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.
El embrión de pollo proporciona un modelo excelente de vertebrados que se puede utilizar para diseccionar preguntas de desarrollo en una manera directa. Su accesibilidad y la robustez después de la intervención quirúrgica son las fortalezas clave experimentales. Placas de mica fueron las primeras barreras utilizadas para prevenir polluelo extremidad iniciación del capullo 1. Se describen protocolos que utilizan papel de aluminio como barrera impermeable al brote del ala o la inducción del brote o la pierna y la iniciación. Combinamos esta técnica con la colocación lateral del talón para la barrera que forma exógena factores endógenos candidatos de alimentación que han sido bloqueados por la barrera. Los resultados se analizaron mediante hibridación in situ de la expresión génica posterior. Nuestra atención se centra en la función de señalización del ácido retinoico en la inducción y posterior inicio de un primer plano de embrión de pollo y las extremidades traseras. Utilizamos BMS 493 (un agonista inverso de los receptores del ácido retinoico (RAR)) perlas empapadas implantados en la placa lateral mesodermo (LPM) para imitar el efecto de una barraportador colocado entre los somitas (una fuente de ácido retinoico (RA)) y la LPM de la que crecen yemas de las extremidades. Las versiones modificadas de estos protocolos también podrían utilizarse para abordar otras preguntas sobre el origen y la sincronización de las señales inductivas. Siempre que la región del embrión de pollo es accesible en la etapa de desarrollo correspondiente, una barrera podría ser colocado entre los dos tejidos y los consiguientes cambios en el desarrollo estudiados. Los ejemplos pueden ser encontrados en el cerebro, la extensión del eje en desarrollo y en el desarrollo de órganos, como el hígado o el riñón inducción.
embriólogos clásicos tradicionalmente se emplean técnicas físicas para interrogar a los mecanismos que controlan el desarrollo embrionario. En los años 1960 y 1970, los investigadores desarrollaron técnicas que utilizan barreras impermeables insertados entre los tejidos del embrión en desarrollo para demostrar la importancia de las señales inductivas durante la embriogénesis. Nuestro interés se centra en el desarrollo de extremidades de los vertebrados y, en particular, qué eventos preceden consecuencia primordio de la extremidad. Por ejemplo, la inserción de una barrera puede evitar que la extremidad del brote consecuencia que se produzcan en un lado del embrión de pollo, mientras que lo que le permite proceder normalmente en el lado contralateral, no operado. Los materiales usados para hacer estas barreras variada; por ejemplo, placas de mica 1 y 2 de tantalio de aluminio. Estas barreras separan eficazmente el lateral mesodermo de la placa (LPM), de la que las formas yema de la extremidad, de los somitas forman a partir del mesodermo paraxial. técnicas de injerto quirúrgico demuestran que la estrecha asociación ingenioh la somitas es esencial si la iniciación primordio de la extremidad que va a ocurrir en el LPM 3 4. En los años 80 y 90 los biólogos del desarrollo descubrieron difusible moléculas que son esenciales en el control de los procesos de desarrollo de señalización. Beads empapados con estas moléculas de señalización pueden ser implantados en regiones específicas del embrión y producen alteraciones en el desarrollo embrionario. Por ejemplo, el ácido retinoico (RA) ocupado por los granos de intercambio iónico se libera durante un periodo de 24 horas cuando se implanta en un embrión de pollo y puede producir la duplicación de imagen especular de los dígitos 5. Los granos de acrílico de heparina que contienen la proteína FGF pueden iniciar extremidad del brote consecuencia de la LPM intramiembro 6.
Más recientemente ratón y pescado genética han tomado el estudio de la iniciación de los vertebrados extremidad en una nueva era (revisado en 7). Existe buena evidencia de que la AR presente en los somitas antes de iniciar el primordio de la extremidad es la señal difusible esencial requerido por el LPM para iniciar la brotación extremidad. Quisimos aprovechar la accesibilidad y la robustez experimental del embrión de pollo para diseccionar el efecto de la implantación de barrera sobre la expresión génica en el LPM alrededor del momento de la iniciación primordio de la extremidad. Una adaptación de la novela de nuestro método es combinar una barrera que bloquea las señales de los tejidos axiales con la colocación de talón lateral para la barrera a factores endógenos candidatos suministro exógenamente que han sido bloqueados por la barrera. Los protocolos siguientes son las desarrolladas para desentrañar los mecanismos de inducción esbozo del miembro y la iniciación.
El estudio de la iniciación esbozo del miembro que consiste en utilizar embriones en etapa temprana. Muchos de los huevos de pollo ventana investigadores mediante la eliminación de primera parte de la albúmina a través del saco de aire con una aguja hipodérmica. El embrión, que se encuentra en la parte superior de la yema de huevo, entonces estar más baja en el huevo. Esto es una ventaja para algunas técnicas, tales como la electroporación, pero puede ser una desventaja si se desea una manipulación quirúrgica del embrión.Nos encontramos teniendo el embrión lo más cerca posible de la abertura en el huevo como sea posible es una ventaja.
