Zebrafish blastoderm explant는 초기 배아 내내 내인성 신호 센터에서 배아 세포를 분리하여 생성되며, 상대적으로 순진한 세포 클러스터를 쉽게 조작하고 배양하여 ex vivo를배양한다. 이 문서에서는 이러한 각질에 대한 지침을 제공하고 위장 중에 Nodal 신호에 대한 역할을 심문하여 유용성을 입증합니다.
그들의 광학 선명도 및 급속한 발달 때문에, 제브라피쉬 배아는 세포 행동 및 발달 프로세스를 검토하기 위한 훌륭한 시스템입니다. 그러나, 배아 신호의 복잡성 그리고 중복성 때문에, 초기 배아 발생 도중 어떤 단 하나 신호의 완전한 역할을 분별하는 것은 도전적일 수 있습니다. 제브라피시 블라스트덤의 동물 영역을 이식함으로써, 배아 세포의 상대적으로 순진한 클러스터가 생성되어 쉽게 배양하고 조작할 수 있는 전 생체도를 조작할수 있다. 방사 하기 전에 RNA 주입에 의해 관심의 유전자를 도입 하 여, 하나는 유전자 발현에이 분자의 효과 평가할 수 있습니다., 세포 행동, 그리고 상대적 격리에 다른 개발 과정. 더욱이, 상이한 유전자형 또는 조건의 배아에서 세포는 세포/조직 상호 작용 및 조직 특정 유전자 기능을 검토하기 위하여 단 하나 키메라 익스파일에서 결합될 수 있습니다. 이 문서는 제브라피 스블라데스름 근간을 생성하기위한 지침을 제공하고 단일 신호 분자 – 노달 리간드 – 그렇지 않으면 순진한 배아 조직에서 세균 층 형성 및 확장 형태 발생을 유도하기에 충분하다는 것을 보여줍니다. 단순화된 전 생체 시스템에서 배아 세포 행동, 형태근 그라데이션 및 유전자 발현 패턴을 재구성하는 능력으로 인해 이러한 이병은 많은 제브라피시 연구진에게 훌륭한 유용성이 있을 것으로 예상됩니다.
발달 생물학 분야의 다년생 목표는 동물의 형태와 기능의 기원을 이해하기 위해 배아 개발의 복잡성을 해명하는 것입니다. 초기 배아조차도 신호 분자, 세포 및 조직 상호 작용 및 기계적 힘의 복잡한 메들리를 포함하며, 모두 엄격한 공간 및 측두체 조절에 따라 다릅니다. 이러한 이유로 개발 과정에서 특정 신호의 정확한 역할을 정확히 파악하는 것은 종종 어려운 일입니다. 배아 조직을 내인성 환경에서 제거함으로써, 배아 농장은 상대적 고립에서 개별 조직 및 분자의 발달 역할을 분별하는 단순화된 플랫폼을 만듭니다. 농장 기술은 아마도 제노푸스 laevis에서가장 잘 알려져 있으며, 조직 유도, 세포 신호, 세포 접착 및 형태 발생을 연구하는 데 사용되었으며 다른 과정중 1,2,3,4. 소위 동물 모자 는 발아 단계 제노푸스 배아의 동물 영역이 유도 상호 작용5,6,7전에 고립되는 소위 동물 모자 각종, 광범위하고 강력한 축출 기술이다. 조작되지 않은 동물 대문자는 자궁 절제술7,8이될 운명이다. 여전히, 그(것)들은 3개의 세균 층의 조직을 형성하고 조직적당한 형태유전학 운동을9,10,11를겪을 수 있도록 몇몇 유도요인에 반응하는 유능합니다. 그러나, 제한된 유전 도구와 라이브 이미징에 대한 최적 이하의 적합성은 많은 발달 생물학자를위한 제노푸스 동물 모자 의 사용을 방지합니다. 제브라피시 배아에서 blastoderm 세포를 발췌함으로써, 연구원은 제브라피시 모형 시스템의 광학 선명도, 유전 공구의 풍요로움 및 그밖 실험적인 이점과 동물 모자 분석의 효용성을 결합할 수 있습니다.
