JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

رواية ضوء بارادايم ضرر للاستخدام في دراسات التجديد الشبكية في اسماك الزرد الكبار

Published: October 24, 2013
doi:
10.3791/51017
,
1Department of Anatomy and Cell Biology,Wayne State University School of Medicine, 2Department of Opthalmology,Wayne State University School of Medicine

Summary

وقد وصفت متعددة البروتوكولات وقوع اضرار طفيفة للتلف خلايا مستقبلة للضوء وبالتالي تحفز على استجابة التجدد الشبكية في الزرد الكبار. يصف هذا البروتوكول وسيلة المحسنة التي يمكن استخدامها في الحيوانات المصطبغة وهذا يدمر الغالبية العظمى من قضيب مبصرات مخروط وعبر شبكية العين بأكملها.

Abstract

يستخدم تنكس الشبكية الناجم عن الضوء (LIRD) عادة في كل من القوارض والزرد إلى قضيب الضرر ومبصرات مخروط. في الزرد الكبار، تنكس مبصرة يؤدي الخلايا الدبقية مولر إلى إعادة إدخال دورة الخلية وإنتاج الأسلاف عابر تضخيم. تستمر هذه الأسلاف لتتكاثر كما تهاجر إلى المنطقة المتضررة، حيث أنها تعطي في نهاية المطاف إلى نشوء خلايا مستقبلة للضوء جديد. حاليا، هناك نوعان من النماذج المستخدمة على نطاق واسع LIRD، كل منها يؤدي إلى درجات متفاوتة من فقدان مبصرة والاختلافات المناظرة في استجابة التجدد. كما هي أدوات أكثر الوراثية والدوائية المتاحة لاختبار دور الجينات الفردية من الفائدة خلال التجديد، هناك حاجة إلى تطوير نموذج LIRD قوية. نحن هنا وصف بروتوكول LIRD أن يؤدي إلى خسارة على نطاق واسع وثابت من كل قضيب ومخروط خلايا مستقبلة للضوء الذي جمعنا بين استخدام اثنين من التقنيات LIRD المحددة سابقا. علاوة على ذلك، ويمكن تمديد هذا البروتوكول للاستخدام في الحيوانات المصطبغة، مما يلغي الحاجة للحفاظ على خطوط المعدلة وراثيا من الفائدة على خلفية البيضاء للدراسات LIRD.

Introduction

يستخدم تنكس الشبكية الناجم عن الضوء (LIRD) عادة في كل من القوارض والزرد إلى قضيب الضرر ومبصرات مخروط. في الزرد الكبار، تنكس مبصرة يؤدي الخلايا الدبقية مولر إلى إعادة إدخال دورة الخلية وإنتاج الأسلاف عابر تضخيم. تستمر هذه الأسلاف لتتكاثر كما تهاجر إلى المنطقة المتضررة، حيث أنها تعطي في نهاية المطاف إلى نشوء خلايا مستقبلة للضوء جديد. حاليا، هناك نوعان من النماذج المستخدمة على نطاق واسع LIRD، كل منها يؤدي إلى درجات متفاوتة من فقدان مبصرة والاختلافات المناظرة في استجابة التجدد. كما هي أدوات أكثر الوراثية والدوائية المتاحة لاختبار دور الجينات الفردية من الفائدة خلال التجديد، هناك حاجة إلى تطوير نموذج LIRD قوية. نحن هنا وصف بروتوكول LIRD أن يؤدي إلى خسارة على نطاق واسع وثابت من كل قضيب ومخروط خلايا مستقبلة للضوء الذي جمعنا بين استخدام اثنين من التقنيات LIRD المحددة سابقا. علاوة على ذلك، ويمكن تمديد هذا البروتوكول للاستخدام في الحيوانات المصطبغة، مما يلغي الحاجة للحفاظ على خطوط المعدلة وراثيا من الفائدة على خلفية البيضاء للدراسات LIRD.

