The zebrafish is an excellent model system for genetic and developmental studies. Bead implantation is a valuable tissue manipulation technique that can be used to interrogate developmental mechanisms by introducing alterations in local cellular environments. This protocol describes how to perform microbead implantation in the zebrafish embryo.
斑马鱼已成为发育生物学和疾病的研究提供宝贵的遗传模型系统。斑马鱼共享高度的基因组保护,以及相似的细胞,分子和生理过程,与其他脊椎动物(包括人)。在个体发育早期,斑马鱼的胚胎是光学透明的,使研究人员能够想象器官的使用简单的实体显微镜的动态。微珠注入是一个方法,使组织操纵通过的因素在本地环境的改变。这使研究人员能够测定的任何数目的感兴趣的信号分子,如分泌肽,在发育中的胚胎内的特定空间和时间点的影响。在这里,我们详细的协议如何在早期斑马鱼发育操纵和植入珠。
发育生物学研究人员利用的细胞,分子和遗传方法繁多揭开控制生物体是如何形成的机制。在这些方法中,组织操纵是对破译细胞命运,细胞运动和组织的组织复杂的问题的一个重要工具。以改变局部组织环境中的一个方法是通过用于输送蛋白质或其他信号分子1的焦点源微珠的外科应用。这种类型的实验操作中已被广泛实施的古典脊椎动物胚胎学模型,如青蛙和鸡2。
斑马鱼已经成为一个重要的脊椎动物模式生物器官的研究,并且还提供了许多独特的优势,为疾病建模3-5,因为它们共享高遗传保护与人类6。特别是,在光学透明性和移斑马鱼胚胎发育ternal提供了一个无与伦比的观点为观察组织个体发育3-5。大型向前遗传筛选的实施产生了斑马鱼的突变株用于进一步研究7,8和替代筛选技术鉴定,可在缩小的比例在单个实验室9,10高效率地进行了强有力的信息库。进一步的实验工作,斑马鱼已经通过在转基因方法的进步促进和反向遗传方法11,12,以及化学遗传学13-15。
组织操纵技术,如微珠的实施,还没有被作为广泛使用在斑马鱼,但仍然提供一个有用的工具,在开发过程中,以进一步了解细胞信号。微珠注入已用于询问器官形成的过程中的斑马鱼视网膜16,17,18心脏,脑19-22,神经嵴23和24,25鳍。在这些和其它研究中,珠已在开发过程中施加于理解信号分子26,梯度如何影响细胞迁移27和轴向图案28的扩散。最近,微珠已经用于评价再生机制在斑马鱼成年人29。在发展的研究,例如,斑马鱼微珠工作经历的胸鳍25研究提供了洞察肢体形成的机制。斑马鱼的胸鳍芽是同源的鼠标30和31小鸡前肢芽。脊椎动物肢芽有两个重要的信号节点:偏光活动(ZPA),通过声波刺猬表达建立前到后轴(SHH)和下游同源盒基因的目标区域,和顶外胚层脊(AER)的存在于肢芽,其作用通过的成纤维细胞生长因子的表达(的FGFs)建立邻近肢体的远端同一性的前端,通过植入FGF浸泡微珠到斑马鱼的Shh的遗传突变体,调查确定FGF作为必不可少的细胞周期的脊椎动物肢25和生长的进展。除了 FGF 和Shh信号级联位置设立标识,标识使用维甲酸(RA)小鸡肢芽作为分子,可以模仿偏振区域的作用,建立从前到后的身份32先驱性研究。这些实验涉及配售RA浸泡的Whatman纸小条放入鸡肢评估数字图案32。此外,研究人员已经进行使用使用微珠的其他优雅的研究,细胞移植,和外源性在斑马鱼的RA治疗,以确定的RA作用是斑马鱼后脑和中胚层28内提供远程位置线索。但是,目前仍有许多问题有关期间脊椎动物发育的许多方面类似的信号FGF和RA因素的作用。 RA的信令的影响,作为一个形态发生,影响许多器官33,如发育的心脏34和肾脏祖细胞,其中RA指定近端肾细胞类型的命运35-39。等主题进一步了解可以使用组织操纵和微珠植入技术实验研究显著受益。
而相比于像小鸡模型更少的研究已经完成与微珠植入在斑马鱼,那些已进行过高度信息。其中一个原因微珠植入根据调研,在斑马鱼胚胎的缺乏是likely表示有困难的技术挑战,根据胚胎的尺寸,从而构成一个障碍成功执行这样的操作的概念。然而,在斑马鱼胚胎微珠注入可以与实践而获知,并通过肉眼观察的技术中的辅助,因此可以追求作为询问发展的机制的装置。在这里,我们证明了精确的施用微珠进入斑马鱼胚胎,其可用于进行各种各样的组织形成和细胞形态测定的。
在过去的一个世纪中,车身图案计划和器官的认识已经发生了巨大的进步。组织操纵技术是在揭露这些生命过程的关键信息是至关重要的。遗传修饰是最常用的方法为确定基因功能之一,以及镶嵌分析的方法,如细胞移植,提供了有用的方法来了解基因功能的自治。微珠植入提供了另外一个场地来询问特定的分子如何改变发展动态,因为这种方法可以使研究者通过引入信号分子或抑制剂改变局部组织环境。不同微珠的范围是市售的,即具有不同的尺寸和其它物理特性存在( 例如,电荷),使得它们可以用于感兴趣的实验条件。因此,通过注入被浸泡在蛋白质或CHEMI微珠的生物体内的感兴趣校准,研究人员可以调查发展过程中的局部效果并找到基因或与特定生物的表型(多个)分子之间的关联。
