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.
Куриного эмбриона обеспечивает превосходную позвоночное модель, которая может быть использована для рассекают вопросы развития прямым способом. Его доступность и надежность после хирургического вмешательства являются ключевыми экспериментальные сильные стороны. Слюды пластины были первые барьеры , используемые для предотвращения куриных конечностей бутон инициацию 1. Протоколы, которые используют алюминиевую фольгу в качестве непроницаемого барьера для крыла зародыше или индукции нога бутона и или инициации описаны. Мы сочетаем эту технику с размещением шарика сбоку от барьера к экзогенно кандидатов питания эндогенные факторы, которые были блокированы барьером. Результаты анализируют с помощью di – situ гибридизации последующей экспрессии генов. Наше основное внимание уделяется роли сигналов ретиноевой кислоты в индукции и последующего инициирования куриного эмбриона носовой и задней конечности. Мы используем BMS 493 (обратный агонист рецепторов ретиноевой кислоты (RAR)) замачивают бусы, имплантированные в боковой пластинке мезодермы (LPM), чтобы имитировать эффект бараRier помещается между сомитов (источник ретиноевой кислоты (RA)) и LPM, из которого растут почки конечности. Модифицированные версии этих протоколов также могут быть использованы для решения других вопросов о происхождении и сроках индуктивных сигналов. При условии, что область куриного эмбриона доступна на соответствующей стадии развития, барьер может быть помещен между двумя тканями и последующими изменениями в процессе развития изученных. Примеры можно найти в развивающемся головном мозге, расширение оси и в развитии органов, таких как печень или почки индукции.
Классические эмбриологи традиционно используются физические методы, чтобы допросить механизмы, контролирующие эмбриональное развитие. В 1960-е и 1970-е годы исследователи разработали методы, которые используются непроницаемые барьеры, вставленные между тканями развивающегося эмбриона, чтобы продемонстрировать важность индуктивных сигналов во время эмбриогенеза. Наш интерес в развитии позвоночных конечности и, в частности, какие события предшествуют конечности зачатка. Например, вставка барьера может предотвратить почки конечности отросток из происходящих на одной стороне куриного эмбриона, позволяя ему продолжить нормально на контралатеральной, неоперированных стороне. Материалы, используемые, чтобы сделать эти барьеры разнообразны; например, слюда пластин 1 и тантал фольга 2. Эти барьеры эффективно отделяют боковой пластинки мезодермы (LPM), из которого почки конечности формы, из сомитов, сформированная из приосевой мезодермы. Хирургические методы прививки показывают, что тесная связь остроумиеч сомитов имеет важное значение , если инициации зачатка конечности должно произойти в LPM 3 4. В 80-х и 90-х годах онтогенетики обнаружили диффундирующего молекулы, которые имеют важное значение для контроля процессов развития сигнализации. Бисер, пропитанные этих сигнальных молекул могут быть имплантированы в конкретных областях эмбриона и произвести изменения в эмбриональном развитии. Например, ретиноевой кислоты (RA) подхвачена обмена шариков ионов высвобождается в течение 24-часового периода при имплантации в куриных эмбрионах и может производить дублирование зеркальное отображение цифр 5. Гепарин акриловые гранулы , содержащие белок FGF может инициировать конечности зачатка из interlimb LPM 6.
Совсем недавно мыши и рыбы генетики приняли изучение инициации позвоночное конечности в новую эру (обзор 7). Существует хорошее доказательство того, что RA присутствует в сомитов до начала зачатка конечности является существенным диффундирующего сигнала требует LPM инициировать почкование конечности. Мы хотели использовать доступность и экспериментальную надежность куриного эмбриона рассекать эффект барьера имплантации на экспрессию генов в LPM вокруг время инициации зачатка конечности. Роман адаптация нашего метода является то, чтобы объединить барьер, который блокирует сигналы от осевых тканей с размещением шарика сбоку от барьера к экзогенно кандидатов питания эндогенных факторов, которые были заблокированы барьером. Следующие протоколы, разработанные, чтобы дразнить из механизмов конечности индукции зачатка и инициации.
Изучение инициации зачатка конечности означает использование ранних эмбрионов стадии. Многие исследователи окно куриных яиц сначала удалением некоторых из альбумина через воздушный мешок с иглой для подкожных инъекций. Эмбрион, который лежит на верхней части желтка, затем лежать ниже в яйце. Это является преимуществом для некоторых способов, таких как электропорация, но может быть недостатком, если хирургического вмешательства эмбриона желательно.Мы находим, имеющие эмбрион как можно ближе к отверстию в яйце, насколько это возможно является преимуществом.
