ゼブラフィッシュ・ブラソドルム外植は、初期胚内の内在性シグナル伝達センターから胚細胞を単離することによって生成され、比較的ナイーブな細胞クラスターを容易に操作し、 培養したex vivo。この記事では、このような外植を作るための手順を提供し、ガストルの間にNodalシグナリングの役割を尋問することによって、その有用性を示しています。
その光学的明瞭さと急速な発達のために、ゼブラフィッシュ胚は細胞行動および発達過程を調べるための優れたシステムである。しかし、胚シグナルの複雑さと冗長性のために、初期胚発生時に単一のシグナルの完全な役割を見分けることは困難です。ゼブラフィッシュブラストドームの動物領域を出植することにより、胚細胞の比較的ナイーブなクラスターが生成され 、ex vivoを容易に培養および操作することができる。排泄前にRNA注入によって関心のある遺伝子を導入することで、この分子が遺伝子発現、細胞挙動、および他の発達過程に及ぼす影響を相対的に単離して評価することができます。さらに、異なる遺伝子型または条件の胚由来の細胞を単一のキメラ外植物で組み合わせて、細胞/組織相互作用および組織特異的遺伝子機能を調べることができます。この記事では、ゼブラフィッシュブラソドームエクスプラントを生成するための指示を提供し、単一のシグナル伝達分子であるNodalリガンドが、それ以外のナイーブ胚組織で生殖層形成および拡張形態形成を誘導するのに十分であることを実証する。単純な ex vivo システムにおける胚細胞の挙動、モルフォゲン勾配、遺伝子発現パターンを再現する能力により、これらの外植は多くのゼブラフィッシュ研究者にとって大きな有用性であると予想されています。
発生生物学分野の多年生の目標は、動物の形態と機能の起源を理解するために胚を開発することの複雑さを解明することです。初期の胚でさえ、シグナル伝達分子、細胞および組織相互作用、および機械的力の複雑なメドレーを含み、すべて厳格な空間的および時間的調節の対象となる。このため、特定のシグナルの正確な役割を、目的の発達過程で正確に特定することはしばしば困難です。胚組織を内因性環境から取り除くことで、胚の排泄物は、相対的な孤立で個々の組織および分子の発達的役割を識別する簡素化されたプラットフォームを作成する。排泄技術は、おそらくゼノプス・ラエビスで最もよく知られており、組織誘導、細胞シグナル伝達、細胞接着、形態形成を研究するために使用されてきた。いわゆる動物のキャップの外植は、芽期ゼノプス胚の動物領域が誘導相互作用5、6、7の前に単離される、広範囲にわたる強力な外植技術である。操作されていない動物の帽子は、エクトダーム7、8になる運命にある。それでも、それらはいくつかの誘導因子に応答し、3つの胚芽層すべての組織を形成し、組織に適した形態学的運動9、10、11を受けることを可能にする。しかし、限られた遺伝的ツールと生画像のための最適でない適合性は、多くの発達生物学者のためのゼノプス動物キャップの外植の使用を防ぎます。ゼブラフィッシュ胚からブラストデラム細胞を植え出すことによって、研究者は動物キャップアッセイの有用性と光学的明瞭さ、遺伝的ツールの豊富さ、およびゼブラフィッシュモデルシステムの他の実験的利点を組み合わせることができます。
現在までに、研究者はゼブラフィッシュの外植の2つの味を利用してきました:いわゆるペスコイドとブラソデアルフ植物。ペスコイドモデルにおいて、限界帯を含む全ブラソダームは、卵黄から単離され、胚外卵黄間膜(YSL)12,13を伴わずにex vivoを発症させる。このように、ペスコイドは、ジェーン・オッペンハイマーとJ.P.トリンカウス14、15によって数十年前に生成されたFundulusの外植木に顕著に似ています。これらの外植は、胚パターン形成および形態形成12,13の多くの側面を再現する。しかし、これらの分離株には内因性シグナル伝達センター(胚性マージン)が含まれているため、その分子ミリューに関しては単純化されません。あるいは、研究者は、限界ゾーン16、17、18、19、20、21を除外することによって、比較的ナイーブなゼブラフィッシュブラストワルムの植物を生成することができます。未操作のゼブラフィッシュブラソドルム外植は、高レベルの骨形態形成タンパク質(BMP)モルフォゲン19を発現し、ex vivo18を培養した場合に非神経外胚葉およびエンベロープ層(EVL)を生じさせる。しかし、これらは、ゼノプス動物のキャップに似た外因性シグナル伝達勾配19、20、21に応答して、軸パターニングおよび形態形成の多くの側面を再現する。このため、blastoderm外植木は、胚葉層の仕様、形態遺伝学的細胞の動き、および単純化されたシグナル伝達環境におけるシグナル伝達勾配における特定のモルフォゲン(またはモルフォゲン)の役割を研究する有利なモデルである。さらに、異なる遺伝子型または条件の胚からの芽胚を単一のキメラ外植19、21に組み合わせて細胞/組織の自律性および誘導相互作用を調べることができる。