的研究,例如由和田执行所述一个和同事使用微珠注入,以评估在斑马鱼23增加Hedgehog信号的骨骼图案形成于前脑颅(ANC)的效果。以前的研究已经表明,Shh的需要的ANC形成14。使用嘘涂层微珠研究人员发现,这种信号促进软骨形成的ANC。微珠植入过程中用来证明在ANC Hedgehog信号和软骨的形成之间的明确联系。在斑马鱼这一组织操纵技术的另一个重要的例子是观察研究中,科学家调查了红细胞瘤二十六的转录控制(ETS)域˚F演员ETS相关分子(ERM)及多瘤病毒增强激活3(PEA3)由FGF信号在斑马鱼早期大脑发育19。通过微珠注入实验中,他们能够表明,FGF8和FGF3可以异位激活嗯和PEA3的表达。这些实施例说明微珠的实用程序来提供深入了解在组织形成互相协作的发展机制,其可以充分表征通过使用方法来评估基因表达41。因此,微珠移植可以是一个可行的方法探索其他组织,如中间胚层(IM),其产生于肾脏。具体而言,这将有助于肾脏发育研究中,研究分子如何影响肾单位分割42和小管43,44,这只是表面上理解目前的进程。此外,微珠注入已经开始被用于螺柱在斑马鱼29]和y再生过程可适于用于与任意数量的器官再生模式,如像肾单位45或结合的方法已被配制成与相应的成人结构进行的研究,胚胎组织的以下激光烧蚀的使用46-49。最后,微珠植入在人类疾病的模型,如癌症50,51或组织变性52,53中使用的潜力。
在本协议中,我们证明了微珠植入在斑马鱼胚胎,这也由其他研究人员已经类似地描述,但通过视频协议1中未示出的方法。以最小的实践中,我们能够在植入胚胎8-10的近似率/小时,其中涉及此过程的可行性,一旦研究人员有一定的经验微珠。本文所示的结果表明,珠的各种ðimensions可以在早期阶段被植入,并且小心,这个组织操纵技术可以与对胚胎最小物理破坏来实现。应当强调的一个改进是使用了晶须/睫毛工具微珠定位成胚胎。这种相对便宜和简单的设备是大约相同的直径作为微珠,容易得到,并有助于加快注入工艺。晶须/间隙可切割成所希望的长度,以产生一个坚固而有微妙的珠处理工具,这取决于研究者灵巧和偏好。最后,虽然我们在这里如何物理操纵微珠斑马鱼胚胎着床进行描述,这个协议没有具体的轮廓处理程序不同的药物或肽。在一般情况下,经化学处理的微珠应注入动物提供权宜之计,以避免在有机体的其它区域不希望的影响,和研究人员应清楚在关于形成与他们开始研究之前任何此类化学品有关的可能的安全问题。
总之,我们已经证明了一个相对简单的和有效的微珠注入法具有广泛的使用材料是在实验室中容易获得的应用程序。最终,我们希望本手册将帮助研究人员的斑马鱼组织操纵的细腻自然。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由美国国立卫生研究院资助DP2OD008470支持。
Sodium Chloride | American Bioanalytical | AB01915 | |
Potassium Chloride | American Bioanalytical | AB01652 | |
Calcium Chloride | American Bioanalytical | AB00366 | |
HEPES | Sigma Life Science | H4034 | |
Penicillin-Streptomycin solution | Sigma-Aldrich | P4333-20ML | |
N-Phenylthiourea (PTU) | Aldrich Chemistry | P7629 | |
Ethyl 3-aminobenzoate (Tricane) | Fluka Analytical | A5040 | |
Borosilicate glass | Sutter Instruments Co. | BF100-50-10 | |
Flaming/Brown Micropipette puller | Sutter Instruments Co. | Mo. P097 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 15510-027 | |
Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | |
Methylene Blue | Sigma-Aldrich | M9140 | |
250mL Erlenmeyer Flask | Fischer Scientific | FB-500-250 | |
Falcon Diposable Petri Dishes, Sterile | Corning | 430167 | |
60mm x 15mm | VWR | 25373-085 | |
100mm x 15mm | VWR | 25373-100 | |
150mm x 15mm | VWR | 25373-187 | |
Saint-Gobain Chemware Microspatula | Fischer Scientific | 21-401-50B | |
P-1000 Micropipette tips | Fischer Scientific | 2707402 | |
Low Temperature Incubator | Fischer Scientific | 11 690 516DQ | |
Dimethly Sulfoxide | American Bioanalytical | AB00435 | |
Microbeads (45-106 µm) | Biorad | 140-1454 AG1-X8 | |
Microbeads (45 µm) | Polysciences | 7314 | |
Micro Dissecting Tweezer | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-5010 | |
Tungsten Needle | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-6065 | |
Capillary tube holder | Globe Scientific Inc. | 51674 |