The zebrafish is an excellent model system for genetic and developmental studies. Bead implantation is a valuable tissue manipulation technique that can be used to interrogate developmental mechanisms by introducing alterations in local cellular environments. This protocol describes how to perform microbead implantation in the zebrafish embryo.
برزت الزرد كنظام نموذج الجيني قيمة لدراسة البيولوجيا التطورية والأمراض. الزرد تبادل درجة عالية من الحفظ الجيني، فضلا عن التشابه في العمليات الخلوية والجزيئية والفيزيولوجية، والفقاريات الأخرى بما في ذلك البشر. أثناء تطور الجنين في وقت مبكر والأجنة الزرد شفافة بصريا، مما يسمح للباحثين لتصور ديناميات توالد باستخدام stereomicroscope بسيط. زرع Microbead هو الطريقة التي تمكن التلاعب الأنسجة من خلال تغيير العوامل في البيئات المحلية. هذا يسمح للباحثين لفحص آثار أي عدد من الجزيئات يشير المصالح، مثل الببتيدات يفرز عند نقاط المكانية والزمانية محددة داخل الجنين النامي. هنا، ونحن بالتفصيل بروتوكول لكيفية التعامل مع وحبات الزرع خلال تطوير الزرد في وقت مبكر.
الباحثين البيولوجيا التطورية تستخدم مجموعة واسعة من وسائل الخلوية والجزيئية والجينية للكشف عن الآليات التي تتحكم في كيفية تشكيل كائن حي. من بين هذه المناهج، والتلاعب الأنسجة هو أداة رئيسية في فك رموز أسئلة معقدة حول مصير الخلية، والحركة الخلوية، وتنظيم الأنسجة. طريقة واحدة لتغيير البيئات الأنسجة المحلية من خلال تطبيق الجراحي للبلي التي تستخدم لتوصيل مصدر البؤري من البروتينات أو غيرها من الجزيئات يشير الى 1. وقد نفذت على نطاق واسع هذا النوع من التلاعب التجريبية في الكلاسيكية نماذج علم الأجنة الفقارية، مثل الضفادع وفرخ 2.
أصبح الزرد كائن نموذجا الفقاريات المهم لدراسة توالد ويوفر أيضا العديد من المزايا الفريدة لنمذجة مرض 3-5 كما أنهما يشتركان الحفظ وراثية عالية مع البشر 6. ولا سيما الشفافية البصرية والسابقينتطوير ternal الجنين الزرد تقدم وجهة نظر لا مثيل لها لمراقبة الأنسجة تطور الجنين 3-5. وقد ولدت تنفيذ شاشات الوراثية إلى الأمام على نطاق واسع مستودع قوية من سلالات متحولة الزرد لمزيد من الدراسة 7،8، وتحديد أساليب الفحص البديلة التي يمكن أن تتم بكفاءة على نطاق أضيق في المختبرات واحدة 9،10. مزيد من العمل التجريبي مع الزرد وقد سهلت من خلال التقدم في منهجيات المعدلة وراثيا وعكس النهج الوراثية 11،12، وكذلك الوراثة الكيميائية 13-15.