Вопросы остаются относительно сигналов, которые управляют позвоночное конечностей индукции бутон и инициирование и следующие протоколы подходят для их решения. Мы первыми разработали протокол для введения барьеров для предотвращения куриных конечностей зачатка на стадии ранней стадии , чем 12 8. Модифицированные версии этих протоколов также могут быть использованы для решения других вопросов о происхождении и сроках индуктивных киев, где доступная индуцирование ткань находится рядом с зачаток наводится. При условии, что область зародыша доступна на соответствующей стадии развития, то барьер может быть помещен между двумя тканями и последующими изменениями в процессе развития изученных. Примеры можно найти в развитии мозга, расширение оси и, возможно, органов развития, таких как печень или почки индукции.
Описано применение непроницаемых барьеров для предотвращения образования бутонов конечности у куриного эмбриона. Этот метод имеет ряд важных шагов. После предварительных экспериментов, мы обнаружили , что в форме шарнирных барьеры , используемые в 9, 10 остаются на месте в эмбрионе гораздо лучше , чем прямых барьеров. Дистальный плоская сторона барьера прилипает к желточной оболочки и удерживает барьер на месте (рис 2с '). Тщательное приготовление шарнирных образных барьеров из алюминиевой фольги, как описано в стадии протокола 1.6 имеет важное значение для успеха операции. Второй важный шаг для того, чтобы яйца не осталось из инкубатора слишком долго следующие постановки и оконной до начала работы на эмбрион. По нашему опыту, эмбрионы выживают операции лучше, если они находятся на или вблизи температуры инкубации, когда операция выполняется. Поэтому операции следует проводить как можно быстрее и яйца закупорить запросLY обеспечить хорошие показатели выживаемости. Многие исследователи добавляют каплю антибиотиков к эмбриону следующие микрохирургии перед возвратом яйца в инкубатор. Наличие жидкости предотвращается барьеры от прилипания хорошо в заданном положении. Добавление антибиотика может также сместить шарики после размещения. Поэтому не используя антибиотики, быстрые операции и хорошую чистоту с инструментами рекомендуется, чтобы избежать инфекции. Вытирая инструменты с 70% этанола после каждой стадии операции имеет важное значение для предотвращения инструментов стать липкими от контакта с желточной оболочки, которые могут вызвать оба барьера или шарики придерживаться щипцов (см шаг протокола 3.1.2.2). Обе разновидности бисера, используемых может выпасть из места после операции. Когда положение барьера проверялся на следующий день не было возможности видеть через барьер, чтобы выяснить, остались ли шарик на месте или нет. В тех случаях, когда поссорился бортовое крыло зачатка не был спасен ( <stRong> Таблица 1). Во избежание перемещения жидкости с буртиком при их имплантации означает, что шарики придерживаться более легко с разрезанной поверхности LPM (см протокол 2.3.2.3). Наконец гарантируя, что эмбрионы фиксируются сразу после сбора урожая имеет решающее значение для хорошего последующего анализа экспрессии генов (см шаг протокола 4.2).
Этот протокол изменяет ранее опубликованных экспериментов, которые использовались барьеры для предотвращения бутон инициации конечности, определяет конкретные оптимальные ширины для барьеров и вводит сочетающую барьер и размещение шарика с последующим анализом экспрессии генов. Мы обнаружили, используя обычную алюминиевую фольгу, которая является дешевым и легко доступны во всех лабораториях, дает результаты, аналогичные тем, которые ранее использовали титановую фольгу. Фольга может быть оставлена в эмбрионе при проведении гибридизация (рис 2с ') в , но мы обычно удалить его , если более чем один зародыш обрабатывается , чтобы предотвратить острые края фольги повреждающего эмбрионов. пIlot исследования показали, что ширина области ног барьеров является особенно важным. Первоначально барьеры опробована были слишком коротки и нога зачатка не была предотвращена. 1,2-1,3 мм оптимальная ширина для барьера, чтобы полностью блокировать ноги зачатка. Самые узкие барьеры крыла, которые можно разместить точно, чтобы предотвратить зачатка дают лучшие показатели выживаемости. Это может быть столь же узкие, как 0,5-0,7 мм. Тем не менее, барьеры, которые немного шире, скорее всего, приведет к полному блокированию зачатка крыла, потому что они позволяют немного неточностью размещения (мы использовали 0,7-1 мм). Избежание кровеносных сосудов, делая надрез имеет решающее значение для барьеров на уровне крыла бутон. Полупроницаемых перегородок использовались ранее для рассекают почку куриных конечностей. МакКейб и Паркер, 1976 и Summerbell, 1979 оба использовали фильтры 0,45 мкм и размером пор 0,8 мкм, соответственно 16, 17. Они сообщили , что диффундирующие сигналы могут проходить через поры в фильтрах и чторезультаты, полученные с использованием полупроницаемых барьеров были на полпути между зачатка конечности, без барьера настоящего и один с непроницаемым барьером танталовой фольги. Этот протокол может быть адаптирован для использования полупроницаемых барьеров различного размера пор дифференцировать сигналы-кандидатов на основе размера или изменить динамику диффузии сигнала.