현재까지 연구자들은 제브라피시 의 두 가지 맛을 사용했습니다: 소위 페스코이드와 블라스트롬 이축. 페스코이드 모델에서, 전체 blastoderm, 한계 영역을 포함하는, 노른자로부터 분리하고 외화 노른자 싱크층없이 전 생체 내을 개발할 수 (YSL)12,13. 이런 식으로, 페스코이드는 제인 오펜하이머와 J.P. Trinkaus14,15에의해 수십 년 전에 생성 된 Fundulus 이출에 주목할만한 유사성을 부담한다. 이러한 각종은 배아 패터닝 및형태발생(12,13)의많은 측면을 재구성한다. 그러나, 이들 격리에는 내인성 신호 센터(배아 마진)가 포함되어 있기 때문에 분자 밀리우와 관련하여 단순화되지 않습니다. 대안적으로, 연구자들은 한계 영역16,17,18,19,20, 20,21을제외하여 상대적으로 순진한 제브라피 스블라데스름 을 생성할 수 있다. 조작되지 않은 제브라피스 블라스트롬 은19의 높은 수준의 뼈 형태유전학 단백질(BMP) 모포겐을 발현하고 비신경이포더름및 포위층(EVL)을 배양할 때 발생한다. 그러나, 제노푸스 동물 대수와 유사한 외인성 신호 그라데이션19,20,21에반응하여 축 패터닝 및 형태발생의 많은 측면을 재구성한다. 이러한 이유로, blastoderm 각종은 단순화된 신호 환경 내에서 생식층 사양, 형태유전학 세포 운동 및 신호 그라데이션에서 주어진 형태겐(또는 모르포겐)의 역할을 연구하는 유리한 모델이다. 더욱이, 상이한 유전자형 또는 조건의 배아로부터의 배반은 세포/조직 자율성 및 유도성 상호작용을 조사하기 위하여 단 하나 키메라 박면19,21에서 결합될 수 있다.
Zebrafish blastoderm 각출소는 위장 중 형태 발생 및 조직 사양에서 배아 신호(예: Nodal)의 역할을 조사하는 데 사용될 수 있다. 단일 세포 단계에서 합성 ndr2 RNA(Nodal ligand)를 주입함으로써, 노달 신호는 배아의 폭발성 전체에 걸쳐 활성화된다. 이 배아에서 각출은 Nodal 신호 그라데이션을 생성하고, 세 배아 층을 모두 형성하며, 그대로배아(20)에서볼 수 있는 수렴 및 확장(C&E) 위화 운동을 겪는다. 추가적으로, 키메라 이출은 주입되지 않은 (순진한) blastoderm에서 신경 절제술을 유도하는 중피 조직의 능력을 설명하기 위하여 이용됩니다. 이 프로토콜은 제브라피스 폭발성 근간을 만들기 위한 지침을 제공하고 조직 유도 및 형태 발생에서 Nodal 신호의 역할을 정의하는 데 유용성을 입증합니다.
이 문서는 제브라피 스블라데스름 각출증을 생성하는 방법을 설명하고 위질에서 Nodal morphogen 신호의 역할을 해결하기 위해 이러한 각종의 두 가지 실용적인 응용 프로그램에 대해 논의했습니다. 이 절단 및 배양 식 배양 방법은 관심의 분자 경로를 조사하기 위해 작은 분자 화합물로 RNA 주사 및 치료를 사용하여 조작 할 수있는 순진한 세포의 빈 슬레이트를 제공합니다.
중요한 단계
이 프로토콜에는 성공에 특히 중요한 네 단계가 있습니다. 첫 번째는 적당한 양의 Nodal을 가진 배아를 주입하는 것입니다. 이 프로토콜은 ndr2 RNA의 10 PG를 권장하고, 복용량의 범위는 확장을 촉진하지만, 너무 많거나 너무 작은 Nodal최적의 각축 확장을 방지 할 것이다20. 두 번째 단계는 배아를 비코로 하는 것입니다. 배아가 너무 오랫동안 pronase에 남아 있는 경우에, 노른자는 파열할 것이고, 배아는 절단하기 위하여 실행 가능하지 않을 것입니다. pronase에 오래 있지 않으면 세척으로 인해 chorions가 느슨해지지 않으며 시간이 많이 걸리는 수동 비반향이 필요합니다. 세 번째 중요한 단계는 흥분을 줄이는 것입니다. 3배 의 용액을 자르는 것이 좋습니다.
또한, 세포의 순진함을 보장하기 위해 이병은 blastoderm의 약 절반 높이에서 절단해야합니다. 노른자에 너무 가깝게 절단되는 경우 조직 사양 및 형태 발생을 촉진하는 마진(내인성 Nodal 포함)의 신호를 포함합니다. 네 번째이자 마지막 중요한 단계는 키메라 이절의 치유에 있습니다. 절단 가장자리가 잘려자마자 부드럽게 뭉치지 않는 한 두 개의 이병은 키메라를 형성하기 위해 융합되지 않습니다.
수정 및 문제 해결
위에서 설명한 중요한 단계는 문제 해결의 기회를 제공합니다. 몇 가지 일반적인 문제와 제안된 솔루션은 아래에 나와 있습니다.