ゼブラフィッシュブラストドーム外植は、胃の間の形態形成および組織仕様における胚シグナル(例えば、Nodal)の役割を調べるのに使用することができる。単細胞段階で合成 ndr2 RNA(節線リガンドをコードする)を注入することにより、胚の胚を通して、節線シグナル伝達が活性化される。これらの胚からの外植は、結節シグナル伝達勾配を生成し、3つの胚層すべてを形成し、無傷の胚20に見られるように収束および拡張(C&E)胃運動を受ける。さらに、キメラ外植は、未注入(ナイーブ)ブラソドラムから神経切除を誘導する中胚葉組織の能力を説明するために使用される。このプロトコルは、ゼブラフィッシュブラストワルム外植体を作成するための指示を提供し、組織誘導および形態形成における節電シグナル伝達の役割を定義する際の有用性を示す。
この記事では、ゼブラフィッシュブラストドードルフ外植を生成する方法を説明し、これらの外植体の2つの実用的なアプリケーションを議論し、ガストルでのNodalモルフォゲンシグナル伝達の役割に対処する。この外植体の切断および培養の方法は、RNA注射を使用して操作し、対象となる分子経路を調査するために低分子化合物で処理することができるナイーブ細胞の空白のスレートを提供する。
重要なステップ
このプロトコルには、その成功のために特に重要な 4 つのステップがあります。1つ目は、胚に適切な量の節線を注入することです。このプロトコルは 、ndr2 RNAの10 pgを推奨し、用量の範囲は延長を促進するが、あまりにも多くまたは少なすぎるNodalは最適な外植延長20を防ぐだろう。第二のステップは、胚をデコリオネートすることです。胚があまりにも長くプロナーゼに残ると、黄身は破裂し、胚は切断できない。彼らは十分な長さプロナーゼにない場合は、コリオンは洗浄によって緩めず、代わりに時間のかかる手動デコール化を必要とします。第3の重要なステップは、外植を切断することです。0.3xダノーの溶液または卵水の低塩分は外植の治癒と生存を促進しないので、3x Danieauの溶液での切断が推奨されます。
さらに、細胞の素朴さを確保するために、外植はブラストドヴェルムの約半分の高さで切断する必要があります。卵黄に近づきすぎると、組織の仕様や形態形成を促進するマージン(内因性の節を含む)からの信号が含まれます。第4の重要なステップは、キメラ外植の治癒です。2つの外植は、カットエッジが切断された直後に穏やかに押し合わされない限り、キメラを形成するために融合しません。
変更とトラブルシューティング
上記の重要な手順は、トラブルシューティングの機会を提供します。いくつかの一般的な問題と提案された解決策を以下に示します。
伸び物が、節点シグナリングの存在下で伸びていない場合、いくつかの可能な解決策があります。(A) 単細胞段階で胚を注入し、RNAが胚全体に均等に分散されるようにする。(B)注入された量がマイクロメーターを使用して注入ボーラスを測定して正しいことを確認することによって、あまりにも多くの 節点 RNAを注入することを避ける。(C)分解していないことを確認するために、その濃度を測定することによってあまりにも少ない 節点 RNAを注入しないでください。(D)一部の年齢に一致した無傷の兄弟を維持し、外植の同等の段階を推測する。排泄物は、無傷の兄弟が2-5のスマイト段階に達すると最大の延長を達成する。外植が早く収集されると、最適な拡張に達しません。
黄身がデコール化後に破裂し、胚が切断できない場合は、コリオンがクリンクルし始め、1〜2個の胚が絨毛を流すと、胚をプロナーゼ溶液から取り除く。その後、すぐに卵水ですすいます。
外植木がエッジの周りに陽気に見える場合は、いくつかの解決策があります。(A) 開発の特定の期間内にのみ外植物をカットします。128〜1000細胞段階の任意の段階で切断された外植は生き残り、培養で伸びることができますが、256〜512細胞段階で切断されたものは最も堅牢である傾向があります。(B) 適切な治癒を確実にするために、外植物を3倍のダニオーの溶液で切断するようにしてください。(C)外植をきれいに、しかし穏やかに切る。切断プロセス中に細胞を伸ばしたり引き離したりしないでください。