Этот протокол имеет различные ограничения, в основном связанные с самой моделью организма. Такие методы могут быть использованы для исследования дополнительные вопросы в развитии конечностей, а также другие вопросы позвоночного эмбриогенеза. Оговориться, что орган / область в вопросе должна развиваться, когда куриного эмбриона доступна для вмешательства. Наличие крупных кровеносных сосудов в районе, где барьер должен быть помещен делает размещение барьера позднее стадии 13 или 14 технически сложной. Если крупные кровеносные сосуды вырезают во время размещения барьера это может привести к эмбриональной смертности. Наше исследование , когда факторы транскрипции TBX5 и Tbx4 сначала наведенный в LPM была ограничена самой ранней стадии , на которой мы могли бы поставить барьер , который позже в конечном итоге либо напротив крыла или ноги бутон соответственно. Это может быть поучительно пытаться блокировать индукцию генов TBX на более ранних стадиях, ближе к гаструляции. Самый ранний барьер может быть помещен в презумптивной области крыла успешно был этап 8 и в области ног этапе 10. Этот протокол, вероятно, не подходит для изучения экспрессии генов вне стадии почки конечности, так как последующий быстрый рост будет вытеснять барьер и результаты будет относиться только к исходному положению барьера.
Отнеся ограничения куриного эмбриона в этом контексте, его преимущества по сравнению с другими позвоночными модельных организмов много. Куриного эмбриона является очень подходящая животная модель для этого типа физического вмешательства у позвоночного животного эмбриона. Эмбрионы являются относительно большими и легко доступны throuGh яичной скорлупы. Можно вернуться к зародышу для дальнейших экспериментов (например, удаление шарика 18 или даже барьер) или для проверки прогресса путем простого удаления окна ленты. Существует возможный масштаб для включения живых изображений или изображений промежутка времени. Описан метод оконного куриных яиц, что особенно подходит для эксплуатации на ранних эмбрионов стадии. В случае исследований конечностей, очень важно и полезно, что существует контралатеральной контроль конечности для каждого эксперимента, который служит идеальным внутреннего контроля для каждой биологической повторности.
Сочетание использования непроницаемых барьеров для предотвращения разрастание конечностей и шарики, смоченную в сигнальных молекул не сообщалось ранее. Наш анализ экспрессии мРНК следующих таких вмешательств также роман. Эти методы позволили нам вскрыть сложную проблему , когда конечности специфические факторы транскрипции Tbx5 и Tbx4 наводятся в LPM , а такжечтобы показать , что позже, до почки конечности инициацию, присутствие этих генов TBX в LPM не является достаточным для активации транскрипции Fgf10 и началом конечности зачатка. Рисунки 2G, 2D и 2E иллюстрируют эти выводы хорошо. Отсутствие экспрессии Tbx4 после введения барьера на этапе 10 на рисунке 2G находится в резком контрасте с его присутствием в 2D и 2Е следующей вставки барьера на этапе 15, после индукции Tbx4. Имплантация пропитанных РА шариков способствовало спасению бутон инициации конечности следующей вставки барьера и так указывает на RA из сомитов имеет существенное значение в LPM, прежде чем конечности зачатка может начаться. Такие методы могут быть использованы для решения дальнейших вопросов в развитии конечностей, но и другие вопросы позвоночного эмбриогенеза. Области мозга, глаз и туловища, вероятно, будут пригодны.
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 |