Summary

Hela Mount immunfluorescensfärgning av neonatal mus Retina att undersöka Angiogenesis<em> In vivo</em

Published: July 09, 2013
doi:

Summary

Den neonatala mus näthinnan ger en väl karakteriserad fysiologisk modell av angiogenes, vilket möjliggör undersökningar av rollerna av olika gener eller läkemedel som modulerar angiogenes i en<em> In vivo</em> Sammanhang. Immunfluorescensfärgning att exakt visualisera vaskulära plexus är avgörande för framgången för dessa typer av studier.

Abstract

Angiogenes är den komplexa processen av nya blodkärl som definieras av groning av nya blodkärl från en redan existerande kärl nätverk. Angiogenes spelar en viktig roll inte bara i normal utveckling av organ och vävnader, men också i många sjukdomar där blodkärl är oreglerad, såsom cancer, blindhet och ischemiska sjukdomar. I vuxenlivet, blodkärl är i allmänhet stilla så angiogenes är ett viktigt mål för nya läkemedel utveckling att försöka reglera kärlnybildning specifikt i sjukdomen. För att bättre förstå angiogenes och att utveckla lämpliga strategier för att reglera det, är modeller krävs att spegla de olika biologiska steg som är involverade. Musen neonatal näthinnan är en utmärkt modell av angiogenes eftersom artärer, vener och kapillärer utvecklas för att bilda en vaskulär plexus under den första veckan efter födseln. Denna modell har också fördelen av att ha en två-didimensionell (2D) struktur gör analysen enkel jämfört med den komplexa 3D anatomi andra vaskulära nätverk. Genom att analysera den retinal vaskulär plexus vid olika tidpunkter efter födseln, är det möjligt att följa de olika stadierna av angiogenes under mikroskop. Denna artikel visar ett enkelt förfarande för att analysera kärlsystemet av en mus näthinnan med fluorescerande färgning med isolectin och vaskulär specifika antikroppar.

Introduction

Angiogenes är en komplex utvecklingsprocess definieras av bildningen av nya blodkärl från en redan existerande kärl nätverk och regleras av flera signalvägar. Den mest framträdande av dessa är VEGF vägen. VEGF släpps av ischemiska celler och leder till inledandet av angiogena gro i angränsande blodkärl. Den ledande endotelcell från en ny vaskulär sprout är en "spets"-cell, som producerar filopodia att nå ut i riktning mot källan av VEGF, och följs av prolifererande "stjälk" endotelceller. På detta sätt aktiverade endotelceller migrera och proliferera mot ett avaskulärt område där de bildar nya vaskulära rör. För att stabilisera dessa rör för att stödja blodflöde, endotelceller interagera med pericyter och glatta muskelceller, som omger de nya blodkärl 1. Angiogenes är nödvändig för vaskularisering av embryot och växande vävnader. Däremot bidrar det också till många pathological sjukdomar som cancer, medan defekter i angiogenes är associerade med ischemiska sjukdomar. Utvecklingen av effektiva läkemedelsbehandlingar att reglera angiogenes som ett sätt att behandla sjukdomar är därför av stort intresse. Till exempel kommer effektiva anti-angiogena faktorer minska cancertillväxt, medan proangiogena strategier kan användas för att behandla ischemisk sjukdom. Således modeller av angiogenes är viktigt att förstå regleringen av kärlnybildning och för att utveckla nya terapeutiska strategier för att öka eller minska vaskulär tillväxt.

