Protocols using impermeable barriers to block induction events between tissues of the main body axis and flank in the chick embryo required for limb formation are described. Beads soaked in candidate inductive signals are used to overcome the effect of barrier placement and analysis of gene expression confirms this.
O embrião de galinha fornece um modelo vertebrado excelente que pode ser usado para dissecar questões de desenvolvimento de uma forma direta. Sua acessibilidade e robustez após intervenção cirúrgica são os pontos fortes experimentais chave. Placas de mica foram as primeiras barreiras usadas para evitar membro pintainho bud iniciação 1. Protocolos que utilizam uma folha de alumínio como uma barreira impermeável à bud asa ou indução perna botão e ou iniciação são descritos. Combinamos esta técnica com laterais colocação talão para a barreira para exogenamente fatores endógenos candidatos de abastecimento que foram bloqueados pela barreira. Os resultados são analisados utilizando a hibridação in situ da expressão do gene subsequente. Nosso foco principal é sobre o papel da sinalização do ácido retinóico na indução e iniciação depois de o primeiro plano embrião de galinha e dos membros posteriores. Usamos BMS 493 (um agonista inverso de receptores do ácido retinóico (RAR)) grânulos embebidos implantados na mesoderme lateral (LPM) para imitar o efeito de uma barrarier colocado entre os sómitos (uma fonte de ácido retinóico (RA) e o LPM) a partir da qual crescem brotos dos membros. versões modificadas destes protocolos também poderia ser usado para abordar outras questões sobre a origem eo calendário das pistas indutivos. Desde que a região do embrião de galinha é acessível no estágio de desenvolvimento relevante, uma barreira pode ser colocado entre os dois tecidos e consequentes alterações no desenvolvimento estudados. Exemplos podem ser encontrados no cérebro, a extensão do eixo em desenvolvimento e no desenvolvimento de órgãos, tais como a indução de fígado ou rim.
embriologistas clássicos tradicionalmente empregadas técnicas físicas para interrogar os mecanismos que controlam o desenvolvimento embrionário. Nos anos 1960 e 1970, os investigadores desenvolveram técnicas que usaram barreiras impermeáveis inseridos entre tecidos do embrião em desenvolvimento para demonstrar a importância de sinais indutores durante a embriogênese. Nosso interesse é o desenvolvimento dos membros de vertebrados e, em particular, os eventos que precedem membro bud crescimento. Por exemplo, a inserção de uma barreira pode impedir brotos de membros crescimento ocorra de um lado do embrião de galinha, enquanto que lhe permita continuar normalmente sobre o lado contralateral não operado. Os materiais utilizados para fazer essas barreiras variada; por exemplo, placas de mica 1 e tântalo folha 2. Estas barreiras eficazmente separar a mesoderme lateral (LPM), a partir do qual as formas de brotos de membros, dos somitos formada a partir da mesoderme paraxial. técnicas de enxerto cirúrgico demonstram que perto sagacidade associaçãoh somitos é essencial para a iniciação brotos de membros é que ocorra no LPM 3 4. Nos anos 80 e 90 biólogos do desenvolvimento descobriu difusível moléculas que são essenciais no controle de processos de desenvolvimento sinalização. Grânulos embebido com essas moléculas de sinalização pode ser implantado em regiões específicas do embrião e produzem alterações de desenvolvimento embrionário. Por exemplo, o ácido retinóico (RA) ocupada por grânulos de troca iônica é liberado ao longo de um período de 24 horas, quando implantada em um embrião de galinha e pode produzir a duplicação espelho-imagem dos dígitos 5. Heparina contas de acrílico contendo proteína FGF pode iniciar membro bud conseqüência da LPM interlimb 6.
