La placa notocordal y nodo son transitorios los organizadores en el desarrollo de embriones de ratón que pueden visualizarse mediante varias técnicas de señalización. Aquí, describimos en detalle cómo realizar dos de las técnicas para estudiar su estructura y morfogénesis: 1) microscopía electrónica de barrido (SEM); y 2) todo Monte inmunofluorescencia (WMIF).
El embrión de ratón tras el implante sufre cambios de forma importante tras el inicio de la gastrulación y la morfogénesis. Un rasgo distintivo de la morfogénesis es la formación de los organizadores transitorias, el nodo y la placa notocordal, de células que han pasado a través de la línea primitiva. La adecuada formación de estos centros de señalización es esencial para el desarrollo del plan corporal y técnicas para visualizarlos son de gran interés para los biólogos del desarrollo del ratón. El nodo y la placa notocordal se encuentran en la superficie ventral de embriones gastrulating de ratón embrionario día 7.5 (E) de desarrollo. El nodo es una estructura en forma de Copa, cuyas células poseen un cilio delgado solo cada. La adecuada localización subcelular y la rotación de los cilios en el hoyo de nodo determina la asimetría izquierda-derecha. Las células de la placa notocordal también poseen cilios sola aunque más cortas que las de las células del nodo. La placa notocordal forma la notocorda, que actúa como un organizador de señalización importante para somitogenesis y patrones neuronales. Porque las células de la placa notocordal y nodo transitoriamente presentes en la superficie y poseen cilios, ellos pueden ser visualizados mediante microscopía electrónica (SEM). Entre otras técnicas utilizadas para visualizar estas estructuras a nivel celular es todo montaje inmunofluorescencia (WMIF) usando los anticuerpos contra las proteínas que se expresaron altamente en el nodo y la placa notocordal. En este informe, describimos a nuestros protocolos optimizados para llevar a cabo la SEM y WMIF de la placa notocordal y nodo en embriones de ratón en desarrollo para ayudar en la evaluación de la forma de tejido y organización celular de tipo salvaje y mutante embriones de gastrulación.
Gastrulación y los movimientos morfogenéticos que son cruciales para formar el embrión de ratón1. Los cambios en la forma celular y organización durante la morfogénesis dictan información posicional para regular el destino celular y también permitir que las vías de señalización subsiguientes precisamente desempeñar sus funciones para diversificar el recién formado capas germinales1. La formación de estructuras de organización transitoria y señalización de centros como el nodo y el notocordio es esencial para la ejecución del programa de desarrollo2. Biólogos del desarrollo han utilizado una variedad de técnicas para el estudio de la morfogénesis de estas estructuras, más notables de los cuales es el uso de celulares y de los reporteros vivo ex vivo la proyección de imagen para seguir la dinámica en el comportamiento celular y subcelular2 ,3,4. En este informe, nos centramos en describir los detalles de nuestros protocolos optimizados para dos de estas técnicas: Análisis de microscopía electrónica (SEM) y todo Monte inmunofluorescencia (WMIF), que fueron y son todavía instrumentales en el estudio de la morfogénesis del nodo y la placa notocordal, el precursor de la notocorda.
El nodo embrionario de ratón es una taza de las células en forma de lágrima que se encuentra en la superficie ventral del embrión del ratón en el temprano a últimas etapas de la doble cabeza durante gastrulation y morfogénesis (día embrionario, E7.5-E8)2,5, 6,7. La placa notocordal morfológicamente emana anterior el nodo3. Cada célula en el nodo y la placa notocordal se caracteriza por un cilio único que sobresale hacia el exterior, que es mayor en las células del nodo pero cuya longitud varía con la etapa de desarrollo2. La rotación de los cilios en el hoyo de nodo se ha demostrado para ser importantes para la señalización que determina asimetría izquierda-derecha4. La placa notocordal es el precursor de la notocorda, el centro de señalización que es importante para el diseño de los somitas adyacentes y el tubo neural que3.
Debido a los atributos del lugar (superficie), forma (Copa) y que poseen distintas estructuras celulares exteriores (cilios), el SEM se ha utilizado tradicionalmente para visualizar el nodo y la placa notocordal y estudiar su formación y estructura de2, 7. SEM también se utiliza para estudiar los cambios en la estructura del nodo sí mismo o los cilios de sus células en las mutaciones que afectan la gastrulación, morfogénesis, así como la formación de cilios8,9,10. SEM es una técnica que utiliza un haz enfocado de electrones para interrogar la ultraestructura topológica de la superficie externa de materiales tales como muestras biológicas11. La muestra es generalmente fijo, secada y luego Farfulle-recubierta con metales para la observación bajo un microscopio electrónico de barrido como se describe en el paso 1.
