatosit çoğalması tehlikeye ancak, BECS 2-4, hepatositlerin katkıda bulunabilir. Karaciğer rejenerasyon bu iki mod klinik olarak anlamlı olan. (Nedeniyle karaciğer tümörü veya canlı donörlerde örneğin,), insan karaciğer bir kısmının cerrahi olarak çıkarılmasından sonra, geri kalan karaciğerde hepatositler kayıp karaciğer kütlesinin kurtarmak için çoğalır. BECS veya karaciğer progenitör hücrelerin (LPCs) yenileyici hepatositlere 5,6 katkıda görünecek şekilde tersine, ciddi karaciğer hastalığı olan hastalarda, hepatosit proliferasyonu büyük ölçüde tehlikeye düşer. kemirgen 2/3 kısmi hepatektomi modeli, hangihepatositler kayıp karaciğer kitle kurtarmak için çoğalırlar, önemli ölçüde hepatosit odaklı karaciğer rejenerasyonu 7,8 güncel anlayışına katkıda bulunmuştur. Ancak, yenileyici hepatositlerde ağırlıklı BECS türetilmiş olan hiçbir geçerli kemirgen modeli yoktur. Bazı kemirgen karaciğer toksini modelleri safra odaklı karaciğer rejenerasyon 2-4 belirlenmesine yol açmıştır, ancak fareler son soyu takip çalışmalar, bu modellerde 9,10 hepatositleri rejenere etmek BECS asgari bir katkı göstermektedir. Parsiyel hepatektomide 11-13 ve Acetaminophen-induced karaciğer hasarı 14,15 dahil olmak üzere, kemirgen karaciğer zedelenmesi modelleri, bazı zebra balığı uygulanır ve karaciğer rejenerasyonunda oynayan yeni genler veya yolların tespit edilmesine neden olmuştur. Ancak, hepatosit odaklı, ama BEC odaklı değil, karaciğer rejenerasyonu bu Zebra balığı karaciğer hasarı modellerinde oluşur. Bu nedenle, yeni bir karaciğer zedelenme modeli, burada BECS yoğun REGENERAT katkıdahepatositleri ing BEC odaklı karaciğer rejenerasyon daha iyi anlaşılması için gereklidir.
hepatosit ablasyon modelinin genel amaçları (1) BECS yoğun yenileyici hepatositlere katkıda ve (2) BEC odaklı karaciğer rejenerasyonu altında yatan moleküler ve hücresel mekanizmaları aydınlatmak olduğu bir karaciğer hasarı modeli oluşturmak için vardır Burada anlatılan. Biz yaralanmanın şiddeti karaciğer rejenerasyonu modunu belirler hipotezi; Böylece, biz safra odaklı karaciğer rejenerasyonu ağır hepatosit hasarı üzerine başlatmak olacağını öngördü. Bu hipotezi test etmek için, bir transgen doğru, üreten bir zebra balığı karaciğer hasarı modeli geliştirdik, Tg (fabp10a: CFP-NTR) s931, son derece hepatosit özgü fabp10a altında mavi floresan proteinin (CFP) ile birleştirilmiş bakteriyel nitroredüktaz (NTR) eksprese promoteri. NTR bir sitotoksik ilaç haline toksik olmayan ön ilacı, metronidazol (Mtz) dönüştürür olduğundan, sadece amaçlanan ablates NTR-Bu durumda, hücreler 16-18 ifade hepatositler. Mtz tedavi süresini işleyerek, hepatosit ablasyon miktarı kontrol edilebilir. Bu modeli kullanarak, son zamanlarda ciddi hepatosit kaybı üzerine, BECS yoğun daha diğer iki bağımsız çalışmalarla 20,21 tarafından doğrulandı yenileyici hepatositlere 19, yol bildirdi. Bu nedenle, yukarıda belirtilen kemirgen ve Zebra balığı karaciğer hasarı modellere kıyasla, bizim hepatosit ablasyon modeli BEC odaklı karaciğer rejenerasyonu incelemek için daha avantajlıdır.