Protocol

وقد وافق جميع الإجراءات الموضحة في هذا البروتوكول من قبل لجنة استخدام الحيوانات في مدرسة جامعة واين ستيت في كلية الطب. 1. التكيف مع الظلام نقل ~ 10 الكبار الأسماك البيضاء أو الم…

Representative Results

تمت مقارنة نظام العلاج ضوء المذكورة حتى الآن إلى كل أسلوب الفردية من LIRD. في الحيوانات البيضاء الكبار المعالجة غامق (الشكلان 3-5)، أدى ضوء العلاجات الفردية في خسارة كبيرة من قضيب (الشكل 3) ومخروط (الشكل 4) خلايا مستقبلة للضوء. ومع ذلك، كل ال…

Discussion

هنا تبين لنا أن الجمع بين التعرض للأشعة فوق البنفسجية قصيرة مع استمرار التعرض للضوء الساطع النتائج في فقدان مبصرة على نطاق واسع واستجابة التجدد قوية. مقارنة مع الأساليب LIRD الفردية، وهذه الطريقة مجتمعة هو أيضا على البروتوكول الأكثر فعالية لإتلاف كلا قضبان ومخاريط في…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

فإن الكتاب أود أن أشكر شيشيا لوه لتربية الأسماك الممتازة والدعم التقني. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح R21EY019401 (RT) وP30EY04068 (RT)، وبدء الأموال لRT، بما في ذلك منحة غير مقيد من البحوث للوقاية من العمى في جامعة واين ستيت، قسم طب وجراحة العيون. كان مدعوما من قبل JT توماس C. الدمدمة الزمالة التي تقدمها مدرسة جامعة واين ستيت العليا.

Materials

UV light source Leica EL600
Glass Petri dish (150 x 20 mm) Sigma-Aldrich/Pyrex CLS3160152BO
250 ml glass beaker Sigma-Aldrich/Pyrex CLS1000250
4 L glass beaker Sigma-Aldrich/Pyrex CLS10004L
Aluminum foil Fisher 01-213-105
250 W halogen lamps Workforce 265-669
1.8 L clear acrylic tanks Aquaneering ZT180T
1.8 L clear acrylic tank lids Aquaneering ZT180LCL
Fan Honeywell HT-900
Aerator Tetra 77853-900
Thermometer Cole-Parmer YO-08008-58
Bent forceps (5/45) World Precision Instruments 504155

