Summary

Hele Mount immunofluorescentiekleuring van de Neonatale Mouse Retina naar Angiogenese Onderzoek<em> In vivo</em

Published: July 09, 2013
doi:

Summary

De neonatale muizen netvlies biedt een goed gekarakteriseerd fysiologisch model van angiogenese, die onderzoeken van de rol van de verschillende genen of medicijnen die angiogenese moduleren in een laat<em> In vivo</em> Context. Immunofluorescentiekleuring nauwkeurig visualiseren vasculaire plexus is cruciaal voor het succes van deze typen studies.

Abstract

Angiogenese is het complexe proces van vorming van nieuwe bloedvaten die door het kiemen van nieuwe bloedvaten uit reeds bestaand netwerk vat. Angiogenese speelt een belangrijke rol niet alleen in de normale ontwikkeling van organen en weefsels, maar ook in vele ziekten waarbij bloedvatvorming ontregeld is, zoals kanker, blindheid en ischemische ziekten. In het volwassen leven, bloedvaten zijn over het algemeen rustig dus angiogenese is een belangrijk doelwit voor nieuwe ontwikkeling van geneesmiddelen om te proberen en te reguleren vorming van nieuwe bloedvaten in het bijzonder in de ziekte. Om beter te begrijpen angiogenese en passende strategieën om deze te reguleren ontwikkelen, zijn modellen nodig die een goed beeld van de verschillende biologische stappen die betrokken zijn. De neonatale muis netvlies een uitstekend model van angiogenese omdat slagaders, aders en haarvaten ontwikkelen om een ​​vasculaire plexus vormen tijdens de eerste week na de geboorte. Dit model heeft ook het voordeel van twee-dionele (2D) structuur waardoor analyse eenvoudig vergeleken met de complexe 3D anatomie van andere vasculaire netwerken. Door het analyseren van de retinale vasculaire plexus op verschillende tijdstippen na de geboorte, is het mogelijk om de verschillende stadia van angiogenese waarnemen onder de microscoop. In dit artikel wordt een eenvoudige procedure voor het analyseren van het vaatstelsel van een muis netvlies met behulp van fluorescerende kleuring met isolectin en vasculaire specifieke antilichamen.

Introduction

Angiogenese is een complex ontwikkelingsproces gedefinieerd door de vorming van nieuwe bloedvaten uit reeds bestaand netwerk vaartuig en wordt gereguleerd door verscheidene signaleringsroutes. De belangrijkste daarvan is de VEGF weg. VEGF is vrijgegeven door ischemische cellen en leidt tot de inleiding van angiogenese in naburige bloedvaten. De toonaangevende endotheelcellen van een nieuwe vasculaire spruit is een 'tip' cel, die filopodia dat uit te reiken naar de bron van VEGF produceert, en wordt gevolgd door proliferatie 'stalk' endotheelcellen. Zo geactiveerde endotheelcellen prolifereren en migreren naar een avasculaire regio waar zij deel nieuwe vasculaire buizen. Om deze buizen stabiliseren de bloedstroom, endotheelcellen interactie pericyten en gladde spiercellen, waarin de nieuwe bloedvaten 1 omringen. Angiogenese is essentieel voor vascularisatie van het embryo en groeiende weefsels. Maar het draagt ​​ook veel pathologische aandoeningen zoals kanker en dat defecten in angiogenese worden geassocieerd met ischemische ziekten. De ontwikkeling van effectieve behandelingen met geneesmiddelen om angiogenese te reguleren als middel voor het behandelen ziekte ook van groot belang. Bijvoorbeeld, effectieve anti-angiogene groeifactoren kanker, terwijl pro-angiogene strategieën kunnen worden gebruikt om ischemische ziekte te behandelen. Aldus modellen van angiogenese essentieel voor een beter begrip van de regulatie van de vorming van nieuwe bloedvaten en de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën om vasculaire groei te verbeteren of te verlagen.