Nodal 신호가 있는 경우 이점이 확장되지 않으면 몇 가지 가능한 솔루션이 있습니다. (A) RNA가 전체 배아 전체에 고르게 분산되도록 단세포 단계에서 배아를 주입한다. (b) 주입된 부피가 마이크로미터를 사용하여 올바른지 확인하여 주사 볼러스를 측정함으로써 너무 많은 무달 RNA를 주입하지 마십시오. (C) 분해되지 않았는지 확인하기 위해 농도를 측정하여 너무 적은 무달 RNA를 주입하지 마십시오. (D) 일부 연령 일치 되지 않은 형제 자매를 유지 하 여 동등한 단계를 추론 하 여. 절제는 그대로 형제가 2-5 소미트 단계에 도달하면 최대 확장을 달성합니다. 이축이 너무 일찍 수집되면 최적의 확장에 도달하지 않습니다.
노른자가 비반향 후 파열되고 배아가 절단될 수 없다면, 코오리온이 주름지기 시작하고 1-2 배아가 초리온을 흘리면 pronase 용액에서 배아를 제거하십시오. 그런 다음 계란물에 즉시 헹구습니다.
파기가 가장자리 주위에 거품처럼 보이면 몇 가지 해결책이 있습니다. (A) 특정 개발 기간 내에만 절단합니다. 128-1000 세포 단계에서 어떤 단계에서든 절단된 각질이 생존하고 배양에서 연장될 수 있지만, 256-512 세포 단계에서 절단된 것이 가장 견고한 경향이 있습니다. (B) 적절한 치유를 보장하기 위해 3배 다니오의 솔루션으로 이출을 잘라내도록 한다. (C) 깨끗하지만 부드럽게 잘라냅니다. 절단 과정에서 세포를 스트레칭하거나 분리하지 마십시오.
주입되지 않은 제어 이해가 확장되면, 이발은 노른자에 너무 가깝게 절단 될 가능성이 있었다. 이마가 순진하게 되려면 노른자와 블라스트덤 꼭대기 사이에 상처가 중간쯤이 되도록 하십시오.
키메라 이축이 융합되지 않으면, 한 번 절단 된 3 x Danieau의 솔루션에 흥분하는 경향이 잘라 가장자리 위에 반올림하고 치유하기 때문에 가능성이 높습니다. 두 배반자가 스스로 치유되도록 하기 위해 절단 후 즉시 함께 누릅니다. 집게를 사용하여 아가로즈 내의 새로 합류한 배반에 부드러운 압력을 가하여 함께 치유하도록 격려하십시오.
제한
이러한 이 분야는 상대적 격리에서 주어진 형태겐(또는 다른 관심 분자)의 역할을 연구하는 귀중한 도구이지만, 모든 전 생체 권 모델에서 이루어진 관찰은 주의하여 해석되어야 합니다. 멸종은 생체 20에서관찰된 것과 매우 유사한 C&E 형태 발생을 나타내지만, 예를 들어, 상피 운동과 같은 모든 위화 측면을 되풀이하지는 않습니다. 그(것)들은 또한 손상되지 않는 태아 안에 존재하는 많은 그밖 규제 요인 및 신호 분자가 부족합니다. 이것은 흥분의 중요한 실험적 이점이지만 생체 내에서보유하지 않는 결론으로 이어질 수도 있습니다. 예를 들어, 외인성 Nodal 리간드를 수신하지 않는 엑자스는 신경 절제술 마커를 발현하지 못하기 때문에, 신경 절제술 사양에 대해 Nodal 신호가 필요하다는 것을 혼자 엑스처에서 결론을 내릴 수 있습니다. 그러나, 신경 절제술은 모든 Nodal 신호23,24가결여된 그대로 배아 내에서 형성되며, 신경사양(32)에서다른 신호 분자의 중요한 역할을 입증한다. 이식은 모포겐이 고립된 환경에서 무엇을 할 수 있는지 알려줄 수 있습니다. 여전히, 모든 사실 인정은 결과를 철저히 해석하기 위하여 손상되지 않은 태아와 비교된/ 또는 비교되어야 합니다. 즉, 이질은 발달 중인 배아의 자리를 대신할 수 없습니다. 대신, 그들은 주변과 모르포겐의 역할과 관계를 식별하는 보조 도구입니다. 이러한 한계를 염두에 두고, 제브라피쉬 폭발성 파종은 많은 연구 질문에 귀중한 도구입니다.