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bernardos, R. L., Barthel, L. K., Meyers, J. R., Raymond, P. A. Late-stage neuronal progenitors in the retina are radial Muller glia that function as retinal stem cells. J. Neurosci. 27, 7028-7040 (2007).
  2. Fausett, B. V., Goldman, D. A role for alpha1 tubulin-expressing Muller glia in regeneration of the injured zebrafish retina. J. Neurosci. 26, 6303-6313 (2006).
  3. Fimbel, S. M., Montgomery, J. E., Burket, C. T., Hyde, D. R. Regeneration of inner retinal neurons after intravitreal injection of ouabain in zebrafish. J. Neurosci. 27, 1712-1724 (2007).
  4. Sherpa, T., et al. Ganglion cell regeneration following whole-retina destruction in zebrafish. Dev. Neurobiol. 68, 166-181 (2008).
  5. Thummel, R., et al. Pax6a and Pax6b are required at different points in neuronal progenitor cell proliferation during zebrafish photoreceptor regeneration. Exp. Eye Res. 90, 572-582 (2010).
  6. Vihtelic, T. S., Hyde, D. R. Light-induced rod and cone cell death and regeneration in the adult albino zebrafish (Danio rerio) retina. J. Neurobiol. 44, 289-307 (2000).
  7. Vihtelic, T. S., Soverly, J. E., Kassen, S. C., Hyde, D. R. Retinal regional differences in photoreceptor cell death and regeneration in light-lesioned albino zebrafish. Exp. Eye Res. 82, 558-575 (2006).
  8. Yurco, P., Cameron, D. A. Responses of Muller glia to retinal injury in adult zebrafish. Vision Res. 45, 991-1002 (2005).
  9. Kassen, S. C., et al. Time course analysis of gene expression during light-induced photoreceptor cell death and regeneration in albino zebrafish. Dev. Neurobiol. 67, 1009-1031 (2007).
  10. Raymond, P. A., Barthel, L. K., Bernardos, R. L., Perkowski, J. J. Molecular characterization of retinal stem cells and their niches in adult zebrafish. BMC Dev. Biol. 6, 36 (2006).
  11. Thummel, R., et al. Characterization of Muller glia and neuronal progenitors during adult zebrafish retinal regeneration. Exp. Eye Res. 87, 433-444 (2008).
  12. Thummel, R., Kassen, S. C., Montgomery, J. E., Enright, J. M., Hyde, D. R. Inhibition of Muller glial cell division blocks regeneration of the light-damaged zebrafish retina. Dev. Neurobiol. 68, 392-408 (2008).
  13. Montgomery, J. E., Parsons, M. J., Hyde, D. R. A novel model of retinal ablation demonstrates that the extent of rod cell death regulates the origin of the regenerated zebrafish rod photoreceptors. J. Comp. Neurol. 518, 800-814 (2010).
  14. Morris, A. C., Scholz, T. L., Brockerhoff, S. E., Fadool, J. M. Genetic dissection reveals two separate pathways for rod and cone regeneration in the teleost retina. Dev. Neurobiol. 68, 605-619 (2008).
  15. Bignami, A., Dahl, D. The radial glia of Muller in the rat retina and their response to injury. An immunofluorescence study with antibodies to the glial fibrillary acidic (GFA) protein. Exp. Eye Res. 28, 63-69 (1979).
  16. Bringmann, A., et al. Muller cells in the healthy and diseased retina. Prog. Retin. Eye Res. 25, 397-424 (2006).
  17. Bringmann, A., Wiedemann, P. Muller glial cells in retinal disease. Ophthalmologica. 227, 1-19 (2012).
  18. Eisenfeld, A. J., Bunt-Milam, A. H., Sarthy, P. V. Muller cell expression of glial fibrillary acidic protein after genetic and experimental photoreceptor degeneration in the rat retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 25, 1321-1328 (1984).
  19. Anderson, D. H., Guerin, C. J., Erickson, P. A., Stern, W. H., Fisher, S. K. Morphological recovery in the reattached retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 168-183 (1986).
  20. Bruce, A. E., Oates, A. C., Prince, V. E., Ho, R. K. Additional hox clusters in the zebrafish: divergent expression patterns belie equivalent activities of duplicate hoxB5 genes. Evol. Dev. 3, 127-144 (2001).
  21. Fawcett, J. W., Asher, R. A. The glial scar and central nervous system repair. Brain Res. Bull. 49, 377-391 (1999).
  22. Lewis, G. P., Fisher, S. K. Muller cell outgrowth after retinal detachment: association with cone photoreceptors. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 41, 1542-1545 (2000).
  23. Fischer, A. J., Bongini, R. Turning Muller glia into neural progenitors in the retina. Mol. Neurobiol. 42, 199-209 (2010).
  24. Karl, M. O., Reh, T. A. Regenerative medicine for retinal diseases: activating endogenous repair mechanisms. Trends Mol. Med. 16, 193-202 (2010).
  25. Close, J. L., Liu, J., Gumuscu, B., Reh, T. A. Epidermal growth factor receptor expression regulates proliferation in the postnatal rat retina. Glia. 54, 94-104 (2006).
  26. Das, A. V., et al. Neural stem cell properties of Muller glia in the mammalian retina: regulation by Notch and Wnt signaling. Dev. Biol. 299, 283-302 (2006).
