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.
L'embrione pulcino fornisce un modello vertebrato superba che può essere utilizzato per sezionare domande di sviluppo in modo diretto. La sua accessibilità e la robustezza dopo l'intervento chirurgico sono importanti punti di forza sperimentali. Piatti Mica sono state le prime barriere usati per prevenire pulcino arto gemma iniziazione 1. Protocolli che utilizzano un foglio di alluminio come una barriera impermeabile al germoglio ala o induzione gamba gemma e l'iniziazione o sono descritti. Uniamo questa tecnica con posizionamento tallone laterale alla barriera esogenamente fornitura candidati fattori endogeni che sono stati bloccati dalla barriera. I risultati vengono analizzati mediante ibridazione in situ della successiva espressione genica. Il nostro obiettivo principale è il ruolo della segnalazione dell'acido retinoico nella induzione e iniziazione successiva alla ribalta embrione di pollo e degli arti posteriori. Usiamo BMS 493 (un agonista inverso di recettori dell'acido retinoico (RAR)) perline bagnati impiantati nella piastra laterale mesoderma (LPM) per simulare l'effetto di un barrier posto tra i somiti (una fonte di acido retinoico (RA)) e la LPM da cui gemme degli arti crescono. versioni modificate di questi protocolli potrebbero essere utilizzati anche per affrontare altre questioni sull'origine e la tempistica di spunti induttivi. Purché la regione di embrione di pollo è accessibile in fase di sviluppo rilevante, una barriera potrebbe essere inserito tra i due tessuti e conseguenti cambiamenti nello sviluppo studiati. Esempi possono essere trovati nel cervello di sviluppo, l'estensione dell'asse e nello sviluppo di organi, come il fegato o il rene induzione.
embriologi classici tradizionalmente impiegate tecniche fisiche per interrogare i meccanismi che controllano lo sviluppo embrionale. Negli anni 1960 e 1970 ricercatori hanno sviluppato tecniche che hanno usato le barriere impermeabili inseriti tra i tessuti dell'embrione in via di sviluppo per dimostrare l'importanza dei segnali induttivi durante l'embriogenesi. Il nostro interesse è in vertebrati sviluppo degli arti e, in particolare, quali eventi precedono escrescenza arto gemma. Ad esempio, l'inserimento di una barriera può impedire arto gemma conseguenza di verificarsi su un lato del embrione di pollo pur consentendo di procedere normalmente sul lato non operato controlaterale. I materiali utilizzati per rendere queste barriere vario; per esempio, piastre di mica 1 e tantalio lamina 2. Queste barriere separano efficacemente la piastra mesoderma laterale (LPM), da cui le forme arto germoglio, dai somiti formano dalla mesoderma parassiale. tecniche di innesto chirurgico dimostrano che stretta associazione ingegnoh la somiti è essenziale se iniziazione arto germoglio deve avvenire nel LPM 3 4. Negli anni '80 e '90 biologi dello sviluppo hanno scoperto diffusibile molecole che sono essenziali nel controllo dei processi di sviluppo di segnalazione. Perle imbevuti di queste molecole di segnalazione possono essere impiantati in specifiche regioni del dell'embrione e produrre alterazioni dello sviluppo embrionale. Ad esempio, l'acido retinoico (RA) ripresa da perle di scambio ionico viene rilasciato per un periodo di 24 ore quando impiantato in un embrione di pollo e può produrre speculare la duplicazione delle cifre 5. Eparina perline acrilici contenenti proteine FGF possono avviare arto gemma conseguenza dal interlimb LPM 6.
Più di recente il mouse e pesce genetica hanno preso lo studio dei vertebrati arto iniziazione in una nuova era (rivisto in 7). Ci sono buone evidenze che RA presente nei somiti prima dell'inizio arto gemma è il segnale diffusibile essenziale, prevista dal LPM per avviare arto in erba. Abbiamo voluto sfruttare l'accessibilità e la robustezza sperimentale del embrione di pollo di sezionare l'effetto di sbarramento dell'impianto sull'espressione genica nel LPM intorno al periodo di iniziazione arto gemma. Un romanzo adattamento del nostro metodo è quello di combinare una barriera che blocca i segnali dai tessuti assiali con posizionamento tallone laterale alla barriera esogenamente fornitura candidati fattori endogeni che sono stati bloccati dalla barriera. I seguenti protocolli sono quelli sviluppati per prendere in giro i meccanismi di induzione arto gemma e l'iniziazione.
Studiare iniziazione arto gemma significa usare embrioni dello stadio precoce. Molte uova di gallina finestra ricercatori di primo rimuovendo alcune dell'albumina attraverso la sacca d'aria con un ago ipodermico. L'embrione, che si trova sulla parte superiore del tuorlo, poi giacere inferiore nell'uovo. Questo è un vantaggio per alcune tecniche, come l'elettroporazione, ma può essere uno svantaggio se manipolazione chirurgica dell'embrione è desiderato.Troviamo avendo l'embrione come vicino all'apertura nell'uovo possibile è un vantaggio.
