Burada damar içi DiI enjeksiyonu ile birlikte civcivGFP nöral tüp intraspsi greftleme kullanılarak nöral kret hücrelerinin ve kan damarlarının çift etiketlendiğini bildiriyoruz. Bu deneysel teknik, organogenez sırasında NCC türevi (enterik) sinir sisteminin ve vasküler sistemin gelişimini aynı anda görselleştirmemizi ve incelememizi sağlar.
Gelişmekte olan tüm organların hem sinir sistemine (duyusal ve motor kontrol için) hem de vasküler sisteme (gaz değişimi, sıvı ve besin temini için) bağlanması gerekir. Sonuç olarak, hem sinir hem de damar sistemleri yan yana gelişir ve dallanma mimarilerinde çarpıcı benzerlikler paylaşır. Burada, nöral kret türevi sinir dokusunun (bu durumda enterik sinir sistemi) ve vasküler sistemin eşzamanlı gelişimini incelememize izin veren embriyonik manipülasyonları rapor ediyoruz. Bu, nöral tüpün ayrık segmentlerinin ve ilişkili nöral kretin nakliyle tavuk chimeras’larının aynı embriyoda vasküler DiI enjeksiyonu ile birleştirilmesiyle elde edilir. Yöntemimiz, tür içi aşılama için transgenik civcivGFP embriyoları kullanır ve nakil tekniğini 1970’lerden beri büyük etkiyle kullanılan klasik bıldırcın-civciv türler arası aşılama protokolünden daha güçlü hale getirir. CivcivGFP-civciv intraspsi greftleme, nakledilen hücrelerin ve bunların sağlam dokulardaki projeksiyonlarının görüntülenmesini kolaylaştırır ve tür farklılıklarıyla bağlantılı hücre gelişimindeki potansiyel önyargıları ortadan kaldırır. Bu yöntem, enterik sinir sisteminin ve vasküler sistemin birlikte gelişimini incelemek için kuş embriyosunun (diğer omurgalı embriyolarla karşılaştırıldığında) erişim kolaylığından tam olarak yararlanır.
Tavuk embriyosu omurgalı gelişim biyolojisinde paha biçilmez bir model organizmadır, çünkü ovo’daki gelişimi, rahimdegelişen omurgalılarda yapılması imkansız olan deneysel manipülasyonlara izin verdiğinden. Bu erişilebilirlik ve manipülasyon kolaylığı, civciv embriyosunun gelişim biyolojisi alanındaki birçok ufuk açıcı keşifte kilit roller oynamasına yol açmıştır. En güçlü teknikler arasında, 1970’lerde Profesör Nicole Le Douarin’in öncülük ettiği bir yöntem olan hücre kaderini incelemek için bıldırcın-civciv kimerik embriyoların kullanılmasıolmuştur. Özellikle, bıldırcın civciv chimeras, erken gelişim sırasında son derece göçmen sinirsel tepe hücresi (NCC) popülasyonlarını genetik olarak işaretlemek ve takip etmek için özellikle yararlı olmuştur. NCC, sinir tüpünün kenarlarındaki dorsal ektodermde ortaya çıkan ve omurgalı embriyo boyunca çok çeşitli hücre tiplerine yol açan çok güçlü bir göçmen hücre popülasyonudur. Bunlar kraniyofasiyal yapılar (kıkırdak, kemik, kaslar), nöronlar ve glia (duyusal ve otonom sinir sistemlerinde), melanositler ve endokrin sistemin hücrelerinin bir alt nüfus2,4,5. NCC kaderini etkileyen en önemli faktörlerden biri, sinir tüpünün ön-arka ekseni boyunca ilk konumlarıdır. Örneğin, enterik sinir sisteminin (ENS) nöronlarına ve glialarına yol açan enterik NCC, iki ayrı alt popülasyondan kaynaklanır: birincisi vagal (kaudal hindbrain) bölgesinde ve ikincisi nöral tüpün sakral bölgesinde6-13. Sinir tüpünün ilgili bölgelerinin inter veya tür içi aşılaması, bu hücreleri kalıcı olarak etiketlemek ve daha sonra nöral tüpün kenarlarındaki doğumlarından sindirim sistemi içindeki son varış yerlerine kadar izlemeye izin vermek için tercih edilen teknikler olmuştur6,7,10.