Mais recentemente rato e peixe genética tomaram o estudo da iniciação vertebrados membro em uma nova era (revisto em 7). Há boas evidências de que a AR presente em somitos antes do início do membro bud é o sinal difusível essencial pretendida pelo LPM para iniciar membro brotação. Nós quisemos explorar a acessibilidade e robustez experimental do embrião de galinha para dissecar os efeitos do implante de barreira na expressão do gene na LPM em torno do momento do início do membro bud. Uma nova adaptação do nosso método é combinar uma barreira que bloqueia os sinais provenientes de tecidos axiais com talões de lateral para a barreira a factores endógenos candidatos fornecimento exogenamente que foram bloqueados pela barreira. Os seguintes protocolos são aqueles desenvolvidos para destrinchar os mecanismos de indução botão do membro e iniciação.
Estudar iniciação membro bud significa o uso de embriões em fase inicial. Muitos ovos janela pesquisadores de frango por primeiro remover alguns dos albumina através do saco de ar com uma agulha hipodérmica. O embrião, que se encontra em cima da gema, então encontram-se menor no ovo. Esta é uma vantagem para algumas técnicas, tais como electroporação, mas pode ser uma desvantagem se a manipulação cirúrgica do embrião é desejada.Encontramos tendo o embrião o mais próximo possível da abertura na ovo quanto possível, é uma vantagem.
Questões permanecem sobre os sinais que controlam a indução botão do membro dos vertebrados e iniciação e os seguintes protocolos são adequados para resolvê-los. Somos o primeiro a desenvolver um protocolo para a inserção de barreiras para impedir que membros do pintainho bud crescimento numa fase mais cedo do estágio 12 8. versões modificadas destes protocolos também poderia ser usado para abordar outras questões sobre a origem eo calendário das pistas indutivos, onde um tecido indutor acessíveis, adjacente ao primórdio sendo induzido. Desde que a região do embrião é acessível na fase de desenvolvimento correspondente, em seguida, uma barreira pode ser colocado entre os dois tecidos e consequentes alterações no desenvolvimento estudados. Exemplos podem ser encontrados no desenvolvimento do cérebro, a extensão do eixo e possivelmente desenvolvimento de órgãos, tais como a indução de fígado ou rim.
Nós descrevemos o uso de barreiras impermeáveis para evitar a formação de gemas membros no embrião de galinha. Esta técnica tem uma série de passos críticos. Na sequência de experimentos preliminares, descobrimos que as barreiras em forma de articulação utilizados em 9, 10 permanecem no local no embrião muito melhor do que as barreiras retas. O lado distal plana da barreira adere à membrana vitelina e mantém a barreira no lugar (Figura 2C). A preparação cuidadosa da charneira em forma de barreiras de folha de alumínio, tal como descrito na etapa 1.6 protocolo é essencial para o sucesso da operação. Um segundo passo importante é garantir que os ovos não são deixados de fora da incubadora por muito tempo seguinte janelas e estadiamento antes de operar sobre o embrião. Na nossa experiência, os embriões sobreviver a uma operação de melhor se eles estão em ou perto da temperatura de incubação quando a operação é realizada. Operações devem ser realizadas o mais rapidamente possível e os ovos resealed prontaly para garantir boas taxas de sobrevivência. Muitos investigadores adicionar uma gota de antibióticos para o embrião seguinte microcirurgia antes de devolver os ovos à incubadora. A presença do líquido impedido as barreiras de furar também em posição. A adição de antibióticos também pode desalojar grânulos após a colocação. Portanto, não utilizando antibióticos, operações rápidas e boa limpeza com instrumentos é recomendado para evitar a infecção. Limpando instrumentos com 70% de etanol seguindo todas as fases de uma operação é essencial para evitar que instrumentos se torne pegajoso do contato com a membrana vitelina que pode causar ambas as barreiras ou contas de aderir a uma pinça (veja o passo protocolo 3.1.2.2). Ambas as variedades de contas utilizadas poderia cair fora do lugar após a operação. Quando a posição de barreira foi verificada no dia seguinte, não foi possível ver através da barreira de verificar se o talão permaneceu no local ou não. Nos casos em que o talão tinha caído para fora da asa bud crescimento não foi resgatado ( <strong> Tabela 1). Evitando a transferência de líquido com o talão quando implantá-las significa que as contas ficar mais facilmente à superfície do corte da LPM (ver protocolo 2.3.2.3). Por último, assegurando que os embriões são corrigidos imediatamente após a colheita é fundamental para uma boa análise de expressão gênica subsequente (veja o passo protocolo 4.2).