Bu protokol zebrabalıkları hepatosit ablasyon modeli kullanılarak karaciğer rejenerasyonu deneyler prosedürünü tanımlamaktadır. Bu model safra güdümlü karaciğer rejenerasyonu yatan mekanizmaları belirlemek için kimyasal ekranlar bastırmak veya karaciğer rejenerasyonu artırabilir küçük molekülleri tanımlamak için uygun olacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Şiddetli, ama hafif değil, hepatosit ablasyon safra odaklı karaciğer rejenerasyonu ortaya çıkarır. CFP-NTR transgen: Bu nedenle, Mtz tedavi ve annma süresini takiben, bu fabp10a gelen iç CFP floresan tespit edilebilir Mtz-, muamele edilmiş larvalarda, karaciğer boyutu incelenmesi önemlidir. Olmayan ablasyon (% 0-5) ya da kısmen (% 10-20) karaciğerler kesilip gösterecektir Mtz ile tedavi edilen larvalar küçük bir yüzdesi için, bu sıralamak ve sadece çok küçük bir karaciğer ile …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Drs. Hukriede and Tsang for discussions. M.K. was supported by an NIH training grant (T32EB001026). This work was supported in part by grants from the American Liver Foundation, the March of Dimes Foundation (5-FY12-39), and the NIH (DK101426) to D.S.
Materials
| 3-amino benzoic acid ethyl ester (Tricaine) powder | Sigma-Aldrich | A5040 | Make 0.4% (15 mM) tricaine stock : Bring 0.4 g tricaine to 100 mL with egg water. Adjust to pH 7. |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| Metronidazole | Sigma-Aldrich | M1547 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8532 | |
| Formaldehyde | Sigma-Aldrich | 252549 | |
| Calcium sulfate dihydrate | Sigma-Aldrich | C3771 | |
| N-Phenylthiourea (PTU) | Sigma-Aldrich | P7629 | |
| Mounting media (Vectashield) | Vector Laboratories | H-1000 | |
| 100 x 15 mm petri dish | Denville Scientific Inc. | M5300 | |
| clear nail polish | Fisher Scientific | 50949071 | |
| fine forceps | Fine Science Tools | 11251-20 | Dumont #5 |
| glass slide | Fisher Scientific | 12-544-1 | |
| glass coverslip | Fisher Scientific | 12-540-A and 12-542-A | 18 x 18 mm |
| zn-5 (mouse anti-Alcam) | ZIRC | zn-5 | 1:10 dilution |
| goat anti-Hnf4a | Santa Cruz | sc-6556 (C-19) | 1:50 dilution |
| rat anti-RFP | Allele Biotechnology | ACT-CM-MRRFP10 | 1:300 dilution |
| AlexaFluor 647 AffiniPure Donkey Anti-goat IgG (H+L) | Jackson laboratories | 705-605-147 | 1:500 dilution |
| AlexaFluor 647 AffiniPure Goat Anti-mouse IgG (H+L) | Invitrogen | A21240 | 1:500 dilution |
| Cy3 donkey anti-rat IgG | Jackson laboratories | 712-165-150 | 1:500 dilution |
| dissecting microscope | Leica Microsystems | S6F | |
| epifluorescence microscope | Leica Microsystems | M205FA | |
| confocal microscope | Carl Zeiss | LSM700 | |
| egg water | 0.3 g/L of sea salts ‘Instant Ocean’ and 0.5 mM CaSO4 in distilled water. | ||
| 10X PBS | 25.6 g Na2HPO4·7H2O, 80 g NaCl, 2 g KCl, 2 g KH2PO4. Bring to 1 L with distilled water. Adjust pH 7. Autoclave for 20 min at 121°C. | ||
| 1X PBSDT | 0.2% Triton X-100 and 0.2% DMSO in 1 X PBS. | ||
| PEM buffer | 30.2 g PIPES, 761 mg EGTA, 1 mM MgSO4. Bring to 1 L with distilled water. Adjust pH 7. | ||
| Blocking solution | Mix 1 ml of heat-inactivated horse serum with 9 ml of 1X PBSDT. |
References
- Riehle, K. J., Dan, Y. Y., Campbell, J. S., Fausto, N. New concepts in liver regeneration. J Gastroen Hepatol. 26, 203-212 (2011).
- Fausto, N., Campbell, J. S. The role of hepatocytes and oval cells in liver regeneration and repopulation. Mechanisms of Development. 120, 117-130 (2003).
- Duncan, A. W., Dorrell, C., Grompe, M. Stem Cells and Liver Regeneration. Gastroenterology. 137, 466-481 (2009).
- Michalopoulos, G. K. Liver regeneration: Alternative epithelial pathways. Int J Biochem Cell B. 43, 173-179 (2011).
- Falkowski, O., et al. Regeneration of hepatocyte ‘buds’ in cirrhosis from intrabiliary stem cells. Journal of hepatology. 39, 357-364 (2003).