تقنيات التلاعب الأنسجة، مثل تنفيذ بلي، لم تكن كما تستخدم على نطاق واسع في الزرد، ولكن مع ذلك توفر أداة مفيدة لزيادة فهم الإشارات الخلوية خلال التنمية. وقد استخدم Microbead زرع للتحقيق في عمليات تشكيل جهاز في شبكية العين الزرد16،17، 18 القلب والدماغ 19-22، العصبية قمة 23، وزعنفة 24،25. في هذه الدراسات وغيرها، وقد تم تطبيق الخرز أثناء التطور في فهم انتشار الجزيئات مما يشير 26، وكيف تؤثر التدرجات الهجرة الخلية 27 و 28 محوري الزخرفة. وفي الآونة الأخيرة، وقد استخدمت بلي لتقييم آليات التجديد في الزرد البالغين 29. في الدراسات التنموية، على سبيل المثال، وفرت العمل microbead الزرد نظرة ثاقبة آليات تشكيل أطرافهم من خلال دراسات من الزعنفة الصدرية 25. برعم الزعنفة الصدرية الزرد هو مثلي إلى برعم forelimb في الماوس 30 و 31 فرخ. برعم الفقاريات أطرافهم واثنين من العقد إشارة أساسية: منطقة النشاط الاستقطاب (ZPA) التي تنص على محور الأمامي-لاحق من خلال التعبير عن القنفذ الصوتي (Shh على) والأهداف هوكس الجين المصب،ومرتفعات الأدمة القمي (AER) الحالي في طرف برعم الطرف، الذي يعمل على إنشاء الأقرب إلى هوية البعيدة من الأطراف من خلال التعبير عن عوامل النمو الأرومية الليفية (FGFs). وبزرع بلي صندوق الأجيال القادمة غارقة في المسوخ الوراثية SHH الزرد والمحققين حددت جمعية جيل المستقبل أمر ضروري لتقدم دورة الخلية ونمو الأطراف الفقارية 25. بالإضافة الى جمعية جيل المستقبل وShh على إشارات أجهزة الطرد المركزي التي تحدد هوية الموضعية، ودراسات رائدة باستخدام برعم فرخ الطرف حددت حمض الريتينويك (RA) كناقل التي يمكن أن تحاكي العمل في المنطقة الاستقطاب لإنشاء الأمامية إلى الخلفية هوية 32. هذه التجارب المعنية وضع شرائح صغيرة من RA غارقة ورقة هتما في أطرافهم فرخ لتقييم أرقام الزخرفة 32. وعلاوة على ذلك، فقد أجرى الباحثون دراسات أخرى أنيقة توظيف استخدام بلي، زرع الخلايا، والخارجيةالعلاجات RA في الزرد لتحديد أن RA يعمل على توفير بعيدة المدى العظة الموضعية داخل الدماغ المؤخر الزرد والأديم المتوسط 28. ومع ذلك، في الوقت الحاضر العديد من الأسئلة تبقى حول أدوار يشير العوامل مثل جمعية جيل المستقبل وRA خلال العديد من جوانب التنمية الفقاريات. آثار يشير من RA، بوصفها محدثة التخلق تأثير والعديد من الأجهزة 33، مثل القلب النامية البالغ عددها 34 والأسلاف الكلى، حيث يحدد RA خلايا الكلى القريبة نوع مصائر 35-39. مزيد من الفهم لهذه الموضوعات يمكن أن تستفيد كثيرا من الدراسات التجريبية باستخدام تقنيات التلاعب الأنسجة وmicrobead الزرع.
في حين تم إجراء عدد أقل من الدراسات مع microbead زرع في الزرد، بالمقارنة مع نماذج مثل الفرخ، وتلك التي نفذت كانت مفيدة للغاية. أحد أسباب ندرة microbead زرع المستندة إلى الأبحاث في الجنين الزرد هو likelذ فكرة أن هناك تحديات فنية صعبة، استنادا إلى حجم الجنين، والتي تشكل عائقا أمام أداء مثل هذه التلاعبات بنجاح. ومع ذلك، زرع microbead في الأجنة الزرد التي يمكن استخلاصها مع الممارسة والمساعدة من خلال الملاحظة البصرية لهذه التقنية، وبالتالي يمكن متابعتها باعتبارها وسيلة لاستجواب آليات التنمية. هنا، علينا أن نظهر أن التطبيق الدقيق لmicrobead في الجنين الزرد، والتي يمكن استخدامها لإجراء مجموعة واسعة من فحوصات على تكوين الأنسجة والتشكل الخلوي.