En grundläggande del av angiogenes forskning är valet av en lämplig vaskulär modell. Många in vitro-modeller har utformats för att återge de grundläggande stegen för angiogenes såsom endothelial cell migration, proliferation och överlevnad 2,3. En ofta använd in vitro-analys är bildandet av en grenad nätverk av endotelceller på en Matrigel matris, även om thans är inte specifik för endotelceller, och inte heller det ingår stöd av pericyter eller glatta muskelceller. Bedömning av ex vivo groning angiogenes använda kulturen mus organ såsom embryoid kropp-analysen, den aortaringen analysen och fostrets mellanfot analysen möjliggör analysen av angiogenes av endotelceller i samband med ytterligare stödjande celler. Men de viktigaste begränsningarna av dessa analyser är bristen på blodflödet och regression av fartyg över tiden, vilket ger ett begränsat fönster för analys. Därför, för att förstå regleringen av angiogenes mer exakt, är in vivo-modeller krävs, t.ex. de som utvecklats i musen med subkutant implanterade svampar eller matrigel pluggar, liksom bakbenet ischemi modell. Emellertid är dessa modeller utmanande att analysera på grund av den komplexa 3D arkitekturen i neovessels. Däremot har den zebrafisk embryot visat en utmärkt modell för att visualisera angiogenes i helaorganismen 4. Däremot är musen evolutionärt mycket närmare släkt med människor än zebrafisk, gör musen en önskad modell i många fall. Följaktligen angiogenes av postnatal mus näthinnan utgör en väl karakteriserad metoden för angiogenes forskning. Det ger inte bara en fysiologisk miljö, men också en 2D vaskulär plexus som lätt kan visualiseras med hjälp av lämpliga fluorescerande fläckar. Arkitekturen av fartyget nätverk, endotelial proliferation, groning, perivaskulär cellrekrytering och kärl remodeling kan alla undersökas använder denna teknik.

I neonatal mus näthinnan sker utvecklingen av retinala blodkärl i den första veckan av postnatal liv. Möss, till skillnad från människor, föds blinda och näthinnor bara bli vaskulariserad efter födseln. Retinala kärl uppstår från mitten av näthinnan nära synnerven vid postnatal dag 0 (P0), och de växer av angiogenes att bilda en mycket organiserad vaskulära plexus som når näthinnans periferi med cirka P8 5. Blodkärlen utvecklas på ett karakteristiskt sätt med kapillär plexus successivt växer utåt från optiken skivan mot periferin för att generera ett regelbundet alternerande mönster av artärer och vener med en mellanliggande kapillämätverk. Näthinnans blodkärl ger en idealisk modell för att studera angiogenes eftersom fartygen kan lätt identifieras som de växer i vad som egentligen är ett 2D-plan, vilket gör det relativt lätt att undersöka näthinnans blodkärl i platt-mount preparat 5. Förfarande för isolering av musen neonatal näthinnan för analys av endoteliala responser tip cell under flera timmar ex vivo har rapporterats 6. Alternativt krävs en mer ingående undersökning av hela retinal kärlsystemet och tillhörande vaskulära markörer immunfärgning av fasta näthinnan prover vid olika stadier av utveckling.

Här ger vien detaljerad beskrivning av en tillförlitlig och tekniskt rättfram metod som vi använder för hela montera färgning av murina retinal vaskulär plexus, från den initiala enucleation av postnatal ögat (se även 7) genom färgning protokollen till final avbildning under lupp.

Protocol

Alla steg utfördes vid rumstemperatur, om inte annat anges. Ett. Enucleation och Fixering av efter förlossningen Eyes Placera avlivas mus valp på sin sida, ta bort huden som täcker ögat med en sax. Använd en sax och pincett för att enucleate ögat. Placera sax under enukleerat ögat, skär synnerven och omgivande vävnader och lyft ur ögat. Överför till en 24-brunnars platta innehållande 4% paraformaldehyd (PFA) tillverkad i 2x PBS vid rumstemperatur…

Representative Results

Efter dissektion näthinnan ska se ut som en platt blomma (Figur 1). Genom användning av protokollet, som beskrivs ovan, kan endotelceller ses med isolectin B4-Alexa488 färgning och stödja vaskulära muskelceller visualiseras med anti-alpha glattmuskelaktin (Figur 2). Den låga effektförbrukningen vyn med en 5X mål i figur 2 tillåter en överblick över den vaskulära organisationen av näthinnan. Också genom att använda en annan kombination av antikroppar som a…

Discussion

Den metod som presenteras här ger ett enkelt och effektivt sätt att få bilder av färgade hela berget beredningar av neonatala möss näthinnor, vilket gör det till en lätt mätbar och fysiologiskt relevant modell av angiogenes. Inledningsvis kan musen ögat vara ganska svårt att dissekera grund av sin ringa storlek och klot form, så lite träning och goda Dissektionsverktyg behövs för tillförlitliga resultat. Dissektion av ögon framställda i 2x koncentration av PBS är viktigt eftersom detta orsakar en lite…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete har finansierats av Wellcome Trust och den brittiska 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