Este protocolo modifica experiências publicadas anteriormente que usaram barreiras para impedir que membros de iniciação broto, define as larguras ideais específicas para barreiras e introduz combinando barreira e talões seguido por análise de expressão gênica. Encontrámos utilizando folha de alumínio convencional, que é barato e facilmente disponível em todos os laboratórios, produz resultados iguais aos que anteriormente utilizado folha de tântalo. A folha pode ser deixado no embrião aquando da realização de hibridização in situ (Figura 2C '), mas que normalmente se removê-lo mais do que um embrião está a ser processado para evitar que as arestas da folha de danificar embriões. PIlot estudos demonstraram que a largura de perna barreiras região é particularmente importante. Inicialmente, as barreiras testadas eram muito curtos e crescimento perna bud não foi evitado. 1,2-1,3 mm é a largura ideal para uma barreira para bloquear conseqüência bud perna completamente. As barreiras asa mais estreitos que se pode colocar com precisão para evitar a conseqüência bud dar as melhores taxas de sobrevivência. Isto pode ser tão estreito quanto 0,5-0,7 mm. No entanto, as barreiras que são um pouco mais amplo são mais propensos a resultar em bloqueio completo da asa bud crescimento porque permitem um pouco de imprecisão de colocação (que usamos 0,7-1 mm). Prevenção de vasos sanguíneos ao fazer a incisão é fundamental para níveis de barreira à asa bud. barreiras semipermeáveis têm sido utilizados anteriormente para bissetriz do broto de membro do pintinho. MacCabe e Parker, 1976 e Summerbell, 1979 filtros utilizados tanto de 0,45 um e 0,8 um de tamanho de poro, respectivamente 16, 17. Eles relataram que os sinais difusíveis pode passar através dos poros dos filtros e queresultados obtidos com barreiras semi-permeável foram a meio caminho entre um broto de membro com nenhuma barreira de presente e um com uma barreira de folha de tântalo impermeável. Este protocolo poderia ser adaptado para utilizar as barreiras semi-permeáveis de diferentes graus de tamanho de poro para diferenciar sinais de candidatos com base no tamanho ou para modificar a dinâmica de difusão de sinal.
Este protocolo tem várias limitações, principalmente associados ao modelo próprio organismo. Tais técnicas podem ser usadas para sondar mais perguntas em desenvolvimento dos membros e também outras questões de embriogênese dos vertebrados. A condição é que o órgão / área em questão deve desenvolver quando o embrião de galinha é acessível a intervenção. A presença de grandes vasos sanguíneos na área onde uma barreira necessita de ser colocado torna a colocação de barreira mais tarde do que a fase 13 ou 14 de um desafio técnico. Se grandes vasos sanguíneos são cortadas durante a colocação do obstáculo que isto poderá causar mortalidade embrionária. A nossa investigação de quando os factores de transcrição TBX5 e Tbx4 são primeiro induzida no LPM foi limitada pela fase mais próxima em que se pode colocar uma barreira que, mais tarde, acabam oposto, quer a asa ou broto perna, respectivamente. Pode ser esclarecedor para tentar bloquear a indução do gene Tbx em fases anteriores, mais perto de gastrulação. O mais antigo de uma barreira pode ser colocada na região da asa presuntivo foi com sucesso fase 8 e na fase região perna 10. Este protocolo não é provavelmente adequado para o estudo da expressão do gene para além fases brotos de membros, porque o crescimento rápido subsequente deslocaria a barreira e resultados incidiria apenas para a posição inicial da barreira.
