De craniale mesenchym ondergaat dramatische morfogenische bewegingen die waarschijnlijk zorgt voor een drijvende kracht voor verhoging van de neurale plooien<sup> 1,2</sup>. Hier beschrijven we een<em> Ex vivo</em> Explanteren assay om de cellulaire gedrag van de craniale mesenchym karakteriseren tijdens neurulatie. Deze test heeft vele toepassingen waaronder dat vatbaar is voor farmacologische manipulatie en live imaging analyses.
Het centrale zenuwstelsel is afgeleid van de neurale plaat die een reeks complexe morfogenetische bewegingen als gevolg de vorming van de neurale buis in een proces dat neurulatie ondergaat. Tijdens neurulatie, wordt morfogenese van het mesenchym dat de neurale plaat ten grondslag ligt vermoedelijk neuraal voudige verhoging rijden. De craniale mesenchym bestaat uit de paraxiale mesoderm en de neurale lijst cellen. De cellen van de craniale mesenchym vormen een pourous meshwork uit stellaatcellen gevormde cellen en vermenging extracellulaire matrix (ECM) strengen die de neurale plooien ondersteunen. Tijdens neurulatie, de craniale mesenchym ondergaat stereotiepe herschikkingen leiden tot de uitbreiding en deze bewegingen worden verondersteld om een drijvende kracht voor neurale voudige verhoging. Blijven echter de paden en cellulaire gedragingen die craniale mesenchym morfogenese rijden slecht bestudeerd. Interacties tussen de ECM en de cellen van de craniale mesenchym onderliggende These cel gedrag. Hier beschrijven we een ex vivo assay explant ontworpen om het gedrag van deze cellen te karakteriseren. Deze test is wijzigbaar de farmacologische manipulatie van de signaalroutes die live beeldvorming en analyses ontleden om verder te karakteriseren het gedrag van deze cellen. Wij presenteren een representatief experiment tonen de bruikbaarheid van deze assay karakteriseren van de migrerende eigenschappen van de craniale mesenchym op diverse ECM componenten.
Neurale buis sluiting in de schedel optreedt tussen embryonale dag 8.5 (E8.5) en 9,5 in de muis embryo. Als de neurale buis goed sluit in hoofd resultaten in anencefalie, een gemeenschappelijk structureel aangeboren afwijking bij mensen en is incompatibel is met leven. De krachten die Cephalic neurale buis sluiting rijden worden gegenereerd op basis van zowel de neurale weefsel zelf en de omringende epidermis en mesenchym 3. Met name expansie van de craniale mesenchym wordt gedacht dat essentieel is voor verhoging van de craniale neurale plooien 1,2. De craniale mesenchym is rijk aan ECM eiwitten met name geglycosyleerde eiwitten zoals heparine sulfaat proteoglycans, chondroïtine sulfaten en hyaluronate 4-8.
Anders dan in het kippenembryo waar neurale cellen van de neurale buis dorsale emigreren na neurale buis sluiting de neurale in de muis embryo migreert tegelijkertijd de neurale plooien gaan rise (na de 5 somiet stadium). Dus tijdens neurulatie in de muis embryo wordt de craniale mesenchym uit cellen uit de neurale lijst en de paraxiale mesoderm. Neurale lijst en paraxiale mesoderm populaties worden geïnduceerd op verschillende momenten in de ontwikkeling, gelokaliseerd in verschillende posities in het embryo en zich ontwikkelen tot verschillende structuren 9,10. De paraxiale mesoderm is afkomstig van de primitieve streep en migreert naar de voorste gebied van het embryo naar de vermoedelijke neurale plaat ten grondslag liggen. De neurale wordt geïnduceerd op het kruispunt van de neurale plaat en epidermale ectoderm, ondergaat een epitheliale naar mesenchym overgang en delamineert vlak voor neurale voudige verhoging in de knaagdieren embryo. Neurale lijst cellen migreren langs stereotype paden in de subectodermal paraxiale mesoderm aan de branchial boog, frontonasal en perioculaire mesenchym. De paraxiale mesoderm zal bijdragen aan een deel van de beenderen van de schedel kluis en spieren van het gezicht en dat ee neurale lijst zal bijdragen aan andere beenderen van de schedel en het gezicht in aanvulling op hersenzenuwen 9-11. De paraxiale mesoderm en de neurale lijst lineages kan verschillend worden gekenmerkt door de Mesp1-cre en Wnt1-cre transgene muis lijnen, respectievelijk 9.
De essentiële rol van de craniale mesenchym in neurale buis sluiting is afgeleid uit experimenten waarbij de behandeling van knaagdieren embryo's met ECM verstoren middelen zoals hyaluronidase, chondroïtinase ABC, heparitinase of Diazo-oxo-norleucine (DON) tijdens neurulatie verminderde neurale buis sluiting 7, 12-14. In deze experimenten histologische analyse van vaste gedeelten na neurulatie bleek geassocieerd dysmorphogeneis van de craniale mesenchym 7,12-14. Aangezien de teratogene stof hadden toegang tot meerdere weefsels, moet nog worden vastgesteld of de craniale mesenchym echt het doelweefsel. Ter ondersteuning van de conclusie dat dit weefselis essentieel voor neurulatie, de craniale mesenchym abnormaal lijkt op histologische analyses in sommige muizenmutanten met exencefalie 15-17. Nog in de meeste gevallen is het effect van de mutatie op de cellulaire gedrag van de craniale mesenchym niet verholpen.
