Zebrafish are an excellent model to study muscle function and disease. During early embryogenesis zebrafish begin regular muscle contractions producing rhythmic swimming behavior, which is altered when the muscle is disrupted. Here we describe a touch-evoked response and locomotion assay to examine swimming performance as a measure of muscle function.
ゼブラフィッシュ筋肉の発達は非常にそれらの筋肉の機能と疾患を研究するための優れたモデル作り、哺乳動物系で保存されています。骨格筋の機能に影響を与える多くの筋障害を迅速かつ容易に胚発生の最初の数日にわたってゼブラフィッシュで評価することができます。 24時間後に受精(HPF)により、野生型ゼブラフィッシュは、自発的に自分の尾の筋肉を収縮させ、48 HPF、ゼブラフィッシュ展示制御水泳行動によって。頻度の減少、または他の改変において、これらの動きは、骨格筋の機能障害を示すことができます。遊泳行動を分析し、初期のゼブラフィッシュの開発中の筋肉の性能を評価するために、我々はタッチ誘発エスケープ応答と運動アッセイの両方を利用します。
タッチ誘発エスケープ応答アッセイは、高速単収縮筋線維の収縮に起因する短いバースト運動中の筋肉の性能を評価するために使用することができます。この場合にタップ外部刺激に応答してヘッド、2日後に受精(DPF)で野生型ゼブラフィッシュは、一般的にシャープなターンを伴う、強力なバースト水泳を示します。私たちの方法は、バースト水泳運動時の最大加速度を測定することにより、骨格筋の機能を定量化の加速は、筋肉の収縮によって生じる力に直接比例します。
対照的に、初期のゼブラフィッシュ幼虫の発育中の移動アッセイは筋活動の持続期間中の筋肉パフォーマンスを評価するために使用されます。遊泳行動を監視するために追跡システムを使用して、我々は彼らの骨格筋機能の反射6日齢のゼブラフィッシュの活動との距離の周波数の自動計算を得ます。水泳能力の測定は、疾患モデルと骨格筋の機能に影響を与える変異または化学処理のハイスループットスクリーニングの表現型の評価のために有用です。
過去十年間のゼブラフィッシュの上にますます筋細胞生物学および疾患を研究するために使用されています。その光学的透明性と相まってゼブラフィッシュ胚の急速な外部開発は、筋肉形成、成長、および機能の直接的な可視化を可能にします。筋肉の発達の過程は非常にゼブラフィッシュにおいて保存され、これは筋ジストロフィーや先天性ミオパチー1-8を含む筋疾患の範囲の成功モデル化を可能にしました。ゼブラフィッシュモデルの詳細な検討は、これらの条件の病理生物学に新たな洞察を提供するだけでなく、適切な治療6,9-13のテストのためのプラットフォームを提供していません。
筋疾患のゼブラフィッシュモデルの分析は、筋肉の性能を測定するための信頼性の高い再現可能なアッセイに依存しています。以前の研究では、正常にすることにより、DPF 3と7の間の魚類のゼブラフィッシュ体幹筋の力発生能力を測定しました電気力伝達系14に取り付けられた固定化された魚の収縮を刺激します。これは、力の詳細な測定を提供することができますが、理想的には、より高いスループット実験に適していないと水泳時の筋肉のパフォーマンスを測定することには利点があります。ゼブラフィッシュ筋DPF 2で完全に機能していると魚が刺激に応答して、バースト水泳の動きを誘発することができます。タッチ誘発エスケープ応答アッセイは、収縮力の尺度として用いることができるバースト水泳運動中に加速度を測定するために使用されます。
ミオパチー患者における筋機能の中で最も利用方策の一つは、総距離は硬い平らな面15,16上を歩いた記録6分歩行試験、です。私たちは、私たちが泳いだ距離の合計を監視することにより、ゼブラフィッシュの幼虫、および10分間にわたって各幼虫によって行われた運動の総数DPF 6における筋機能を測定するための同等の試験を適用しています。これが実行されます筋肉性能の信頼性の高スループットの測定値を提供する自動化された追跡システムを使用して。両方の筋肉テストは、高い再現性であり、ゼブラフィッシュミオパシーモデル8における筋性能の差を定量化するために使用されています。