Civcivde diğer hayvan modellerine kıyasla daha kolay gerçekleştirilen bir başka embriyonik manipülasyon, damar sisteminin hayati etiketlemesidir. Gerçekten de, civciv embriyosu geliştikçe, yumurta sarısından oksijen ve besinleri dolaşan ekstra embriyonik bir vasküler ağın üzerine uzanır. Yumurta sarısının yüzeyinde bulunan bu erişilebilir vasküler ağ, organogenez12,14-17sırasında embriyonun gelişen damar sistemini etiketlemek için bir geçit olarak kullanılabilir. Lipofilik boya DiI gibi çeşitli boyaların intravasküler enjeksiyonu, nascent vasküler ağın tüm ışıklı damarlarının tanımlamasını / lekelenmesini mümkün kılar.
Gelişmekte olan organların hem sinir sistemine (duyusal ve motor kontrol için) hem de vasküler sisteme (gaz değişimi, sıvı ve besin kaynağı için) bağlanması gerektiğinden, iki ağ yan yana gelişir ve dallanma mimarilerinde çarpıcı benzerlikler paylaşır18-20. Burada, organogenez sırasında NCC türevi ENS’in damar sistemi ile birlikte eşzamanlı gelişimini incelememizi sağlayan embriyonik manipülasyonları rapor ediyoruz. Bu, nöral kret de dahil olmak üzere sinir tüpünün ayrı bölümlerinin vasküler DiI enjeksiyonu ile birlikte nakli ile tavuk chimeras üretilerek elde edilir. Bıldırcın-tavuk chimeras’tan bir ilerleme olarak, yöntemimiz transgenik GFP civciv embriyolarını tür içi aşılama için kullanır, nakil tekniğini görüntüleme hücreleri ve projeksiyonları açısından daha güçlü hale getirir ve tür farklılıklarıyla bağlantılı potansiyel önyargıları ortadan kaldırır.
İntraspiller nöral tüp greftleme yöntemi, burada açıklanan kan damarı etiketlemesi ile birlikte, otonom sinir sistemi (ENS) ve vasküler sistemin bir elemanının birlikte gelişimini incelemek için yumurta içindeki kuş embriyosunun (diğer omurgalı embriyolarla karşılaştırıldığında) erişim kolaylığından tam olarak yararlanır.
NCC türevlerini etiketlemek için, tarif ettiğimiz civcivGFP-civciv intraspes greftleme yönteminin, 40 yıl önce1-3yıl önce kurulan klasik bıldırcın-civciv kimera yöntemine göre bir dizi avantajı vardır. İlk olarak, FITC ışığı altında, GFP floresan, GFP+ hücrelerinin canlı kimerik embriyolarda kolayca ayırt edilebilen ölçüde son derece parlaktır. Bu, greftin başarısının ovo’dakontrol edilmesini sağlarken, bıldırcın-civciv aşılaması embriyonun QCPN kullanılarak öldürülmesini, işlenmesini ve bağışıklık sisteminin kullanılmasını gerektirir, greftin başarısı tespit edilemeden önce2. İkincisi, transgenik civcivGFP’deki GFP ifadesi sitoplazmiktir, bu nedenle sadece hücre gövdelerini etiketlemekle kalmaz, aynı zamanda nakledilen hücrelerin projeksiyonlarının görselleştirilmesine izin verir22. Bu, karmaşık nöronal ağların yüksek çözünürlükte gözlemlenmesine izin sağlar (numune anti-GFP antikoru ile immünostain edildiğinde ince projeksiyonların en iyi şekilde görselleştirildiğini unutmayın). QCPN etiketlemesi bıldırcın hücresi çekirdeği ile sınırlı olduğundan, bu tür ağlar bıldırcın-civciv chimeras kullanılarak ortaya çıkmaz. Üçüncü olarak, tür içi aşılama, kimerik embriyodaki hücreler arasındaki potansiyel tür farklılıklarını ortadan kaldırır. Bıldırcın embriyoları civcivden daha kısa bir kuluçka süresine sahip olduğundan (19 güne karşı 21 gün) bıldırcın hücrelerinin civciv hücrelerinden daha yüksek bir çoğalma oranına sahip olduğu ve bunun kimerik dokuların gelişimini potansiyel olarak etkileyebileceği öne sürlenmiştir23. İlginçtir ki, bitkilerde türler arası aşılamanın konak 24’tekiDNA metilasyon desenlerinde kapsamlı değişiklikler üretebileceği gösterilmiştir. Dördüncüsü, civcivGFP, NCC kaderi ve hücre taahhüdü25gibi konuları ele almak için geri nakil deneylerini kolaylaştırır. Beşinci olarak, transgenik civcivGFP, GFP + hücre alt popülasyonlarının FACS tasnifleri, GFP + hücreleri içeren organların organotipik kültürü, GFP + aşılı dokunun ifade plazmidlerinin elektroporasyon yoluyla genetik manipülasyonu26ve optik projeksiyon tomografisi27gibi diğer görüntüleme teknolojileri gibi diğer birçok teknik için de yararlıdır.