Een fundamenteel element van angiogenese onderzoek is de keuze van een geschikt vasculair model. Veel in vitro modellen zijn ontwikkeld om de basisstappen van angiogenese zoals endotheliale celmigratie, proliferatie en overleving 2,3 reproduceren. Een veel gebruikte in vitro assay is de vorming van een vertakt netwerk van endotheelcellen op Matrigel matrix, hoewel tzijn niet specifiek voor endotheelcellen, noch nemen gewoonlijk de steun van pericyten en gladde spiercellen. Beoordeling van ex vivo kiemen angiogenese middels muis orgelcultuur zoals embryoid body assay, de aorta-ring assay en de foetale middenvoet assay maakt de analyse van angiogenese van endotheelcellen in de context van extra ondersteunende cellen. De belangrijkste beperkingen van deze testen omvatten het gebrek aan bloedstroming en regressie van vaten in de tijd, die een weinig tijd voor analyse. Daarom, om de regulering van angiogenese beter te begrijpen, in vivo modellen nodig zoals ontwikkeld in muizen met subcutaan geïmplanteerde spons of Matrigel pluggen, evenals de achterpoot ischemie model. Echter, zijn deze modellen uitdagend te analyseren vanwege de complexe 3D-architectuur van de neovessels. Daarentegen heeft de zebravis embryo een uitstekend model voor het visualiseren angiogenese bleek in het geheelorganisme 4. Echter, de muis evolutionair veel identiek aan humaan dan zebravis, waardoor de muis een voorkeursmodel in veel gevallen. Bijgevolg angiogenese van de postnatale muis netvlies staat voor een goed gekarakteriseerd methode van keuze voor angiogenese onderzoek. Het biedt niet alleen een fysiologische omgeving, maar ook een 2D vasculaire plexus die gemakkelijk kan worden gevisualiseerd met behulp van geschikte fluorescerende vlekken. De architectuur van het schip netwerk, endotheelproliferatie, kiemen, perivasculaire cel werving en vat verbouwing kunnen allemaal worden onderzocht met behulp van deze techniek.

In de neonatale muis netvlies, ontwikkeling van retinale bloedvaten optreedt in de eerste week na de geboorte. Muizen, in tegenstelling tot mensen, worden blind geboren en de netvliezen pas vascularized geworden na de geboorte. Netvliesvaten voort uit het midden van de retina nabij de oogzenuw postnatale dag 0 (P0) en ontwikkelen door angiogenese te vormen een zeer organiserend vasculaire plexus dat de retinale periferie circa P8 5 bereikt. Bloedvaten ontwikkelen op een karakteristieke wijze met de capillaire plexus geleidelijk naar buiten groeien van de optische schijf in de richting van de periferie naar een regelmatig wisselend patroon van slagaders en aders met een tussenliggende capillair netwerk genereren. De retinale vaatstelsel biedt een ideaal model om angiogenese te bestuderen omdat de schepen gemakkelijk kunnen worden geïdentificeerd als ze groeien in wat in wezen een 2D-vlak, waardoor het relatief eenvoudig om de retinale bloedvaten in flat-mount voorbereidingen 5 onderzoeken. Werkwijze voor het isoleren van de neonatale muis netvlies analyse van endotheliale tip celreacties meerdere uren ex vivo gerapporteerd 6. Alternatief, nader onderzoek van de gehele retinale vasculatuur en bijbehorende bloedvaten markers vereist immunokleuring van vaste monsters retina in verschillende stadia van ontwikkeling.

Hier bieden wijeen gedetailleerde beschrijving van een betrouwbare en technisch ongecompliceerd methode die wij voor whole-mount kleuring van het muizen retinale vasculaire plexus, de eerste enucleatie van de postnatale oog (zie 7) door de kleuring protocollen uiteindelijke beeldvorming onder de microscoop.