Le domande rimangono per quanto riguarda i segnali che controllano vertebrati arto induzione gemma e l'iniziazione e le seguenti protocolli sono adatti per affrontarle. Siamo i primi a sviluppare un protocollo per l'inserimento di barriere per impedire pulcino arto gemma conseguenza in una fase precedente alla fase 12 8. versioni modificate di questi protocolli potrebbero essere utilizzati anche per affrontare altre questioni sull'origine e la tempistica di segnali induttivi in cui un tessuto Induzione accessibili si trova adiacente al primordio essere indotta. Purché la regione dell'embrione è accessibile in fase di sviluppo rilevante, quindi una barriera potrebbe essere inserito tra i due tessuti e conseguenti cambiamenti nello sviluppo studiati. Esempi possono essere trovati in sviluppo del cervello, estensione dell'asse e sviluppo possibilmente organo come fegato o reni induzione.
Descriviamo l'uso di barriere impermeabili per evitare formazione di gemme arto in embrione di pollo. Questa tecnica ha un numero di passaggi critici. A seguito di esperimenti preliminari, abbiamo scoperto che le forma di cerniera barriere utilizzati in 9, 10 restano in vigore nell'embrione molto meglio di barriere diritte. Il lato piatto distale della barriera attacca alla membrana vitellina e mantiene la barriera in posizione (Figura 2C '). Una preparazione accurata di cerniera barriere sagomati di un foglio di alluminio come descritto al punto 1.6 del protocollo è essenziale per il successo dell'operazione. Un secondo passo importante è quello di garantire che le uova non sono lasciati fuori dell'incubatore per troppo tempo in seguito a finestre e messa in scena prima di operare su l'embrione. Nella nostra esperienza, embrioni sopravvivono un'operazione meglio se sono in prossimità o temperatura di incubazione quando l'operazione viene eseguita. Le operazioni dovrebbero quindi essere effettuate il più rapidamente possibile e le uova risigillati prontamente per garantire i tassi di sopravvivenza buoni. Molti ricercatori aggiungere una goccia di antibiotici per l'embrione seguente microchirurgia prima di ritornare le uova per l'incubatore. La presenza del liquido impedito le barriere di attaccarsi bene in posizione. L'aggiunta di antibiotici potrebbe anche rimuovere perline dopo il posizionamento. Quindi non l'uso di antibiotici, le operazioni veloci e buona la pulizia con strumenti si raccomanda di evitare l'infezione. Pulendo strumenti con il 70% di etanolo dopo ogni fase di un'operazione è essenziale per prevenire gli strumenti di diventare appiccicoso dal contatto con la membrana vitellina che può causare sia barriere o perline di aderire alla pinza (vedere il passaggio del protocollo 3.1.2.2). Entrambe le varietà di perline usati potrebbero cadere fuori luogo dopo l'operazione. Quando la posizione barriera è stata verificata il giorno successivo non era possibile vedere attraverso la barriera di verificare se il tallone è rimasto in luogo o meno. Nei casi in cui il tallone era caduto ala gemma conseguenza non è stato salvato ( <strong> Tabella 1). Evitare il trasferimento di liquido con il tallone, quando l'impianto di loro significa che le microsfere attaccano più facilmente al volto taglio della LPM (vedi protocollo 2.3.2.3). Infine assicurando che gli embrioni sono fissati immediatamente dopo la raccolta è fondamentale per una buona successive analisi di espressione genica (vedere il passaggio del protocollo 4.2).
Questo protocollo modifica esperimenti precedentemente pubblicati che hanno usato le barriere per impedire arto iniziazione gemma, definisce specifiche larghezze ottimali per le barriere e introduce la combinazione di barriera e il posizionamento tallone seguita da analisi di espressione genica. Abbiamo trovato con un foglio di alluminio convenzionale, che è a buon mercato e facilmente reperibili in tutti i laboratori, produce risultati uguali a quelli che in precedenza utilizzati fogli di tantalio. Il foglio può essere lasciato nell'embrione quando effettuano ibridazione in situ (Figura 2C ') ma di solito rimuoverlo se più di un embrione viene elaborato per evitare gli spigoli della lamina danneggiare embrioni. PStudi Ilot dimostrato che la larghezza della regione gamba barriere è particolarmente importante. Inizialmente le barriere trialed erano troppo breve e escrescenza gamba germoglio non è stato impedito. 1,2-1,3 mm è la larghezza ottimale per una barriera per bloccare completamente escrescenza germoglio gamba. Le barriere ala più stretti che si può collocare con precisione per evitare conseguenza gemma danno i migliori tassi di sopravvivenza. Questo può essere il più stretto 0,5-0,7 mm. Tuttavia, le barriere che sono un po 'più ampio hanno maggiori probabilità di tradursi in completo blocco di ala escrescenza gemma perché consentono per un po' di imprecisione di posizionamento (abbiamo usato 0,7-1 mm). Prevenzione dei vasi sanguigni quando si effettua l'incisione è fondamentale per le barriere a livello dell'ala nascere. barriere semi-permeabili sono state precedentemente utilizzato per tagliare in due la gemma pulcino arto. MacCabe e Parker, 1976 e Summerbell 1979 filtri sia utilizzato 0,45 micron e 0,8 micron di dimensione dei pori, rispettivamente, 16, 17. Essi hanno riferito che i segnali diffusibili potrebbero passare attraverso i pori nei filtri e chei risultati hanno guadagnato con barriere semi-permeabile erano a metà strada tra un bocciolo arto con alcuna barriera presente e uno con una barriera foglio di tantalio impermeabile. Questo protocollo potrebbe essere adattato per usare barriere semipermeabili di varia dimensione dei pori di differenziare segnali candidati in base alle dimensioni o per modificare la dinamica di diffusione del segnale.