기존 방법에 대한 중요성
합성 배아학에 대한 새로운 관심으로, 몇몇 ex vivo 및 체외 접근은 정기적으로 배아 발달의 양상을 모형하기 위하여 채택됩니다. 예를 들어, 마우스 또는 인간 배아/유도만능 줄기 세포로 구성된 2차원 및 3차원 가스룰로이드는 외인성 신호 분자의 적용을 통해 동축될 수 있으며, 일부 패턴 및/또는 변위 및/또는 변성 의 형태를 재구성하여33,34,35,36, 36, 36, 36, 36, 37, 36,37 . 비록 강력하지만, 이러한 방법은 지속적으로 다능성 줄기 세포를 유지하고 위화 단계에 도달하는 데 며칠이 걸리는 가스룰로이드를 성장시키기 위해 힘들고 장기간의 배양 방법을 필요로합니다. 대조적으로, 제브라피쉬 이질은 배아가 필요에 따라 단순히 수집되기 때문에 줄기 세포 배양의 유지 보수가 필요하지 않습니다. 그(것)들은 제브라피시 배아와 동일하는 시간 안에 위트류 단계를 생성하고 도달하는 것이 상대적으로 간단합니다. 이것은 제브라피시 이병의 또 다른 장점을 강조, 그들의 그대로 개발 시계. 배아와 유도된 만능 줄기 세포의 발달 연령이 가변적이고 높게 토론될 수 있기 때문에, 배아 이질은 아마도 발달의 현세적 조절을 조사하기에 더 적합할 것입니다. 마지막으로, 페스코이드 제브라피쉬(배아 마진 포함)가 문화12,13에서유사하게 확장되지만, 내인성 신호 센터에 대응하여 그렇게 한다. 대신, 여기에서 기술된 이 분야는 연구원이 그러한 배아 신호에서 상대적으로 적은 간섭으로 관심있는 분자를 조사할 수 있게 합니다.
미래의 잠재적 애플리케이션
여기서, 이병은 C&E 형태발생에 노달 신호가 필요하고 충분하다는 것을 보여주기 위하여 이용되었습니다. 여전히, 그것은 그(것)들이 유전자 발현의 규정, 신호 그라데이션 및 추가 형태유전학 프로그램의 많은 다른 발달 프로세스에 있는 많은 다른 분자의 역할을 분별하기 위하여 이용될 것이라는 점을 예상됩니다. 추가적으로, 이 각질은 적어도 24 hpf19까지실행 가능하기 때문에, 그들의 유틸리티는 분할 및 유기 발생과 같은 프로세스로 위화를 넘어 확장될 것이라는 점을 예상할 수 있습니다, 연구원이 발달 빈 슬레이트를 원하는 어떤 프로세스든지.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 NICHD R00HD091386에서 MLKW, NIEHS T32ES027801에서 AAE에 의해 지원되었습니다.
1 mm glass beads | Millipore-Sigma | Z250473 | |
4% Paraformaldehyde | VWR | J19943-K2 | |
6-well plates | Fisher | FB012927 | |
Agarose | Thermo-Fisher | 16500500 | |
Ca(NO3)2 .4H2O | Thermo-Fisher | 12364-36 | |
DMEM/F12 media | Gibco | 11330032 | |
Dumont #5 watchmakers forceps | World Precision Instruments | 500341 | |
Embryo injection mold | Adaptive Science Tools | I-34 | |
Glass crystalizing dishes | Fisher | 08-741A | |
Glass Petri dishes | Fisher | 08-748A | |
HEPES | VWR | JT4018-1 | |
Instant Ocean sea salts | Instant Ocean | SS15-10 | |
KCl | VWR | BDH9258-500G | |
Low temperature incubator | Fisher | 15-015-2632 | |
MgSO4.7H2O | VWR | 97062-134 | |
Microloader pipette tips | Eppendorf | 930001007 | |
Micromanipulator | World Precision Instruments | M3301R | |
Micrometer | SPI supplies | 02265-AB | |
Mineral oil | VWR | MK635704 | |
NaCl | VWR | BDH9286-500G | |
Newborn Calf Serum | Invitrogen | 26010-066 | |
Pasteur pipettes | Fisher | 13-678-30 | |
Penicillin-Streptomycin Solution | Thermo-Fisher | 15140122 | |
Pico-pump pneumatic injector | World Precision Instruments | SYS-PV820 | |
Pipet pump | Fisher | 13 683C | |
Plastic Petri dishes 100 mm | Fisher | FB0875712 | |
Plastic Petri dishes 60 mm | Fisher | FB0875713A | |
Plastic wash bottles | Fisher | 03-409-10E | |
Pronase | Millipore-Sigma | 10165921001 | |
Tween-20 | VWR | 200002-836 |