Aún quedan preguntas con respecto a las señales que controlan la inducción esbozo del miembro de vertebrados e iniciación y los protocolos siguientes son adecuados para abordarlos. Somos los primeros en desarrollar un protocolo para la inserción de las barreras para evitar que la extremidad de pollo brote consecuencia en una etapa anterior a la etapa 12 8. Las versiones modificadas de estos protocolos también podrían utilizarse para abordar otras preguntas sobre el origen y la sincronización de las señales inductivas donde un tejido inducción accesible se encuentra adyacente al que se indujo el primordio. Siempre que la región del embrión es accesible en la etapa de desarrollo correspondiente, a continuación, una barrera podría ser colocado entre los dos tejidos y los consiguientes cambios en el desarrollo estudiados. Los ejemplos pueden ser encontrados en el desarrollo del cerebro, la extensión del eje y el desarrollo, posiblemente, de órganos tales como el hígado o el riñón inducción.
Se describe el uso de barreras impermeables para evitar la formación del brote en el embrión de pollo. Esta técnica tiene una serie de pasos críticos. Después de los experimentos preliminares, se encontró que las barreras en forma de bisagra utilizados en 9, 10 permanecen en su lugar en el embrión mucho mejor que las barreras rectas. El lado plano distal de la barrera se pega a la membrana vitelina y mantiene la barrera en su lugar (Figura 2C '). La preparación cuidadosa de las barreras en forma de bisagra de hoja de aluminio como se describe en el paso de protocolo 1.6 es esencial para el éxito de la operación. Un segundo paso importante es asegurarse de que los huevos no se queden fuera de la incubadora durante demasiado tiempo después de ventanas y puesta en escena antes de operar sobre el embrión. En nuestra experiencia, los embriones sobreviven una operación mejor si están en o cerca de la temperatura de incubación, cuando la operación se lleva a cabo. Por lo tanto, las operaciones deben llevarse a cabo lo más rápidamente posible y volver a sellar los huevos prontaLy para asegurar una buena supervivencia. Muchos investigadores añaden una gota de antibióticos para el embrión después de la microcirugía antes de devolver los huevos a la incubadora. La presencia del líquido impidió que las barreras se peguen bien en posición. La adición de antibióticos también podría desalojar los granos después de la colocación. Se recomienda, por tanto, no usar antibióticos, operaciones rápidas y buena limpieza con instrumentos para evitar la infección. Limpiando los instrumentos con etanol al 70% después de cada etapa de una operación es esencial para evitar que los instrumentos se vuelvan pegajosas del contacto con la membrana vitelina que puede causar tanto las barreras o perlas se adhieran a una pinza (véase la etapa de protocolo 3.1.2.2). Ambas variedades de granos utilizados podrían caer fuera de lugar después de la operación. Cuando la posición de la barrera se comprobó el día siguiente que no era posible ver a través de la barrera para determinar si el cordón se mantuvo en su lugar o no. En los casos en que el cordón se había caído excrecencia de la yema del ala no fue rescatado ( <strong> Tabla 1). Evitar la transferencia de líquido con el cordón cuando la implantación de los mismos significa que los granos se adhieren más fácilmente a la cara de corte de la LPM (ver protocolo 2.3.2.3). Finalmente asegurar que los embriones se reparan inmediatamente después de la cosecha es fundamental para un buen análisis de la expresión génica posterior (véase la etapa de protocolo 4.2).
Este protocolo modifica experimentos publicados anteriormente que utilizan barreras para evitar la iniciación esbozo de la extremidad, define anchos óptimos específicos para las barreras e introduce la combinación de barrera y la colocación del grano seguido por análisis de la expresión génica. Encontramos el uso de papel de aluminio convencional, que es barato y fácilmente disponible en todos los laboratorios, produce resultados iguales a los que anteriormente se utilizan lámina de tantalio. La lámina se puede dejar en el embrión cuando se lleva a cabo la hibridación in situ (Figura 2C ') pero por lo general eliminar si más de un embrión se está procesando para evitar que los bordes afilados de la lámina dañar embriones. PAGestudios Ilot demostraron que el ancho de las barreras región de la pierna es particularmente importante. Inicialmente las barreras de Code eran demasiado cortos y el crecimiento del brote de la pierna no se impidió. 1,2-1,3 mm es el ancho óptimo para una barrera para bloquear consecuencia del brote de la pierna por completo. Las barreras de las alas más estrechas que se puede colocar con precisión para evitar la extensión del brote dan las mejores tasas de supervivencia. Esto puede ser tan estrecha como 0,5-0,7 mm. Sin embargo, las barreras que son un poco más amplio son más propensos a resultar en un bloqueo completo del ala consecuencia brote debido a que permiten un poco de inexactitud de colocación (utilizamos 0,7-1 mm). La evitación de los vasos sanguíneos al hacer la incisión es crítico para las barreras a nivel de la yema del ala. barreras semipermeables previamente se han utilizado para dividir en dos la yema polluelo extremidad. Maccabe y Parker, 1976 y Summerbell de 1979 tanto filtros utilizados 0,45 micras y 0,8 micras de tamaño de poro, respectivamente, 16, 17. Se informó de que las señales difusibles podrían pasar a través de los poros de los filtros y que laslos resultados obtenidos, utilizando barreras semipermeables estaban a medio camino entre un esbozo de la extremidad con ninguna barrera presente y uno con una barrera de lámina impermeable tantalio. Este protocolo podría ser adaptado para utilizar barreras semipermeables de diferente tamaño de poro para diferenciar señales candidatas basadas en el tamaño o para modificar la dinámica de la difusión de la señal.
