Summary

Quantification des niveaux d’éthanol dans les embryons de poisson zèbre à l’aide de la chromatographie de gaz de l’espace de tête

Published: February 11, 2020
doi:

Summary

Ce travail décrit un protocole pour quantifier les niveaux d’éthanol dans un embryon de poisson zèbre à l’aide de la chromatographie de gaz de l’espace de la tête à partir de méthodes d’exposition appropriées au traitement des embryons et à l’analyse de l’éthanol.

Abstract

Les troubles du spectre de l’alcoolisation fœtale (ETCAF) décrivent un continuum très variable de défauts développementaux induits par l’éthanol, y compris les dysmorphologies faciales et les déficiences neurologiques. Avec une pathologie complexe, l’ETCAF touche environ 1 enfant sur 100 né aux États-Unis chaque année. En raison de la nature très variable de l’ETCAF, les modèles animaux se sont avérés essentiels dans notre compréhension mécaniste actuelle des défauts de développement induits par l’éthanol. Un nombre croissant de laboratoires se sont concentrés sur l’utilisation du poisson zèbre pour examiner les défauts de développement induits par l’éthanol. Les poissons zèbres produisent un grand nombre d’embryons fécondés, génétiquement traitables et translucides. Cela permet aux chercheurs de contrôler avec précision le moment et la posologie de l’exposition à l’éthanol dans de multiples contextes génétiques et de quantifier l’impact de l’exposition à l’éthanol embryonnaire grâce à des techniques d’imagerie en direct. Ceci, combiné avec le degré élevé de conservation de la génétique et du développement avec l’homme, s’est avéré le poisson zèbre pour être un modèle puissant dans lequel étudier la base mécaniste de la tératogénicité d’éthanol. Cependant, les schémas d’exposition à l’éthanol ont varié entre les différentes études sur le poisson zèbre, ce qui a confondu l’interprétation des données sur le poisson zèbre dans ces études. Voici un protocole pour quantifier les concentrations d’éthanol dans les embryons de poissons zèbres à l’aide de la chromatographie de gaz de l’espace de la tête.

Introduction

Les troubles du spectre de l’alcoolisation fœtale (ETCAF) décrivent un large éventail de déficiences neurologiques et de dysmorphologies craniofaciales associées à l’exposition à l’éthanol embryonnaire1. De multiples facteurs, y compris le moment et la posologie de l’exposition à l’éthanol et le bagage génétique, contribuent à la variation de l’ETCAF2,3. Chez l’homme, la relation complexe de ces variables rend difficile l’étude et la compréhension de l’étiologie de l’ETCAF. Les modèles animaux se sont avérés cruciaux dans le développement de notre compréhension de la base mécaniste de la tératogénicité de l’éthanol. Une grande variété de systèmes de modèles animaux a été utilisé pour étudier de multiples aspects de l’ETCAF et les résultats ont été remarquablement compatibles avec ce qui se trouve dans l’exposition chez l’homme4. Les systèmes modèles de rongeurs sont utilisés pour examiner de nombreux aspects de l’ETCAF, avec des souris étant les plus communs5,6,7. La majorité de ces travaux ont porté sur les défauts de développement à l’exposition précoce à l’éthanol8, bien que l’exposition ultérieure à l’éthanol a été montré pour causer des anomalies du développement ainsi9. En outre, les capacités génétiques des souris ont grandement aidé dans notre capacité à sonder les fondements génétiques de l’ETCAF10,11. Ces études chez la souris suggèrent fortement qu’il existe des interactions gènes-éthanol avec la voie du hérisson sonore, la signalisation acide rétinoïque, Superoxide dismutase, oxyde nitrique synthase I, Aldh2 et Fancd28,10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20,21. Ces études montrent que les modèles animaux sont essentiels pour faire progresser notre compréhension de l’ETCAF et de ses mécanismes sous-jacents.

Le poisson zèbre a émergé comme un système modèle puissant pour examiner de nombreux aspects de la tératogenèse de l’éthanol22,23. En raison de leur fécondation externe, de leur fécondité élevée, de leur région génétique et de leurs capacités d’imagerie vivante, le poisson zèbre est idéal pour étudier des facteurs tels que le moment, la posologie et la génétique de la tératogénèse à l’éthanol. L’éthanol peut être administré à des embryons mis en scène avec précision et les embryons peuvent ensuite être représentés pour examiner l’impact direct de l’éthanol pendant les processus de développement. Ce travail peut être directement lié à l’homme, parce que les programmes génétiques de développement sont fortement conservés entre le poisson zèbre et l’homme et peuvent donc aider à guider les études humaines de l’ETCAF24. Alors que le poisson zèbre a été utilisé pour examiner la tératogénèse à l’éthanol, un manque de consensus dans la déclaration des concentrations d’éthanol embryonnaire rend la comparaison avec les humains difficile25. Dans les systèmes de mammifères, les niveaux d’alcool dans le sang sont directement corrélés aux niveaux d’éthanol tissulaire26. Bon nombre des études sur le poisson zèbre traitent les embryons avant la formation complète de leur système circulatoire. En l’absence d’échantillon maternel à examiner, un processus d’évaluation des concentrations d’éthanol est nécessaire pour quantifier les niveaux d’éthanol à l’intérieur de l’embryon. Ici nous décrivons un processus pour quantifier des concentrations d’éthanol dans un embryon en développement de poisson zèbre utilisant la chromatographie de gaz d’espace de tête.