Protocol

Alle stappen worden uitgevoerd bij kamertemperatuur tenzij anders aangegeven. 1. Enucleatie en Fixatie van Postnatale Eyes Plaats op humane wijze gedood muis pup op zijn kant, verwijder de huid die het oog met een schaar. Gebruik een schaar en pincet voor het oog ophelderen. Plaats scharen onder de enucleated oog, snijd de oogzenuw en de omliggende weefsels en til het oog. Transfer naar een 24-wells plaat met 4% paraformaldehyde (PFA) bereid in 2x PBS bij kamer…

Representative Results

Na dissectie het netvlies moet eruit zien als een platte bloem (figuur 1). Door het protocol hierboven beschreven, kunnen endotheelcellen zichtbaar met isolectin B4-Alexa488 kleuring en ondersteuning vasculaire spiercellen gevisualiseerd met anti-gladde spier alfa actine (Figuur 2). De energiebesparende weergave met 5X doelstelling in figuur 2 kan een overzicht van de vasculaire ordening van de retina. Ook, door een andere combinatie van antilichamen die in het bovensta…

Discussion

De hier gepresenteerde methode biedt een eenvoudige en efficiënte manier om beelden van gebrandschilderd ganse berg voorbereidingen van neonatale muis netvlies te krijgen, waardoor het een gemakkelijk kwantificeerbare en fysiologisch relevante model van angiogenese. In eerste instantie kan de muis oog heel moeilijk te ontleden vanwege zijn kleine formaat en bol vorm, dus wat oefening en goede dissectie-instrumenten zijn nodig voor betrouwbare resultaten. Dissectie van de ogen bereid 2x concentratie PBS is belangrijk om…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gefinancierd door de Wellcome Trust en de British Heart Foundation.

Materials

      Material
Plastic pipettes 3 ml Scientific Laboratory Supplies PIP4210 Remove tip with scissors to create a wide bore
BD Falcon 24-well plates Scientific Laboratory Supplies 353226  
Select Petri dishes TV 90 mm Scientific Laboratory Supplies SLS2002  
Histobond slides VWR 631-0624  
Coverslips 22 x 22 mm VWR 631-1336  
Dumont Tweezers #5 World precision instruments 14095  
Spring scissors 10.5 cm long, with straight 8 mm blades World precision instruments 501235 Used for enucleation
Vannas scissors 8.5 cm long, with straight 7 mm blades, and 0.025 x 0.015 mm superfine tips World precision instruments 500086 Used for dissecting retina
Superfine vannas scissors 8 cm long with straight 3 mm blades, and 0.015 x 0.015 mm superfine tips World precision instruments 501778 Used for dissecting retina
crystal clear’ tubes 2 ml Starlab E1420-2000  
      Reagents
Sodium phosphate dibasic Sigma S0876 PBS reagent
Potassium phosphate monobasic Sigma P5655 PBS reagent
Sodium chloride Sigma S9625 PBS reagent
Paraformaldehyde Sigma P6148 Make up in 2x PBS and store at -20 °C
BSA Sigma A7638  
Triton X-100 Sigma T9284  
Donkey serum Sigma D9663  
Goat serum Vector S-1000  
Prolong Gold anti-fade reagent Invitrogen P36930 Mounting reagent
Isolectin GS-IB4-alexa 594 Invitrogen I21413 Use at 1:200 dilution
Isolectin GS-IB4-alexa 488 Invitrogen I21411 Use at 1:200 dilution
      Primary Antibodies
Anti-NG2 (rabbit polyclonal ) Millipore AB5320 Detects pericytes
Anti-GFAP (clone GA5, mouse monoclonal) Millipore MAB360 Detects astrocytes
Anti-Desmin (clone Y66, rabbit monoclonal) Millipore 04-585 Detects pericytes
Anti-Collagen IV (rabbit polyclonal ) Chemicon AB756P Detects vascular basement membrane
Anti-alpha smooth muscle actin-Cy3 (clone 1A4, mouse monoclonal) Sigma C6198 Detects vascular smooth muscle cells.
Anti-Endoglin (clone MJ7/18, rat monoclonal) BD Pharmingen 550546 Detects endothelial cells
Anti-CD31 (clone MEC13.3, rat monoclonal) BD Pharmingen 553370 Detects endothelial cells
Anti-VE-Cadherin (clone 11D4.1, rat monoclonal) BD Pharmingen 550548 Detects endothelial cell junctions
Anti-Alk1 (goat polyclonal) R&D Systems AF770 Detects endothelial cells
      Secondary Antibodies
Goat anti-rabbit-Alexa594 Invitrogen A11012 All secondary antibodies are aliquoted immediately on arrival and stored at -20 °C.
Goat anti-rat-Alexa488 Invitrogen A11006 All secondary antibodies are aliquoted immediately on arrival and stored at -20 °C.
Goat anti-rat-Alexa594 Invitrogen A11007 All secondary antibodies are aliquoted immediately on arrival and stored at -20 °C.
Goat anti-mouse-Alexa488 Invitrogen A11029 All secondary antibodies are aliquoted immediately on arrival and stored at -20 °C.
Donkey anti-goat-Alexa594 Invitrogen A11058 All secondary antibodies are aliquoted immediately on arrival and stored at -20 °C.
      Microscopes
Dissection microscope Zeiss Stemi SV6  
Camera Zeiss Axiocam HRc Camera for dissection microscope
Epifluorescent Microscope Zeiss Axioimager with Apotome  
Camera Zeiss Axiocam HRm Camera for Axioimager
Confocal Microscope Nikon A1R  