على مدى القرن الماضي، وفهم خطة الهيئة الزخرفة وتوالد شهدت تقدما هائلة. وكانت تقنيات التلاعب الأنسجة الحيوية في الكشف عن المعلومات الأساسية عن هذه العمليات الحيوية. التعديل الوراثي هو واحد من أكثر الطرق شيوعا للتحقق من وظيفة الجين، وطرق التحليل فسيفساء، مثل زرع الخلايا، وتوفر مناهج مفيدة لفهم استقلالية وظيفة الجين. يوفر زرع Microbead مكان آخر لاستجواب كيف جزيئات خاصة تغيير ديناميات النمو، كما تمكن هذه الطريقة الباحث إلى تغيير بيئة الأنسجة المحلية من خلال تقديم إشارات جزيئات أو مثبطات. وهناك مجموعة من بلي مختلفة متاحة تجاريا، والتي أحجام مختلفة وغيرها من الخصائص الفيزيائية وجود (على سبيل المثال، تهمة) بحيث أنها يمكن أن تستخدم للظروف تجريبية من الفائدة. وبالتالي، من خلال زرع بلي التي هي غارقة في البروتين أو كيماويةكال المصالح داخل كائن حي، يمكن للباحثين التحقيق في آثار محلية خلال تطوير وإيجاد صلة بين الجينات أو جزيء من الفائدة وبشكل خاص النمط الظاهري البيولوجي (ق).
دراسات مثل تلك التي تقوم بها وادا وزملاؤه تستخدم microbead زرع من أجل تقييم تأثير زيادة الإشارات القنفذ في الزخرفة الهيكل العظمي في neurocranium الأمامي (ANC) في الزرد 23. وقد أظهرت دراسات سابقة أن Shh على مطلوب لتكوين حزب المؤتمر الوطني الافريقي 14. حددت باستخدام بلي Shh على المغلفة الباحثون أن هذه الإشارة تشجع تكوين الغضاريف في حزب المؤتمر الوطني الافريقي. تم استخدام عملية زرع microbead على إثبات وجود صلة واضحة بين القنفذ الإشارات وتكوين الغضاريف في حزب المؤتمر الوطني الافريقي. لوحظ آخر مثال رئيسي لهذه التقنية التلاعب الأنسجة في الزرد في الدراسات حيث يدرس العلماء سيطرة النسخي من ورم أرومات الحمر السادسة والعشرون (ETS) و مجالجزيء المتعلقة ETS الجهات الفاعلة (إدارة مخاطر المؤسسات) وتورام محسن المنشط 3 (Pea3) من خلال جمعية جيل المستقبل الإشارات في وقت مبكر خلال نمو الدماغ الزرد 19. من خلال microbead تجارب زرع، أنهم كانوا قادرين على إظهار أن Fgf8 وFgf3 يمكن تنشيط ectopically التعبير عن إدارة مخاطر المؤسسات وpea3. وتوضح هذه الأمثلة فائدة بلي لتوفير نظرة ثاقبة الآليات التنموية التي تتعاون أثناء تكوين الأنسجة، والتي يمكن وصفها بشكل جيد من خلال استخدام أساليب لتقييم التعبير الجيني 41. وبالتالي، يمكن زرع microbead أن يكون وسيلة فعالة لاستكشاف الأنسجة الأخرى، مثل الأديم المتوسط وسيط (IM) والذي يؤدي إلى الكلى. على وجه التحديد، فإنه يساعد في الدراسات التنموية الكلى، لمعرفة كيف جزيئات مختلفة تؤثر كليون تجزئة 42 و tubulogenesis 43،44، والعمليات التي يتم فهمها بشكل سطحي فقط في الوقت الحاضر. وعلاوة على ذلك، بدأت microbead زرع لاستخدامها في مسمارويمكن تكييف العمليات ذ تجديد في الزرد 29] وللاستخدام مع أي عدد من النماذج تجديد الجهاز، مثل التالية الاستئصال بالليزر من الأنسجة الجنينية مثل كليون 45 أو بالاشتراك مع الأساليب التي صيغت لإجراء الأبحاث مع الهياكل الكبار المقابلة 46-49. أخيرا، microbead زرع لديه القدرة على أن تستخدم في نماذج من الأمراض التي تصيب البشر، مثل السرطان 50،51 أو الأنسجة انحطاط 52،53.