- Yoon, S. M., et al. Epithelial Cell Adhesion Molecule (EpCAM) Marks Hepatocytes Newly Derived from Stem/Progenitor Cells in Humans. Hepatology. 53, 964-973 (2011).
- Michalopoulos, G. K. Liver regeneration. J Cell Physiol. 213, 286-300 (2007).
- Michalopoulos, G. K. Liver Regeneration after Partial Hepatectomy Critical Analysis of Mechanistic Dilemmas. Am J Pathol. 176, 2-13 (2010).
- Yanger, K., et al. Adult hepatocytes are generated by self-duplication rather than stem cell differentiation. Cell stem cell. 15, 340-349 (2014).
- Schaub, J. R., Malato, Y., Gormond, C., Willenbring, H. Evidence against a Stem Cell Origin of New Hepatocytes in a Common Mouse Model of Chronic Liver Injury. Cell reports. 8, 933-939 (2014).
- Dovey, M., et al. Topoisomerase II alpha is required for embryonic development and liver regeneration in zebrafish. Molecular and cellular biology. 29, 3746-3753 (2009).
- Goessling, W., et al. APC mutant zebrafish uncover a changing temporal requirement for wnt signaling in liver development. Biologie du développement. 320, 161-174 (2008).
- Sadler, K. C., Krahn, K. N., Gaur, N. A., Ukomadu, C. Liver growth in the embryo and during liver regeneration in zebrafish requires the cell cycle regulator, uhrf1. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104, 1570-1575 (2007).
- Cox, A. G., et al. S-nitrosothiol signaling regulates liver development and improves outcome following toxic liver injury. Cell reports. 6, 56-69 (2014).
- North, T. E., et al. PGE2-regulated wnt signaling and N-acetylcysteine are synergistically hepatoprotective in zebrafish acetaminophen injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 17315-17320 (2010).
- Curado, S., et al. Conditional targeted cell ablation in zebrafish: A new tool for regeneration studies. Developmental Dynamics. 236, 1025-1035 (2007).
- Pisharath, H., Rhee, J. M., Swanson, M. A., Leach, S. D., Parsons, M. J. Targeted ablation of beta cells in the embryonic zebrafish pancreas using E. coli nitroreductase. Mech Dev. 124, 218-229 (2007).
- Curado, S., Stainier, D. Y. R., Anderson, R. M. Nitroreductase-mediated cell/tissue ablation in zebrafish: a spatially and temporally controlled ablation method with applications in developmental and regeneration studies. Nat Protoc. 3, 948-954 (2008).
- Choi, T. Y., Ninov, N., Stainier, D. Y., Shin, D. Extensive conversion of hepatic biliary epithelial cells to hepatocytes after near total loss of hepatocytes in zebrafish. Gastroenterology. 146, 776-788 (2014).
- Huang, M., et al. Antagonistic interaction between Wnt and Notch activity modulates the regenerative capacity of a zebrafish fibrotic liver model. Hepatology. , (2014).
- He, J., Lu, H., Zou, Q., Luo, L. Regeneration of liver after extreme hepatocyte loss occurs mainly via biliary transdifferentiation in zebrafish. Gastroenterology. 146, 789-800 (2014).
- Sakaguchi, T. F., Sadler, K. C., Crosnier, C., Stainier, D. Y. Endothelial signals modulate hepatocyte apicobasal polarization in zebrafish. Curr Biol. 18, 1565-1571 (2008).
- Ninov, N., Borius, M., Stainier, D. Y. R. Different levels of Notch signaling regulate quiescence, renewal and differentiation in pancreatic endocrine progenitors. Development. 139, 1557-1567 (2012).
- Lorent, K., Moore, J. C., Siekmann, A. F., Lawson, N., Pack, M. Reiterative use of the notch signal during zebrafish intrahepatic biliary development. Developmental dynamics : an official publication of the American Association of Anatomists. 239, 855-864 (2010).
- Itoh, T., Miyajima, A. Liver Regeneration by Stem/Progenitor Cells. Hepatology. 59, 1617-1626 (2014).
- Mathias, J. R., Zhang, Z., Saxena, M. T., Mumm, J. S. Enhanced cell-specific ablation in zebrafish using a triple mutant of Escherichia coli nitroreductase. Zebrafish. 11, 85-97 (2014).
- Stueck, A. E., Wanless, I. R. Regression of cirrhosis: The maturation sequence of buds arising from hepatocyte progenitor cells. Hepatology. 58, 235A (2013).