WMIF es una técnica de tinción para visualizar productos del gen como las proteínas, en tres dimensiones (3D). WMIF de tejidos, órganos u organismos incluso enteros proporciona información espacial sobre la distribución de la señal y la forma de la estructura resultante en 3D. La técnica se basa en la fijación de la muestra entonces la coloración con los conjugados fluorescentes. Embriones de ratón ~ E7.5 son pequeñas y transparentes y por lo tanto ideal para protocolos WMIF visualizar el nodo y la placa notocordal. Por ejemplo, el factor de transcripción Barchyury (T) se expresa en los núcleos de la placa notocordal y el nodo y en menor medida en la línea primitiva, alrededor E7.5-E8 de desarrollo embrionario y buen trabajo anticuerpos contra T por WMIF son comercialmente disponibles y hacer posible el procedimiento de tinción. Las células de la placa notocordal y nodo también se caracterizan por las superficies apicales estrechas, cara el exterior y así pueden ser manchadas con Phalloidin conjugado fluorescencia marca F-actina en la constricción apical. Usando estos reactivos como ejemplos, la combinación de T y F-actina de tinción por WMIF proporciona una representación de la placa notocordal en 3D en embriones gastrulating de ratón y de nodo como se demuestra en el paso 2 8. Sin embargo, también pueden utilizarse marcadores de cilios, como ARL13B o tubulina acetilada, así como otros marcadores de la placa notocordal, como FOXA2 y nodo para realizar WMIF de ratón en desarrollo embriones de3,4.
Hemos demostrado que la proteína de interacción con striatin 1 (STRIP1) es esencial para gastrulation normal y morfogénesis en el embrión de ratón8. STRIP1 es un componente esencial de la interacción con striatin fosfatasas y complejos de cinasas (STRIPAK), que nosotros y otros han implicado en la actinia citoesqueleto organización8,12. Principales defectos en embriones mutantes Strip1 es en la formación del mesodermo axial (nodo y placa notocordal) y extensión del eje corporal antero-posterior. Hemos utilizado SEM y WMIF para analizar el nodo y la placa notocordal en wild-type (WT) y embriones mutantes Strip1 como se muestra en los Resultados de representante y cifras correspondientes.
En este trabajo demostramos cómo hacer SEM y WMIF para visualizar la placa notocordal y nodo embrionario de ratón. El pequeño tamaño de los embriones gastrulating de ratón ~ E7.5 y la presencia de estas estructuras en la superficie los hacen ideales para el estudio mediante las técnicas descritas2,7,8. La disponibilidad de Buenos anticuerpos como marcadores T y cilios, da excelente información 3D usando WMIF en la estructura, organización y formación de estos organizadores embrionarios fundamentales8.
Porque el desarrollo embrionario del ratón avanza a un ritmo muy rápido y el nodo y la placa notocordal sólo transitoriamente presentes en la superficie del embrión, es esencial para el éxito de estos experimentos2,3. Por ejemplo, 2-4 embriones de somite son buenos para el análisis de SEM de un hoyo del nodo maduro con cilios largos. En embriones mucho antes o después (por ejemplo, 12 h antes o después), el nodo puede no ser presente en la superficie. WMIF es un poco más flexible en este sentido, pero las estructuras ellos mismos también son transitorias durante el desarrollo y el momento en este caso depende de los intereses de los investigadores.
La pureza de los reactivos es también esencial para el éxito de estas técnicas, especialmente en la ultraestructura de sondeo por SEM. Tiny las impurezas que se adhieren a los embriones generalmente resulta en enormes artefactos.
Hemos probado dos métodos de fijación de embriones para SEM uno con fijador de Karnovsky media (glutaraldehído al 2.5%, 2% paraformaldehído y 0.1 M tampón cacodilato) y un más simple glutaraldehído 2.5% en PBS 1 x. Preferimos utilizar el glutaraldehido y PBS fijador como se describe en el paso 1, sin embargo, nosotros y otros han también utilizado fijador de Karnovsky media con éxito para SEM.
También hemos comparado dos métodos de secado de los embriones para SEM y no encontró diferencias en la calidad de la muestra utilizando un secador de punto crítico o HMDS como se describe en el paso 1 y divulgado a otra parte14.
Para el paso 2, probamos incrustar los embriones después de los pasos de lavado final de 1% agarosa de fusión baja montado en un plato de fondo de cristal de 35 mm y luego rematar con ~ 10 μl de medio de montaje. Este método de empotrar funciona y conserva la original estructura 3D del embrión y las estructuras asociadas; sin embargo, un microscopio multifotón es necesaria para la muestra de la imagen porque un microscopio confocal regular no puede llegar tan profundo en los embriones intactos (~ 1 mm).
Creemos que con estas dos técnicas da información complementaria sobre la estructura del nodo y la placa notocordal durante el desarrollo normal como en mutantes que muestran defectos en la formación de estas estructuras.
The authors have nothing to disclose.
M.P. es apoyado por financiación de puesta en marcha de la Facultad de medicina y SFB829 de la Universidad de Colonia. C.X es apoyado por DFG concesión BA 5810/1-1. Nos gustaría dar las gracias a las instalaciones de la proyección de imagen en el centro de investigación CECAD y el Memorial Sloan Kettering Cancer Center (Nueva York, Estados Unidos). Agradecemos a Grego-Bessa de Joaquín (Centro Nacional de Investigación Cardiovascular, Madrid, España) por su penetración en los embriones de montaje para WMIF.
1,1,1,3,3,3 Hexamethyldisilazane (HMDS) | Carl Roth | 3840 | |
Anti-T antibody | R&D Systems | AF2058 | |
Critical Point Dryer | Blazers Union | CPD 020 | |
DAPI | AppliChem | A4099,0005 | |
Glutardialdehyde solution 25% | Merck | 1042390250 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100-100ML | |
Tween 20 | AppliChem | A4974,0500 | |
SEM coating unit PS3 | Agar Aids for Electron Microscopy | PS3 | |
SEM microscope Quantum FEG 250 | ThermoFisher Scientific (FEI) | Quantum FEG 250 |