Protocol

Tous les embryons de poissons zèbres utilisés dans cette procédure ont été élevés et élevés selon les protocoles établis de l’IACUC27. Ces protocoles ont été approuvés par l’Université du Texas à Austin et l’Université de Louisville. REMARQUE: La ligne de poisson zèbre Tg(fli1:EGFP)y1 a été utilisée dans cette étude28. Toute l’eau utilisée dans cette procédure est stérile eau d’osmose inverse…

Representative Results

Les niveaux d’éthanol dans le sang ne peuvent pas être déterminés chez les poissons zèbres embryonnaires précoces, car ils n’ont pas de système circulatoire entièrement formé. Pour déterminer le niveau de concentration d’éthanol dans les embryons de poissons zèbres, les niveaux d’éthanol sont mesurés directement à partir de tissus embryonnaires homogénéisés. Pour bien mesurer les concentrations embryonnaires d’éthanol, il faut tenir compte du volume embryonnaire. L’embryon (jaune attaché) …

Discussion

En tant que modèle de développement, le poisson zèbre est idéal pour étudier l’impact des facteurs environnementaux sur le développement. Ils produisent un grand nombre d’embryons fécondés à l’extérieur, ce qui permet un moment précis et des paradigmes de dosage dans les études sur l’éthanol. Ceci, combiné avec les capacités d’imagerie en direct et la conservation génétique et développementale avec les humains, font du poisson zèbre un puissant système modèle pour les études de tératologi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

La recherche présentée dans cet article a été soutenue par des subventions antérieures des National Institutes of Health/National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIH/NIDCR) R01DE020884 à J.K.E. et National Institutes of Health/National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIH/NIAAA) F32AA021320 to C.B.L. et par la subvention actuelle des National Institutes of Health/National Institute on Alcohol Abuse (NIH/NIAAA) R00AA023560 to C.B.L. Nous remercions Rueben Gonzales d’avoir fourni et aidé à l’analyse des chromatographes à gaz. Nous remercions Tiahna Ontiveros et la Dre Gina Nobles.

Materials

Air Provided by contract to the university
Analytical Balance VWR 10204-962
AutoSampler, CP-8400 Varian Gas Chromatograph Autosampler
Calcium Chloride VWR 97062-590
Ethanol Decon Labs 2701
Gas chromatograph vial with polytetrafluoroethylene/silicone septum and plastic cap 2 mL Agilent 8010-0198 Can reuse the vials after cleaning, but not the caps/septa
Gas Chromatograph, CP-3800 Varian
Helium Provided by contract to the university
HP Innowax capillary column Agilent 19095N-123I 30 m x 0.53 mm x 1.0 μm film thick
Hyrdogen Provided by contract to the university
Magnesium Sulfate (Heptahydrate) Fisher Scientific M63-500
Microcentrifuge tube 1.5 mL Fisher Scientific 2682002
Micropipette tips 10 μL Fisher Scientific 13611106
Micropipette tips 1000 μL Fisher Scientific 13611127
Micropipette tips 200 μL Fisher Scientific 13611112
Petri dishes 100 mm Fisher Scientific FB012924
Pipetman L p1000L Micropipette Gilson FA10006M
Pipetman L p200L Micropipette Gilson FA10005M
Pipetman L p2L Micropipette Gilson FA10001M
Polytetrafluoroethylene/silicone septum and plastic cap Agilent 5190-7021 Replacement caps/septa for gas chromatograph vials
Potassium Chloride Fisher Scientific P217-500
Potassium Phosphate (Dibasic) VWR BDH9266-500G
Pronase VWR 97062-916
Silica Beads .5 mm Biospec Products 11079105z
Silica Beads 1.0 mm Biospec Products 11079110z
Sodium Bicarbonate VWR BDH9280-500G
Sodium Chloride Fisher Scientific S271-500
Sodium Phosphate (Dibasic) Fisher Scientific S374-500
Solid-phase microextraction fiber assembly Carboxen/Polydimethylsiloxane Millipore Sigma 57343-U Replacement fibers
Star Chromatography Workstation Varian Chromatography software
Thermogreen Low Bleed (LB-2) Septa Millipore Sigma 23154 Replacement inlet septa

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Cite This Article
Lovely, C. B. Quantification of Ethanol Levels in Zebrafish Embryos Using Head Space Gas Chromatography. J. Vis. Exp. (156), e60766, doi:10.3791/60766 (2020).

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