Este protocolo tiene varias limitaciones asociadas principalmente con el modelo mismo organismo. Tales técnicas podrían utilizarse para sondar más preguntas en desarrollo de las extremidades y también otras preguntas de la embriogénesis de vertebrados. Una condición es que el órgano / área en cuestión debe estar desarrollando cuando el embrión de pollo se puede acceder a la intervención. La presencia de grandes vasos sanguíneos en el área donde una barrera tiene que ser colocado hace que la colocación de barrera más tarde de la etapa 13 o 14 de un desafío técnico. Si se cortan los vasos sanguíneos grandes durante la colocación de barrera que esto puede causar la mortalidad embrionaria. Nuestra investigación de cuando los factores de transcripción TBX5 y Tbx4 son inducidas por primera vez en la LPM estaba limitado por la etapa más temprana a la que podríamos colocar una barrera que más tarde terminan opuesta, ya sea el ala o un bastoncillo de la pierna, respectivamente. Podría ser esclarecedor para intentar bloquear Tbx inducción de genes en las primeras etapas, más cerca de la gastrulación. La primera barrera se podría colocar en la región de ala presunto fue con éxito la etapa 8 y en la etapa región de la pierna 10. Este protocolo no es probablemente adecuada para el estudio de la expresión génica más allá de las etapas yema de la extremidad debido a un rápido crecimiento posterior desplazaría la barrera y resultados se referirá exclusivamente a la posición inicial de la barrera.
Habiendo relacionadas las limitaciones del embrión de pollo en este contexto, sus ventajas sobre otros organismos modelo de vertebrados son muchas. El embrión de pollo es un modelo animal muy adecuado para este tipo de intervención física en un embrión de vertebrados. Los embriones son relativamente grandes y son fácilmente accesibles through la cáscara del huevo. Uno puede regresar al embrión para la experimentación adicional (por ejemplo, la eliminación de un cordón 18 o incluso una barrera) o para comprobar el progreso por la simple eliminación de la ventana de la cinta. No es posible alcance para incluir imágenes en vivo o imágenes de lapso de tiempo. Se describe un método de huevos de gallina de ventanas que es especialmente adecuado para operar con embriones en fase inicial. En el caso de los estudios de las extremidades es muy importante y útil que hay una extremidad contralateral control para cada experimento que sirve como un control interno ideal para cada réplica biológica.
La combinación del uso de barreras impermeables para prevenir desarrollo de la extremidad y los granos empapado en moléculas de señalización no ha sido reportado antes. Nuestro análisis de la expresión de ARNm después de tales intervenciones es también novedosa. Estas técnicas nos han permitido diseccionar el difícil problema de cuando el miembro de transcripción específico factores Tbx5 y Tbx4 se inducen en la LPM y tambiénpara demostrar que más tarde, antes de la iniciación del capullo de las extremidades, la presencia de estos genes TBX en la LPM no es suficiente para la activación de la transcripción Fgf10 y el inicio del crecimiento de yema de la extremidad. Figuras 2G, 2D y 2E ilustran bien estos hallazgos. La ausencia de expresión Tbx4 después de la inserción de una barrera en la etapa 10 en la figura 2G está en marcado contraste con su presencia en 2D y 2E después de la inserción de barrera en la etapa 15, después de la inducción de Tbx4. La implantación de las perlas de la AR empapados facilitó el rescate de iniciación esbozo de la extremidad después de la inserción de barrera y por lo que apunta a la AR de los somitas siendo esencial en la LPM antes consecuencia esbozo del miembro puede comenzar. Tales técnicas podrían usarse para resolver más preguntas en desarrollo de las extremidades, sino también a otras preguntas de la embriogénesis de vertebrados. Las áreas del cerebro, los ojos y el tronco es probable que sean adecuados.
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 |