マウス、イヌ、ゼブラフィッシュ、ハエやワームなど、さまざまな動物モデルは、筋疾患の遺伝的および分子的基礎の理解に貢献し、それらに対抗する治療法の開発を支援してきました。ゼブラフィッシュは、筋肉疾患の研究のためのいくつかの利点を誇っています。ゼブラフィッシュは、in vitro培養系では不可能である、適切な生理的環境で複雑な筋肉のパターニングを評価するための遺伝的に操作可能なシステムを提供します。他の脊椎動物モデルとは異なり、製造魚の多くは、一緒になって、その光学的透明性と、 生体内の化学的および遺伝的スクリーニングにおいて迅速、ハイスループットを容易にします。
ここでは、ゼブラフィッシュの胚発生時の筋肉の性能を評価するためのハイスループットおよび自動化された方法を提供するために、ゼブラフィッシュの移動アッセイの開発について説明します。両方のアッセイのためには、その概日リズムを認めなければならず、外部環境刺激が大幅にゼブラフィッシュ遊泳行動17,18に影響を与えます。同じゼブラフィッシュの反復試験はまた、触覚23を刺激に応答して低下を引き起こす慣れにつながります。したがって、実験間の再現性のある結果を達成するために、各ゼブラフィッシュ胚は、日、照明条件の時に標準化する必要があり、一度テストする必要があり、水の温度が厳密に調節する必要があります。
タッチを使用すると、私たちは直接、筋力に比例するバーストスイミングアクションの最大加速度を計測することができる2 DPFで分析を誘発しました。ゼブラフィッシュの前の技術は、筋肉の収縮は、電場を用いて刺激され、筋肉14の力を発生する能力を測定する実験装置の次に胚の両端を結ぶことにより、筋力を検討しました。この方法は、Tの容量を生成する力を測定しながら彼幼虫の筋肉、それは水泳中の幼虫の筋肉によって生成された実際の力を測定するものではありません。したがって、我々は間接的に筋肉の健康の全体的な測定を提供するために、通常の幼虫の水泳運動時に発生する力を評価する方法を開発しました。千フレーム/秒のフレームレートで個々のゼブラフィッシュの動きを記録することが可能な高速ビデオシステムは、目で直接に区別できない筋機能における小さいが有意差を同定するために使用され得ます。これは、電気的に刺激力世代の変化水泳パフォーマンスの変化と相関を報告した方法を、以前に参照するために対象としています。
またタッチが反応アッセイはまた、運動器官の挙動の定量的測定を与えるために、そのような水泳運動24時の身体の波の形状や速度などの水泳運動を評価するために使用することができ誘発しました。
zebrafの自発的な運動のためにっぽい幼虫は3 DPFの後、我々は、筋機能を測定するためにタッチ呼び起こすアッセイを実行することができませんでした。逆に、我々は6 DPFでゼブラフィッシュの幼虫によって泳い距離を決定することにより、より長い期間にわたって、筋肉のパフォーマンスを測定しました。この試験は、筋機能の間接的な尺度であるが、障害筋肉性能8または神経変性25,26を表示する魚を同定することができます。このテストは、6分の歩行試験に類似した測定値を提供するだけでなく、 生体内における薬物または突然変異誘発画面で自動化ハイスループットに適しているだけではなく。
The authors have nothing to disclose.
We thank Viewpoint for their kind sponsorship of this manuscript. This work was funded by an Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) Project Grant (APP1010110).
21G X 1' Blunt Needle | Terumo/Admiral Medical Supplies | TE2125 | |
48-well plates | Sigma | M8937 | |
90mm Petri Dishes | Pacific Laboratory Products PT | S90001 | |
High Speed Camera | Baumer | HXC20 | |
http://www.randomization.com | N/A | Steps 1.1.2, 2.1.3 | |
Incubator | Thermoline Scientific | TEI-43L | |
Plastic Pipette | VWR | 16001-188 | |
StreamPix5 | NorPix | Step 1.2.3 | |
Temperature Control Unit | Viewpoint | ||
Tweezers, style 8 | ProSciTech | T04-821 | |
Zebrabox System | Viewpoint | ||
Zebralab | Viewpoint | Steps 1.3.1, 2.2.1 |