未注入のコントロールの外植物が伸びている場合、外植は黄身に近づきすぎた可能性が高い。外植植物がナイーブになるようには、カットが黄身とブラストドゲルムの上部の中間に作られていることを確認してください。
キメラの外植体が融合できない場合、一度カットされた3xダニオーの溶液中の外植物の傾向は、切り上げてカットエッジを越えて治癒することである可能性が高い。2つのブラストダームが自分自身ではなく互いに治癒することを確実にするために、切断後すぐにそれらを一緒に押してください。鉗子を使用して、アガロース内の新しく結合したブラストアルムに穏やかな圧力をかけ、一緒に治癒するよう促します。
制限
これらの外植は、相対的な孤立における特定のモルフォゲン(または関心のある別の分子)の役割を研究するための貴重なツールですが、ex vivoモデルで行われた観察は注意して解釈する必要があります。外植は、生体内20で観察されたC&E形態形成と非常によく似ているが、例えばエピボリー運動など、胃の全ての側面を再現しない。彼らはまた、無傷の胚の中に存在する他の多くの調節因子およびシグナル伝達分子を欠いている。これは、外植の重要な実験的な利点であるが、それはまた、生体内で保持していない結論につながることができます.例えば、外因性の節状リガンドを受け取らない外植は神経外発性マーカーを発現しないため、神経外発性の仕様には、ノダルシグナル伝達が必要であると単独で結論付けることができます。しかし、神経切除は、全ての節線シグナル伝達23,24を欠いた無傷の胚内に形成され、神経仕様32における他のシグナル伝達分子の重要な役割を示す。外植は、孤立した環境でモルフォゲンが何ができるかを教えてくれます。それでも、結果を徹底的に解釈するためには、このようなすべての知見を無傷の胚と比較して確認する必要があります。言い換えれば、外植は発達中の胚の代わりをすることができない。代わりに、モルフォゲンと周囲との役割と関係を特定するための補助的なツールです。これらの制限を念頭に置いて、ゼブラフィッシュブラストワルムの外植は、多くの研究の質問のための貴重なツールです。
既存の方法に関する意義
合成発生学への関心が再び高まる中、胚発生の側面をモデル化するために、いくつかのex vivoおよびin vitroアプローチが定期的に採用されています。例えば、マウスまたはヒト胚性/誘導多能性幹細胞からなる2次元および3次元胃腸を同化することができ、外因性シグナル伝達分子の適用を通じて、ガストルレーション、セグメンテーション、およびうえ33、34、35、36、37のパターン形成および/または形態遺伝学的事象の一部を再現する.強力ではあるが、これらの方法は、多能性幹細胞を継続的に維持し、胃の成長に多くの日を要する胃腸を成長させるために、骨の折れる長期培養法を必要とします。対照的に、ゼブラフィッシュの外植は、胚が必要に応じて単に収集されるため、幹細胞培養の維持を必要としません。彼らはゼブラフィッシュ胚と同じ数時間以内に発芽し、胃の段階に到達することは比較的簡単です。これは、ゼブラフィッシュの外植、その無傷の発達時計のもう一つの利点を強調しています。胚性幹細胞および人工多能性幹細胞の発生年齢は可変的で議論が強いため、胚性外発植物は発達の時間的調節を調査するのにおそらく適している。最後に、ペスコイドゼブラフィッシュは、培養12、13において同様に伸びる(胚性マージンを含む)が、内因性シグナル伝達センターに応答して拡張する。代わりに、ここで説明する外植は、研究者がそのような胚シグナルからの比較的少ない干渉で関心のある分子を調査することを可能にする。
将来のアプリケーションの可能性
ここでは、C&E形態形成に対して節点シグナル伝達が必要かつ十分であることを実証するために外植を使用した。それでも、遺伝子発現の調節、シグナル伝達勾配、その他の形態遺伝学的プログラムなど、他の多くの発達過程における多くの異なる分子の役割を識別するために使用できることが期待されています。さらに、これらの外植体は少なくとも24 hpf19まで生存可能であるため、その有用性は、研究者が発達的なブランクスレートを望む任意のプロセスであるセグメント化および有機生成などのプロセスにガストルレーションを超えて広がることが期待できる。
The authors have nothing to disclose.
この作業は、NICHD R00HD091386からMLKW、NIEHS T32ES027801によってAAEにサポートされました。
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 |