في هذا البروتوكول، ونحن لشرح طريقة زرع microbead في الأجنة الزرد، والتي كما وصفت بالمثل من قبل باحثين آخرين، ولكن لا يظهر من خلال بروتوكولات فيديو 1. مع الحد الأدنى من الممارسة تمكنا من زرع بلي بمعدل تقريبي من 8-10 الأجنة / ساعة، والتي تتعلق جدوى هذا الإجراء مرة واحدة الباحث لديه بعض الخبرة. وتبين النتائج الموضحة في هذه الوثيقة تثبت أن حبات من مختلف ديمكن زرع imensions في مراحل مبكرة، وذلك مع الرعاية، ويمكن تطبيق هذا الأسلوب التلاعب الأنسجة مع أقل قدر من الاضطراب الجسدي إلى الجنين. واحد التحسن الذي ينبغي التأكيد هو استخدام أداة الطولي / السوط لوضع microbead إلى الجنين. هذه القطعة غير مكلفة نسبيا وبسيطة من المعدات عن نفس القطر كما microbead، من السهل الحصول على ويساعد على تسريع عملية الزرع. يمكن قطع الخط الطولي / السوط إلى الطول المطلوب لإنتاج الشركة بعد الدقيقة أداة التعامل مع حبة، وهذا يتوقف على مهارة الباحث والتفضيل. وأخيرا، في حين وصفنا هنا كيفية التعامل مع جسديا بلي والأجنة الزرد لأداء زرع، وهذا البروتوكول لا تحدد إجراءات التعامل مع محددة للمخدرات أو الببتيدات مختلفة. بشكل عام، يجب زرع بلي المعالجة كيميائيا في الحيوان مع النفعية، لتجنب الآثار غير المرغوب فيها في مناطق أخرى من الحي، وينبغي أن يكون الباحثون أيضا فيشكلت حول مخاوف تتعلق بالسلامة المحتملة المرتبطة أي من هذه المواد الكيميائية قبل بدء دراستهم.
باختصار، لقد أثبتنا طريقة بسيطة وفعالة نسبيا microbead زرع مع مجموعة واسعة من التطبيقات التي تستخدم المواد التي تتوافر بسهولة في المختبر. في نهاية المطاف، ونحن نأمل ان يكون هذا الدليل سوف يساعد الباحثين مع طبيعة حساسة من التلاعب الأنسجة الزرد.
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل عن طريق منح DP2OD008470 المعاهد الوطنية للصحة.
Sodium Chloride | American Bioanalytical | AB01915 | |
Potassium Chloride | American Bioanalytical | AB01652 | |
Calcium Chloride | American Bioanalytical | AB00366 | |
HEPES | Sigma Life Science | H4034 | |
Penicillin-Streptomycin solution | Sigma-Aldrich | P4333-20ML | |
N-Phenylthiourea (PTU) | Aldrich Chemistry | P7629 | |
Ethyl 3-aminobenzoate (Tricane) | Fluka Analytical | A5040 | |
Borosilicate glass | Sutter Instruments Co. | BF100-50-10 | |
Flaming/Brown Micropipette puller | Sutter Instruments Co. | Mo. P097 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 15510-027 | |
Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | |
Methylene Blue | Sigma-Aldrich | M9140 | |
250mL Erlenmeyer Flask | Fischer Scientific | FB-500-250 | |
Falcon Diposable Petri Dishes, Sterile | Corning | 430167 | |
60mm x 15mm | VWR | 25373-085 | |
100mm x 15mm | VWR | 25373-100 | |
150mm x 15mm | VWR | 25373-187 | |
Saint-Gobain Chemware Microspatula | Fischer Scientific | 21-401-50B | |
P-1000 Micropipette tips | Fischer Scientific | 2707402 | |
Low Temperature Incubator | Fischer Scientific | 11 690 516DQ | |
Dimethly Sulfoxide | American Bioanalytical | AB00435 | |
Microbeads (45-106 µm) | Biorad | 140-1454 AG1-X8 | |
Microbeads (45 µm) | Polysciences | 7314 | |
Micro Dissecting Tweezer | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-5010 | |
Tungsten Needle | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-6065 | |
Capillary tube holder | Globe Scientific Inc. | 51674 |