Summary

מכתים Immunofluorescent הר שלם של רשתית עכבר ילודים לחקר אנגיוגנזה<em> בvivo</em

Published: July 09, 2013
doi:

Summary

הרשתית העכברית הילוד מספקת מודל מאופיין היטב פיסיולוגי של אנגיוגנזה, המאפשר חקירה של התפקידים של גנים או תרופות שונים המווסתים אנגיוגנזה ב<em> In vivo</em> הקשר. מכתים Immunofluorescent לדמיין במדויק מקלעת כלי הדם הוא מכריע להצלחה של סוגים של מחקרים אלה.

Abstract

אנגיוגנזה היא התהליך המורכב של היווצרות כלי דם חדשה שהוגדרה על ידי ההנבטה של ​​כלי דם חדשים מכלי רשת קיימת מראש. אנגיוגנזה ממלאת תפקיד מרכזי לא רק בהתפתחות נורמלית של איברים ורקמות, אלא גם במחלות רבות שבן היווצרות כלי דם היא dysregulated, כגון סרטן, עיוורון ומחלות איסכמי. בחייו בוגרים, כלי דם הם בדרך כלל שקטים כל כך אנגיוגנזה היא היעד חשוב לפיתוח תרופה חדשני כדי לנסות ולווסת את היווצרות כלי חדשה במיוחד במחלה. כדי להבין טוב יותר את אנגיוגנזה ולפתח אסטרטגיות מתאימות כדי להסדיר את זה, מודלים נדרשים שמשקפים במדויק את הפעולות הביולוגיות השונות כי הם מעורבים. רשתית ילוד העכבר מספקת מודל מצוין של אנגיוגנזה כי עורקים, ורידים ונימים לפתח כדי ליצור מקלעת כלי דם בשבוע הראשון לאחר לידה. מודל זה יש גם את היתרון שיש שתי דימבנה mensional (2D) מה שהופך את הניתוח פשוט לעומת האנטומיה 3D המורכבת של רשתות כלי דם אחרות. על ידי ניתוח של כלי דם ברשתית מקלעת בזמנים שונים לאחר לידה, ניתן לקיים את השלבים השונים של אנגיוגנזה מתחת למיקרוסקופ. מאמר זה מדגים הליך פשוט לניתוח בכלי הדם של רשתית באמצעות עכבר מכתים ניאון עם נוגדנים ספציפיים isolectin וכלי דם.

Introduction

אנגיוגנזה היא תהליך התפתחותי מורכב שהוגדר על ידי היווצרות של כלי דם חדשים מרשת כלי קיים והוא מוסדר על ידי מספר מסלולי איתות. הבולט ביותר של אלה הוא מסלול VEGF. VEGF הוא שוחרר על ידי תאי איסכמי ומוביל לייזום של angiogenic הנבטה בכלי דם סמוכים. התא האנדותל בכלי הדם המוביל מחיטה חדש הוא התא 'קצה', אשר מייצר filopodia שלהושיט יד לעבר המקור של VEGF, ואחריו מתרבה תאי האנדותל "גבעול". בדרך זו, תאי האנדותל המופעלים להגר ומתרבים לכיוון אזור בו הם יוצרים avascular צינורות כלי דם חדשים. על מנת לייצב את הצינורות אלה כדי לתמוך בזרימת דם, תאי האנדותל אינטראקציה עם pericytes ותאי שריר חלק, המקיפים את כלי הדם החדשים 1. אנגיוגנזה היא חיונית לכלי דם של העובר ורקמות גדלות. עם זאת, היא גם תורמת לרבים pathologiהפרעות cal כגון סרטן, ואילו פגמים באנגיוגנזה קשורים למחלות איסכמי. הפיתוח של טיפולים תרופתיים יעילים לויסות אנגיוגנזה כאמצעי לטיפול במחלה הוא אפוא עניין רב. לדוגמה, גורמים אנטי angiogenic יעילים יפחיתו צמיחת סרטן, בעוד אסטרטגיות פרו angiogenic יכולות לשמש לטיפול במחל איסכמית. לפיכך, מודלים של אנגיוגנזה הם חיוניים כדי להבין טוב יותר את הרגולציה של היווצרות כלי חדשה ולפתח אסטרטגיות טיפוליות חדשות כדי לשפר או להקטין צמיחת כלי דם.

