Le mésenchyme crânienne subit des mouvements morphogénétiques dramatiques qui fournit sans doute une force motrice pour l'élévation des plis neuraux<sup> 1,2</sup>. Nous décrivons ici un simple<em> Ex vivo</em> Explantation d'essai pour caractériser les comportements cellulaires du mésenchyme crânienne pendant la neurulation. Ce test a de nombreuses applications, y compris se prêter à des manipulations pharmacologiques et des analyses d'imagerie en direct.
Le système nerveux central est dérivé de la plaque neurale qui subit une série de mouvements morphogénétiques complexes résultant dans la formation du tube neural dans un processus connu sous le nom neurulation. Au cours de la neurulation, la morphogenèse du mésenchyme qui sous-tend la plaque neurale est censé conduire neurones élévation fois. Le mésenchyme crânienne est composée du mésoderme paraxial et les cellules de la crête neurale. Les cellules du mésenchyme sous la forme du crâne un maillage pourous composée de cellules étoilées en forme et le brassage de la matrice extracellulaire (ECM) brins qui soutiennent les plis neuraux. Au cours de la neurulation, le mésenchyme crânienne subit des réarrangements stéréotypes résultant de leur expansion et ces mouvements sont censés fournir une force motrice pour l'élévation fois neural. Cependant, les voies et les comportements cellulaires qui sous-tendent la morphogenèse mésenchyme crânienne restent mal étudiées. Les interactions entre l'ECM et les cellules des crâniens mésenchyme sous-tendent thescomportements cellulaires e. Nous décrivons ici un test ex vivo simples explant mis au point pour caractériser les comportements de ces cellules. Ce test est modifiable à des manipulations pharmacologiques pour disséquer les voies de signalisation impliquées et les analyses d'imagerie en direct pour mieux caractériser le comportement de ces cellules. Nous présentons une expérience représentative démontrer l'utilité de cet essai pour caractériser les propriétés migratoires du mésenchyme crânienne sur une variété de composants de la MEC.
Fermeture du tube neural dans la région crânienne se produit entre embryonnaire jour 8,5 (E8.5) et de 9,5 chez l'embryon de souris. Le défaut de bien fermer le tube neural dans les résultats de la tête dans l'anencéphalie, une malformation congénitale structurelle commune chez l'homme et est incompatible avec la vie. Les forces qui animent céphalique fermeture du tube neural sont générés à la fois du tissu nerveux lui-même et l'épiderme environnant et le mésenchyme 3. En particulier, l'expansion du mésenchyme crânienne est considérée comme essentielle pour l'élévation de l'1,2 crânienne plis de neurones. Le mésenchyme crânienne est riche en protéines de la MEC en particulier des protéines glycosylées comme protéoglycanes de sulfate de chondroïtine sulfates d'héparine, et 4-8 hyaluronate.
Contrairement à l'embryon de poulet, où les cellules de la crête neurale émigrer dans le tube neural dorsal après la fermeture du tube neural, la crête neurale dans l'embryon de souris migre en même temps que les plis de neurones commencent à rise (après le stade de 5 somites). Ainsi, pendant la neurulation chez l'embryon de souris, le mésenchyme crânienne est composée de cellules dérivées de la crête neurale et le mésoderme paraxial. De la crête neurale et les populations mésoderme paraxial sont induits à différents moments dans le développement; localisés dans des positions différentes dans l'embryon et se développer en différentes structures 9,10. Le mésoderme paraxial provient de la ligne primitive et migre vers la région antérieure de l'embryon à la base de la plaque neurale présomptive. La crête neurale est induite au niveau de la jonction de la plaque neurale et l'ectoderme épidermique, subit une transition épithélio mésenchyme et délamine juste avant l'élévation de pliage neural chez l'embryon rongeur. Les cellules de la crête neurale migrent le long des chemins stéréotypés dans le mésoderme paraxial subectodermal à l'arc branchial, frontonasal et le mésenchyme péri-oculaire. Le mésoderme paraxial contribuera à certains des os de la voûte du crâne et des muscles du visage, tandis que ee de la crête neurale contribuera à d'autres os du crâne et du visage, en plus de nerfs crâniens 9-11. Le mésoderme paraxial et les lignages de la crête neurale peut être différemment marqué par la Mesp1-cre et Wnt1-cre lignées de souris transgéniques, respectivement 9.
Le rôle essentiel du mésenchyme crânienne en fermeture du tube neural a été déduite à partir d'expériences où le traitement des embryons de rongeurs avec ECM agents de rupture telles que l'hyaluronidase, chondroïtinase ABC, héparitinase ou diazo-oxo-norleucine (DON) au cours de la neurulation tube de fermeture atteinte neuronale 7, 12-14. Dans ces expériences, l'analyse histologique de sections statiques après la neurulation révélé dysmorphogeneis associés au crânienne mésenchyme 7,12-14. Toutefois, étant donné que l'agent tératogène eu accès à de multiples tissus, il reste à déterminer si le mésenchyme crânienne est vraiment le tissu cible. À l'appui de la conclusion que ce tissuest essentielle pour la neurulation, le mésenchyme crânienne semble anormale sur des analyses histologiques dans certains mutants de souris avec une exencéphalie 15-17. Pourtant, dans la plupart des cas, l'effet de la mutation sur le comportement cellulaire du mésenchyme crânienne n'a pas été abordée.