Nöral tüp transplantasyon yaklaşımı, mikrocerrahi olarak daha kısa miktarlarda nöral tüp değiştirilerek değiştirilebilir. Daha küçük sinir tüpü segmentleri kullanılarak mikrocerrahi embriyoya potansiyel olarak daha az zarar verir ve sağkalım geliştirilebilir. Bununla birlikte, daha az sinir tüpü naklinin dezavantajı, konaktaki GFP + NCC sayısının azaltılacak olmasıdır. Kullanıcılar, embriyoların optimum hayatta kalmasını sağlamak için nakledilen nöral tüp miktarı ile konak bağırsak içindeki GFP + NCC sayıları arasında bilgilendirici sonuçlar vermek için yeterli bir denge kurmaya çalışabilir.
Gemi boyama için DiI, floresanlarının çok parlak ve sağlam olması avantajına sahiptir. Ayrıca, en iyi açılan kılcal damarların lekelenmesi için fiksasyon sırasında dağıtma kapasitesine sahiptir. Hayati bir boya olduğundan, embriyolar enjeksiyon prosedüründen sağ çıkabilir ve lekeli bir vasküler sistemle gelişmeye devam edebilir (lekelenme zamanla daha dakik hale gelse de, elimizde 24 saate kadar, bkz. Şekil 3E). Bu nedenle civcivGFP greftlemenin DiI vasküler boyama ile kombinasyonu canlı görüntüleme ile uyumludur. Tüm bu avantajların yanı sıra, vasküler enjeksiyonun sadece ışıklı damarları etiketlediğini ve bu nedenle açılmamış kılcal damarları, endotel uç hücrelerini veya izole endotel hücrelerini tanımlamadığını belirtmek önemlidir. Bununla birlikte, kuş transgenezinde daha fazla ilerleme, vasküler morfogenez28’iincelemek için Tg (tie1:H2B-eYFP) bıldırcın embriyolarını kullanan deneylerle örneklenen bu tür sorunları atlatmak için yeni yollar sağlayabilir. Bu tekniğin bir başka sınırlaması, E7.5 ve ötesindeki embriyolarda etkili damar etiketlemesi için, deneyleri pahalı hale getirebilecek daha büyük miktarlarda boya enjekte edilmesi gerektiğidir. Bununla birlikte, tekniğin bir modifikasyonu düşük maliyetli kan damarı etiketleme vurgulayıcı mürekkede14, bu yaklaşım elimizde denenmemiş olsa da.
Prosedürlerin kritik adımları, blastodisc’in altına mürekkep enjekte ederek embriyoyu görselleştirme işlemini içerir. Sarısını kaplayan zar bu aşamada mürekkep dolu iğne ile yırtılırsa embriyo sağkalımı ciddi şekilde tehlikeye girer. Ayrıca, bir donör sinir tüpü hazırlarken, dokunun pankreasta aşırı uzun süre bırakılmaması önemlidir (maksimum olarak yaklaşık 10 dakikayı düşünün). Pankreasa uzun süre maruz kalmak dokuya zarar verir ve sinir tüpünün kullanımı daha sonra zordur ve konak haline iyi dahil olmaz. DiI enjeksiyon tekniğinin vahşi tip embriyolar üzerinde deneyim kazanması, kimerik embriyoları enjekte etmeden önce gereklidir, çünkü her embriyo için genellikle sadece bir enjekte etme girişimi mümkündür. DiI hacmi ve iğne çapı her embriyo için kritik parametrelerdir ve vahşi tip, evre ile eşleştirilen kontroller üzerinde değerlendirilmelidir.