אלמנט בסיסי של מחקר אנגיוגנזה הוא הבחירה של דגם כלי דם מתאים. רבים במודלים חוץ גופית כבר נועדו לשחזר את הצעדים הבסיסיים של אנגיוגנזה כגון תא האנדותל הגירה, שגשוג והישרדות 2,3. שימוש תכוף בassay חוץ גופית היא היווצרותה של רשת מסועפת של תאי האנדותל במטריצת Matrigel, אם כי לאשלו אינו ספציפי לתאי אנדותל, ואינו בדרך כלל לשלב תמיכה של pericytes או תאי שריר חלק. הערכה של אנגיוגנזה הנבטה vivo לשעבר באמצעות תרבות איבר עכבר כגון assay embryoid הגוף, assay טבעת אב העורקים ואת assay כף הרגל העוברי מאפשרת הניתוח של אנגיוגנזה של תאי האנדותל בהקשר של תאי תומכים נוספים. עם זאת, המגבלות העיקריות של מבחני אלה כוללים את חוסר זרימת דם ורגרסיה של כלי לאורך זמן, נותנים חלון מוגבל לניתוח. לכן, כדי להבין את הרגולציה של אנגיוגנזה בצורה מדויקת יותר, במודלי vivo נדרשים כגון אלו שפותחו בעכבר באמצעות ספוגים מושתלים מתחת לעור או תקעי Matrigel, כמו גם את מודל איסכמיה האיבר האחורי. עם זאת, המודלים האלה הם מאתגרים לנתח בשל ארכיטקטורת 3D המורכבת של neovessels. לעומת זאת, בעובר דג הזברה הוכיח מודל מצוין לאנגיוגנזה חזותית בכלהאורגניזם 4. עם זאת, את העכבר הוא קשור אבולוציונית הרבה יותר הדוק לאדם מאשר דג הזברה, מה שהופך את עכבר מודל מועדף במקרים רבים. כתוצאה מכך אנגיוגנזה של רשתית העכבר לאחר הלידה מייצגת שיטה מאופיינת היטב של בחירה עבור מחקר אנגיוגנזה. זה לא רק מספק הגדרה פיזיולוגית, אלא גם כלי דם מקלעת 2D, שניתן בקלות דמיין באמצעות כתמי ניאון מתאימים. הארכיטקטורה של רשת הכלי, התפשטות האנדותל, הנבטה, גיוס תא perivascular ושיפוץ כלי כל יכולה להיחקר באמצעות טכניקה זו.

ברשתית עכבר הילוד, פיתוח של כלי דם ברשתית מתרחש בשבוע הראשון של חיים לאחר לידה. עכברים, שלא כמו בני אדם, נולדים עיוורים ואת הרשתיות הפכו vascularized רק לאחר לידה. להתעורר כלי רשתית ממרכז הרשתית הקרוב לעצב הראייה ביום הלידה 0 (P0), ולפתח על ידי אנגיוגנזה כדי ליצור מאוד לארגןד כלי דם המגיעה למקלעת הפריפריה הרשתית בכ P8 5. כלי דם לפתח בצורה אופיינית עם מקלעת הנימים גדלה בהדרגה החוצה מהדיסק האופטי לכיוון הפריפריה כדי ליצור דפוס קבוע לסירוגין של עורקים וורידים עם רשת נימים להתערב. כלי הדם ברשתית מספק מודל אידיאלי ללמוד אנגיוגנזה כפי שניתן לזהות בקלות את כלי כפי שהם גדלים במה הוא בעצם מטוס 2D, ובכך הופכים אותו קל יחסית לבחון את כלי הדם ברשתית בהר שטוח הכנות 5. שיטה לבידוד רשתית ילוד העכבר לניתוח של תגובות תא אנדותל טיפ על כמה שעות vivo לשעבר כבר דווח 6. לחלופין, בחקירה מפורטת יותר של כלי הדם ברשתית השלם וכלי דם סמנים הקשורים דורשת immunostaining של דגימות רשתית קבועות בשלבים שונים של פיתוח.

כאן אנו מספקיםתיאור מפורט של שיטה אמינה וטכנית ישר קדימה, כי אנו משתמשים עבור כל צביעת הר כלי הדם ברשתית העכברית מקלעת, מenucleation הראשוני של העין לאחר הלידה (ראה גם 7) באמצעות פרוטוקולי הצביעה להדמיה סופית מתחת למיקרוסקופ.

Protocol

כל הצעדים נעשים בטמפרטורת חדר, אלא אם כן צוינו אחרת. 1. Enucleation וקיבוע של עיניים אחרי לידה הנח את העכבר הרג גור אנושי בצד שלה, להסיר את העור מכסה את העין עם מספריים. <li style=";text-align:right;d…

Representative Results

לאחר נתיחת הרשתית צריכה להיראות כמו פרח שטוח (איור 1). על ידי שימוש בפרוטוקול, שתואר לעיל, ניתן לראות תאי האנדותל באמצעות מכתים B4-Alexa488 isolectin ותמיכה בתאי שריר לב וכלי דם הם דמיינו באמצעות אקטין שריר חלק אנטי אלפא (איור 2). צפה בצריכת החשמל הנמוכה באמצעות …

Discussion

השיטה שהוצגה כאן מציעה דרך פשוטה ויעילה כדי להשיג תמונות של כל הכנות הר מוכתמות של רשתית עכבר ילוד, מה שהופך אותו מודל בקלות לכימות ורלוונטי מבחינה פיזיולוגית של אנגיוגנזה. בתחילה, עין העכבר יכולה להיות די קשה לנתח בשל גודלו הקטן וצורת גלובוס, ולכן חלק באימון וכלים טו…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה על ידי קרן Wellcome וקרן הלב הבריטית.

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