References

  1. Carmeliet, P., Jain, R. K. Molecular mechanisms and clinical applications of angiogenesis. Nature. 473 (7347), 298-307 (2011).
  2. Staton, C. A., et al. Current methods for assaying angiogenesis in vitro and in vivo. Int J. Exp. Pathol. 85 (5), 233-248 (2004).
  3. Goodwin, A. M. In vitro assays of angiogenesis for assessment of angiogenic and anti-angiogenic agents. Microvasc. Res. 74 (2-3), 172-183 (2007).
  4. Lawson, N. D., Weinstein, B. M. In vivo imaging of embryonic vascular development using transgenic zebrafish. Dev. Biol. 248 (2), 307-318 (2002).
  5. Fruttiger, M. Development of the retinal vasculature. Angiogenesis. 10 (2), 77-88 (2007).
  6. Sawamiphak, S., Ritter, M., Acker-Palmer, A. Preparation of retinal explant cultures to study ex vivo tip endothelial cell responses. Nat. Protoc. 5 (10), 1659-1665 (1038).
  7. Mahajan, V. B., Skeie, J. M., Assefnia, A. H., Mahajan, M., Tsang, S. H. Mouse eye enucleation for remote high-throughput phenotyping. J. Vis. Exp. (57), e3184 (2011).
  8. Pitulescu, M. E., Schmidt, I., Benedito, R., Adams, R. H. Inducible gene targeting in the neonatal vasculature and analysis of retinal angiogenesis in mice. Nat. Protoc. 5 (9), 1518-1534 (2010).
  9. Allinson, K. R., Lee, H. S., Fruttiger, M., McCarty, J., Arthur, H. M. Endothelial expression of TGFbeta type II receptor is required to maintain vascular integrity during postnatal development of the central nervous system. PLoS One. 7 (9), e39336 (2012).
  10. Mahmoud, M., et al. Pathogenesis of arteriovenous malformations in the absence of endoglin. Circ. Res. 106 (8), 1425-1433 (2010).
  11. Lebrin, F., et al. Thalidomide stimulates vessel maturation and reduces epistaxis in individuals with hereditary hemorrhagic telangiectasia. Nat. Med. 16 (4), 420-428 (2010).
  12. Pi, L., et al. Role of connective tissue growth factor in the retinal vasculature during development and ischemia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52 (12), 8701-8710 (2011).
  13. Powner, M. B., et al. Visualization of gene expression in whole mouse retina by in situ hybridization. Nat. Protoc. 7 (6), 1086-1096 (2012).

Play Video

Cite This Article
Tual-Chalot, S., Allinson, K. R., Fruttiger, M., Arthur, H. M. Whole Mount Immunofluorescent Staining of the Neonatal Mouse Retina to Investigate Angiogenesis In vivo. J. Vis. Exp. (77), e50546, doi:10.3791/50546 (2013).

View Video