We hebben bedacht een ex vivo assay explant direct onderzoeken gevolg zijn van genetische mutatie of farmacologische manipulatie van het gedrag van craniale mesenchymcellen 15. Deze test is vergelijkbaar met die welke door Tzahor et al 2003 de differentiatie potentieel van de craniale mesenchym toegang die ten grondslag de rhombomeres 18 behalve wij het explantaat dissectie aangepast om de trekkende eigenschappen van meer anterior populaties van craniale mesenchym bestuderen die de voorzijde neurale grondslag plaat. Onze methode is ook een wijziging van explantatie testen uitgevoerd in het kippenembryo het migrerende gedrag van de neurale lijst analyseren met key verschillen. Vorige voorbereidingen geëxplanteerd de neurale lijst of de meer posterieure paraxiale mesoderm 19,20. Verder is tijdens neurale voudige verhoging bij het kippenembryo, heeft de neurale lijst nog niet geëmigreerd uit het dorsale neurale buis en dus explantaten gehouden met de voorste paraxiale mesoderm zou niet bevatten neurale lijst cellen. In onze assay worden craniale mesenchym explantaten bestaande uit paraxiale mesoderm, neurale en oppervlakte ectoderm bereid en uitgeplaat op een substraat. Experimentele manipulatie inclusief isolatie van explantaten van genetische mutanten, plating explantaten op verschillende ECM of farmacologische behandelingen kunnen worden uitgevoerd. Cellen migreren van de explantatie en de afstand, het aantal en het gedrag kan worden geanalyseerd en vergeleken tussen de behandelingsgroepen. Bovendien, dit preparaat amendeerbaar voor een analyse van cellulaire migratie door levende beeldvormingstechnieken. Na de migratie experiment, kan explantaten worden vastgesteld en onderworpen aan immunohistochemische analyses te bontpoort aansluiten verduidelijken het effect van behandelingen. Over het algemeen de hier gepresenteerde protocol is een eenvoudige ex vivo assay om het gedrag van de craniale mesenchym onderzoeken. Als een representatief experiment gebruiken we deze assay de migratie van craniale mesenchym op verschillende extracellulaire substraten onderzocht.
De toegepaste methode hier een krachtige assay om het gedrag van craniale mesenchymcellen onderzoeken. Naast de statische analyses hier gepresenteerde experimenten imaging leven helderveld of in combinatie met expressie van GFP-gemerkte eiwitten kunnen worden gebruikt om het gedrag van cellen in real time onderzoeken als ze migreren uit het explantaat. Voor levende imaging experimenten konden explantaten worden gelabeld met DiI of migratie van neurale onderscheiden van de paraxiale mesoderm, ROSA-YFP, Mesp1-cre of ROSA-YFP, Wnt1-cre of andere transgene lijnen kunnen worden gebruikt. Cranial mesenchym-ECM interacties kunnen ook worden onderzocht gebruik te maken van deze explantatie test. Hier plaat explantaten op verschillende ECM substraten die aanwezig zijn in de schedelholte mesenchym aangetoond dat cellen die migreren in verschillende mate en de ECM beïnvloedt de morfologie van de cellen. Bovendien kunnen explantaten worden ingebed in een driedimensionale matrix om het gedrag van cel openenls in deze context. Deze assay is wijzigbaar explant de analyse van het effect van genetische en farmacologische manipulaties op craniale mesenchym gedrag om intrinsieke en extrinsieke signalen die kunnen reguleren en wijzigen migratie analyse. Zo gebruikten we deze assay in onze studies om de rol van overtollige Hsp90 secretie onderscheiden in het abnormale cellulaire gedrag in Hectd1 mutant craniale mesenchym 15. In deze experimenten, behandelden wij explantaten met anti-Hsp90 antilichaam, Hsp90 eiwit geldanamycine en DMA (dimethyl amelioride) om secretie van Hsp90 te tonen dat het abnormale gedrag van Hectd1 mutant cellen door overmatige extracellulaire Hsp90 15 blokkeren. Soortgelijke benaderingen kunnen worden gebruikt om extra farmacologisch ontleden pathways onderliggende normaal of abnormaal morfogenese van de craniale mesenchym. Nadat de assay is voltooid, kan explantaten en migrerende cellen worden geanalyseerd door een groot aantal methoden. Bijvoorbeeld immunohistochemische analyses cEen worden om lokalisatie van eiwitten belangrijk voor celbewegingen onderzoeken. Transcriptoomanalyses kunnen ook worden gebruikt om te bepalen hoe behandelingen genexpressie beïnvloeden.
Een belangrijke beperking van deze techniek is dat het niet model gedrag in drie dimensies omdat zij voorkomen in vivo. Modificatie van het protocol waarbij explantaten worden in een driedimensionale matrix (bijv. matrigel) ingebed met expressie van fluorescent protein gemarkeerde cellulaire compartimenten kunnen worden gebruikt moet dit probleem. Zelfs indien deze wijzigingen uitgevoerd, verdere experimenten gedrag gezien in deze ex vivo assay met de in vivo correleren noodzakelijk. Andere beperkingen zijn het grote aantal embryo's moet voldoende statisch significante gegevens te genereren. Het belangrijkste is dat de dissectie is relatief eenvoudig, het vereist de praktijk te beheersen.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk wordt ondersteund door R01-HD058629 te IEZ