Nous avons mis au point un test ex vivo des explants d'examiner directement la conséquence d'une mutation génétique ou manipulation pharmacologique sur le comportement des cellules mésenchymateuses du crâne 15. Ce test est similaire à celle publiée par Tzahor et al 2003 pour accéder au potentiel de différenciation du mésenchyme crânienne qui sous-tend les 18 rhombomères sauf que nous avons modifié la dissection explant d'étudier les propriétés migratoires des populations plus antérieures du mésenchyme crânienne qui sous-tendent l'neurale antérieure plaque. Notre méthode est également une variante de tests effectués dans des explants l'embryon de poulet pour analyser le comportement migratoire de la crête neurale avec kedifférences y. Préparations précédentes ont explanté la crête neurale ou le mésoderme paraxial plus postérieure 19,20. En outre, lors de l'élévation fois neural chez l'embryon de poulet, de la crête neurale n'a pas encore émigré du tube neural dorsal et donc explants du mésoderme paraxial antérieure n'aurait pas contenir des cellules de la crête neurale. Dans notre essai, des explants de mésenchyme crâniens constitués de mésoderme paraxial, de la crête neurale et l'ectoderme de surface sont préparés et plaqué sur un substrat. La manipulation expérimentale y compris l'isolement des explants de mutants génétiques, plaquant sur des explants ECM différent ou traitements pharmacologiques peuvent être effectuées. Les cellules migrent de l'explant et la distance, le nombre et le comportement peuvent être analysés et comparés entre les groupes de traitement. En outre, cette préparation est modifiable à l'analyse de la migration cellulaire par des techniques d'imagerie en direct. Après l'expérience des migrations, des explants peuvent être fixes et soumis à des analyses immunohistochimiques de la fourrurether élucider l'effet des traitements. Dans l'ensemble, le protocole présenté ici est un test ex vivo simples pour étudier le comportement du mésenchyme crânienne. Comme une expérience représentative, nous utilisons ce test d'étudier la migration du mésenchyme crânienne sur différents substrats extracellulaires.
La méthode appliquée ici permet un test puissant pour étudier le comportement des cellules mésenchymateuses crâniens. En plus des analyses statiques présentées ici, de vivre des expériences d'imagerie en fond clair ou en combinaison avec l'expression des protéines GFP-marqués peuvent être utilisées pour étudier le comportement des cellules en temps réel lors de leur migration à partir de l'explant. Pour les expériences d'imagerie en direct, des explants peuvent être étiquetés avec Dil ou de différencier la migration des crêtes neurales à partir du mésoderme paraxial, ROSA-YFP; Mesp1-cre ou ROSA-YFP; Wnt1-cre ou d'autres lignées transgéniques pourraient être utilisés. Crâniens mésenchyme-ECM interactions peuvent aussi être examinées en utilisant ce test explant. Ici on explants de plaque sur des substrats ECM différents qui sont présents dans le mésenchyme crânienne de montrer que les cellules migrent sur les différents degrés et en ce que le ECM influe sur la morphologie des cellules. En outre, les explants sont noyées dans une matrice à trois dimensions pour ouvrir les comportements des cells dans ce contexte. Ce test explant est modifiable à l'analyse de l'effet des manipulations génétiques et pharmacologiques sur les comportements mésenchyme crâniens pour analyser des signaux intrinsèques et extrinsèques qui peuvent réguler et modifier la migration. Par exemple, nous avons utilisé ce test dans nos études de discerner le rôle de l'excès de sécrétion de la protéine Hsp90 dans les comportements anormaux cellulaires dans Hectd1 mésenchyme crânienne mutant 15. Dans ces expériences, nous avons traité avec des explants de Hsp90 anticorps anti-Hsp90, protéines, geldanamycine et DMA (amelioride diméthyl) pour bloquer la sécrétion de la protéine Hsp90 de démontrer que le comportement anormal de cellules mutantes Hectd1 est due à l'excès extracellulaire de Hsp90 15. Des approches similaires pourraient être utilisées pour pharmacologiquement disséquer les voies supplémentaires qui sous-tendent la morphogenèse normale ou anormale du mésenchyme crânienne. Une fois que le test est terminé, les explants et des cellules migratrices peuvent être analysés par une multitude de méthodes. Par exemple, c immunohistochimique des analysesun être utilisées pour examiner la localisation des protéines essentielles pour les mouvements cellulaires. Analyses du transcriptome pourrait également être utilisée pour déterminer la façon dont les traitements affectent l'expression des gènes.
Une limite importante de cette technique est que ce n'est pas le comportement du modèle en trois dimensions comme ils se produisent in vivo. Modification du protocole où explants sont noyées dans une matrice tridimensionnelle (par exemple matrigel) ainsi que l'expression de protéines fluorescentes marquées compartiments cellulaires pourraient être employées nécessaire d'aborder cette question. Même si ces modifications ont été effectuées, d'autres expériences de corréler les comportements observés dans cet essai ex vivo avec celles in vivo serait nécessaire. D'autres limitations comprennent le nombre d'embryons requis pour générer des nombres suffisants pour générer des données statistiquement significative. Plus important encore, la dissection est relativement simple, elle exige la pratique à maîtriser.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail est soutenu par R01-HD058629 à IEZ