Tendo relatado as limitações do embrião de pinto, neste contexto, as suas vantagens sobre outros organismos modelo de vertebrados são muitas. O embrião de galinha é um modelo animal bastante adequado para este tipo de intervenção física num embrião de vertebrado. Os embriões são relativamente grandes e são facilmente acessíveis atragh casca do ovo. Pode-se voltar para o embrião para experimentação adicional (por exemplo, a retirada de um talão 18 ou mesmo uma barreira) ou para verificar o progresso simplesmente removendo a fita janela. Não é possível escopo para incluir imagens ao vivo ou imagem lapso de tempo. Nós descrevemos um método de janelamento ovos de galinha que é particularmente adequado para operar em embriões em estágio inicial. No caso de estudos de membros é muito importante e útil que não é um membro contralateral de controlo para cada experimento que serve como um controlo interno ideal para cada réplica biológica.
A combinação do uso de barreiras impermeáveis para impedir a excrescência do membro e grânulos embebidos em moléculas de sinalização não foi relatada antes. A nossa análise da expressão de mRNA na sequência de tais intervenções também é romance. Estas técnicas nos permitiu dissecar o difícil problema de quando membros de transcrição específico fatores Tbx5 e Tbx4 são induzidas na LPM e tambémpara mostrar que, mais tarde, antes da iniciação limb bud, a presença desses genes TBX no LPM não é suficiente para a activação de FGF10 de transcrição e o início do crescimento de brotos de membros. Figuras 2G, 2D e 2E ilustram estas conclusões bem. A ausência de expressão Tbx4 após a inserção de uma barreira na fase 10 na figura 2G está em contraste com a sua presença em 2D e 2E após a inserção de barreira na fase 15, após a indução da Tbx4. A implantação de contas RA embebido facilitou o resgate do membro de iniciação bud após a inserção de barreira e então aponta para RA de somitos sendo essencial na LPM antes de brotos de membros conseqüência pode começar. Tais técnicas podem ser usadas para resolver outras questões no desenvolvimento dos membros, mas também outras questões de embriogênese dos vertebrados. Áreas do cérebro, olho e do tronco são susceptíveis de ser adequado.
The authors have nothing to disclose.
This work was funded by MRC grant MC.PC_13052.
Dumont No.5 watchmakers forceps, x2 | Fine Science Tools www.finescience.de | 11251-20 | |
Dumont No.4 watchmakers forceps, x2 | Fine Science Tools www.finescience.de | 11241-30 | |
Dumont strong forceps, type AA | Fine Science Tools www.finescience.de | 11210-10 | |
Curved scissors with blades 2.5 cm long | Fine Science Tools www.finescience.de | 14061-11 | |
Blunt ended curved forceps, | Fine Science Tools www.finescience.de | 11065-07 | |
ends approx 0.5 cm long | |||
Steel pin, 0.2 mm wide | Fine Science Tools www.finescience.de | 26002-20 | |
Sharpening stone, square | Fine Science Tools www.finescience.de | 29008-01 | |
Mineral oil | |||
Needle holder | Fine Science Tools www.finescience.de | 26016-12 | |
Clear tape, 50 mm x 66 m | www.5staroffice.com | 295985 | |
FGF4 protein | A gift from Cliff Tabin. | ||
all-trans-retinoic acid | Sigma www.sigmaaldrich.com | R2625-50MG | Remember to protect from light. |
BMS 493 | Sigma www.sigmaaldrich.com | B6688-5MG | |
Scalpel blade No. 15 | www.swann-morton.com | cat no. 0105 | |
Affi-Gel Blue, affinity chromatography gel | Bio-Rad www.bio-rad.com | 153-7301 | Beads for delivering protein. |
AG1-X2 Ion exchange resin | Bio-Rad www.bio-rad.com | 140-1251 | Beads for delivering RA or BMS 493. |
Incubator for eggs | Memmert www.hce-uk.com | LAB128 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma www.sigmaaldrich.com | P6148-1KG | Harmful, irritant, corrosive. Handle powder in fumehood with full protective clothing. |
Ethanol | Sigma www.sigmaaldrich.com | 32221-2.5L | |
DMEM, high glucose | Gibco www.thermofisher.com | 41965-039 | 500ml |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific webshop.fishersci.com | D/4121/PB08 | 500ml |
Binocular Microscope | Leica www.leica-microsystems.com | MZ6 | Replaced by M60 |
Chicken eggs | Henry Stewart & Co Ltd sales@medeggs.com | Brown Eggs |