Questo protocollo ha varie limitazioni principalmente associati al modello organismo stesso. Tali tecniche potrebbero essere utilizzati per sondare ulteriori domande in fase di sviluppo degli arti e anche altre questioni di embriogenesi dei vertebrati. Una condizione è che l'organo / area in questione dovrebbe essere in via di sviluppo quando l'embrione pulcino è accessibile a un intervento. La presenza di grandi vasi sanguigni nella zona in cui una barriera deve essere posizionato rende il posizionamento barriera dopo le fasi 13 o 14 tecnicamente impegnativo. Se grandi vasi sanguigni sono tagliati durante il posizionamento barriera questo può causare la mortalità embrionale. La nostra indagine di quando i fattori di trascrizione TBX5 e Tbx4 vengono prima indotte nel LPM è stata limitata dalla prima fase in cui potremmo mettere una barriera che avrebbe poi finire opposta sia l'ala o un batuffolo di gamba, rispettivamente. Potrebbe essere illuminante per tentare di bloccare TBX induzione genica nelle fasi precedenti, più vicino alla gastrulazione. La prima barriera potrebbe essere collocato nella regione fascia presuntiva era successo fase 8 e nella fase zona della gamba 10. Questo protocollo non è probabilmente adatto per lo studio dell'espressione genica oltre fasi arto germoglio perché successiva crescita rapida sposterebbe la barriera e risultati concerne solo alla posizione iniziale della barriera.
Dopo aver correlate i limiti del embrione di pollo in questo contesto, i suoi vantaggi rispetto ad altri organismi modello vertebrati sono molti. L'embrione di pollo è un modello animale molto adatto per questo tipo di intervento fisico in un embrione vertebrato. Gli embrioni sono relativamente grandi e sono facilmente accessibili throuGH guscio d'uovo. Si può tornare all'embrione per ulteriori sperimentazioni (ad esempio, la rimozione di un cordone 18 o anche una barriera) o per verificare progresso semplicemente rimuovendo la finestra del nastro. Non è possibile campo di applicazione alle immagini dal vivo o l'imaging lasso di tempo. Descriviamo un metodo di windowing uova di gallina che è particolarmente adatto per operare su embrioni in fase iniziale. Nel caso di studi degli arti è molto importante ed utile che ci sia un arto di controllo controlaterale per ogni esperimento che serve come controllo interno ideale per ogni replica biologica.
La combinazione di utilizzo di barriere impermeabili per evitare arto conseguenza e perline imbevuto di molecole di segnalazione non è stata segnalata in precedenza. La nostra analisi di espressione dell'mRNA a seguito di tali interventi è anche romanzo. Queste tecniche ci hanno permesso di sezionare il difficile problema di quando specifici fattori di trascrizione degli arti Tbx5 e Tbx4 sono indotti nel LPM e ancheper dimostrare che successivamente, prima dell'inizio arto germoglio, la presenza di questi geni tbx nel LPM non è sufficiente per l'attivazione di FGF10 trascrizione e l'inizio di conseguenza arto gemma. Figure 2G, 2D e 2E illustrano bene questi risultati. L'assenza di espressione Tbx4 seguito dell'inserimento di una barriera nella fase 10 nella figura 2G è in netto contrasto con la sua presenza in 2D e 2E seguente inserimento facilitato nella fase 15, dopo l'induzione di Tbx4. L'impianto di perline RA imbevuti facilitato il salvataggio di arto iniziazione gemma dopo l'inserimento di barriera e così indica RA dai somiti che sono essenziali nel LPM prima arto gemma conseguenza può iniziare. Tali tecniche potrebbero essere usate per risolvere ulteriori domande in fase di sviluppo degli arti, ma anche altre questioni di vertebrati embriogenesi. Aree del cervello, occhio e tronco sono suscettibili di essere adatto.
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 |