Sonuç olarak, canlı civciv embriyolarında nöral tüp nakli ve DiI damar boyama ikili etiketleme yöntemimiz organogenez sırasında NCC ve kan damarı ağları arasındaki ilişkileri araştırmak için kullanılabilir. Organ gelişimi sırasında doğru hedef innervasyonu ve vaskülerizasyonun kurulmasından sorumlu mekanizmaların hala büyük ölçüde bilinmediği göz önüne alındığında, bu metodoloji bu alanda gelecekteki keşifler için potansiyel barındırmaktadır.
The authors have nothing to disclose.
Döllenmiş GFP tavuk yumurtaları Prof. Helen Sang, Roslin Enstitüsü ve İngiltere Edinburgh Üniversitesi tarafından sağlandı. Roslin Transgenik Tavuk Tesisi Wellcome Trust ve Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi (BBSRC) tarafından finanse edilir. Çalışma kısmen finanse edildi ve NT, Great Ormond Street Hospital Children’s Charity, Londra, İngiltere tarafından desteklendi. Yazarlar, embriyoların aşı için hazırlanmasına yardımcı olan UCL Çocuk Sağlığı Enstitüsü Ben Jevans’a teşekkür ediyor.
Name of the Material/Equipment | Company | Catalog Number |
Fertilised chick eggs | Henry Stewart and Co, Louth, UK | |
Fertilised GFP chick eggs | The Transgenic Chicken Facility, The Roslin Institute, The University of Edinburgh | |
Egg incubator (Profi-H Hatcher) | Lyon Technologies, CA, USA | 910-033 |
14C Incubator | Precision Cooled Incubator, Leec Ltd., Nottingham, UK | Model LT2 |
Stereo-microscope | LEICA | Model MZ 12.5 |
Digital Camera | LEICA | DC500 |
Image acquisition software | LEICA | IM50 |
Goose neck halogen cold light source | Advanced Imaging Concepts, Inc | KL 1500 LCD |
181⁄2 G hypodermic needle | SIGMA – ALDRICH | HSWNH181 |
Pancreatin | SIGMA – ALDRICH | P3292 |
DMEM | SIGMA – ALDRICH | D5030 |
Goat serum | SIGMA – ALDRICH | G6767 |
5ml syringe | SIGMA – ALDRICH | Z248010 |
Mouth tube | SIGMA – ALDRICH | A5177 |
Sigma Pasteur pipettes non-plugged, L 5 3/4 in. | SIGMA – ALDRICH | S6018 |
Transfer pipettes, polyethylene | SIGMA – ALDRICH | Z350796 |
Borosillicate glass capillaries, thin wall without filament | Harvard apparatus | PY8 30-0035 |
Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-09 |
Curved Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14059-09 |
Needle holders (Nickel-plated pin holder) | Fine Science Tools | 26018-17 |
Pascheff-Wolff Spring Scissors | Fine Science Tools | 15371-92 |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-30 |
Minutien pins | Fine Science Tools | 26002-15 |
Dumont AA forceps, Inox Epoxy- coated | Fine Science Tools | 11210-10 |
Perforated spoon | Fine Science Tools | 10370-18 |
Tungsten needles (0.125mm diameter) | Fine Science Tools | 10130-05 |
Sellotape (clear, 24mm width) | Any Supplier | |
Pen/Strep (Penicillin, Streptomycin) Solution | VWR international | 101447-068 |
Sylgard 184 silicone elastomer kit | Dow Corning | S09 512 516 |
Pelikan black ink | Pelikan | 211-169 |
CellTracker CM-DiI | Molecular Probes | C-7001 |
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Molecular Probes | D1306 |
Settings for glass needle puller | Sutter Instruments | Flaming/Brown micropipette puller model P-86 |
Heat 950; Pull 150; Velocity 100; Time 200; Pressure 500 |