  27. Ikeda, T., Puro, D. G. Regulation of retinal glial cell proliferation by antiproliferative molecules. Exp. Eye Res. 60, 435-443 (1995).
  28. Liu, B., et al. Wnt signaling promotes muller cell proliferation and survival after injury. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54, 444-453 (2013).
  29. Osakada, F., et al. Wnt signaling promotes regeneration in the retina of adult mammals. J. Neurosci. 27, 4210-4219 (2007).
  30. Wan, J., et al. Preferential regeneration of photoreceptor from Muller glia after retinal degeneration in adult rat. Vision Res. 48, 223-234 (2008).
  31. Wan, J., Zheng, H., Xiao, H. L., She, Z. J., Zhou, G. M. Sonic hedgehog promotes stem-cell potential of Muller glia in the mammalian retina. Biochem. Biophys. Res. Commun. 363, 347-354 (2007).
  32. Roesch, K., et al. The transcriptome of retinal Muller glial cells. J. Comp. Neurol. 509, 225-238 (1002).
  33. Chang, G. Q., Hao, Y., Wong, F. Apoptosis: final common pathway of photoreceptor death in rd, rds, and rhodopsin mutant mice. Neuron. 11, 595-605 (1993).
  34. Marc, R. E., et al. Extreme retinal remodeling triggered by light damage: implications for age related macular degeneration. Mol. Vis. 14, 782-806 (2008).
  35. Portera-Cailliau, C., Sung, C. H., Nathans, J., Adler, R. Apoptotic photoreceptor cell death in mouse models of retinitis pigmentosa. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 974-978 (1994).
  36. Noell, W. K., Walker, V. S., Kang, B. S., Berman, S. Retinal damage by light in rats. Invest. Ophthalmol. 5, 450-473 (1966).
  37. Wenzel, A., Grimm, C., Samardzija, M., Reme, C. E. Molecular mechanisms of light-induced photoreceptor apoptosis and neuroprotection for retinal degeneration. Prog. Retin. Eye Res. 24, 275-306 (2005).
  38. Cicerone, C. M. Cones survive rods in the light-damaged eye of the albino rat. Science. 194, 1183-1185 (1976).
  39. La Vail, M. M. Survival of some photoreceptor cells in albino rats following long-term exposure to continuous light. Invest. Ophthalmol. 15, 64-70 (1976).
  40. Thomas, J. L., Nelson, C. M., Luo, X., Hyde, D. R., Thummel, R. Characterization of multiple light damage paradigms reveals regional differences in photoreceptor loss. Exp. Eye Res. 97, 105-116 (2012).
  41. Qin, Z., et al. FGF signaling regulates rod photoreceptor cell maintenance and regeneration in zebrafish. Exp. Eye Res. 93, 726-734 (2011).
  42. Craig, S. E., et al. The zebrafish galectin Drgal1-l2 is expressed by proliferating Muller glia and photoreceptor progenitors and regulates the regeneration of rod photoreceptors. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 51, 3244-3252 (2010).
  43. Morris, A. C., Schroeter, E. H., Bilotta, J., Wong, R. O., Fadool, J. M. Cone survival despite rod degeneration in XOPS-mCFP transgenic zebrafish. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 4762-4771 (2005).
  44. Nelson, C. M., Hyde, D. R. Muller glia as a source of neuronal progenitor cells to regenerate the damaged zebrafish retina. Adv. Exp. Med. Biol. 723, 425-430 (2012).
  45. Powell, C., Elsaeidi, F., Goldman, D. Injury-dependent Muller glia and ganglion cell reprogramming during tissue regeneration requires Apobec2a and Apobec2b. J. Neurosci. 32, 1096-1109 (2012).
  46. Ramachandran, R., Reifler, A., Wan, J., Goldman, D. Application of Cre-loxP recombination for lineage tracing of adult zebrafish retinal stem cells. Methods Mol. Biol. 884, 129-140 (2012).
  47. Ramachandran, R., Zhao, X. F., Goldman, D. Ascl1a/Dkk/beta-catenin signaling pathway is necessary and glycogen synthase kinase-3beta inhibition is sufficient for zebrafish retina regeneration. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 15858-15863 (2011).
  48. Ramachandran, R., Zhao, X. F., Goldman, D. Insm1a-mediated gene repression is essential for the formation and differentiation of Muller glia-derived progenitors in the injured retina. Nat. Cell Biol. 14, 1013-1023 (2012).
  49. Wan, J., Ramachandran, R., Goldman, D. HB-EGF is necessary and sufficient for Muller glia dedifferentiation and retina regeneration. Dev. Cell. 22, 334-347 (2012).
  50. Morris, A. C., Forbes-Osborne, M. A., Pillai, L. S., Fadool, J. M. Microarray analysis of XOPS-mCFP zebrafish retina identifies genes associated with rod photoreceptor degeneration and regeneration. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52, 2255-2266 (2011).
  51. Thummel, R., Bailey, T. J., Hyde, D. R. In vivo electroporation of morpholinos into the adult zebrafish retina. J. Vis. Exp. (58), e3603 (2011).

Tags

Light-induced Retinal DegenerationLIRD ParadigmPhotoreceptor DegenerationMüller Glial CellsRetinal RegenerationAdult ZebrafishRod And Cone PhotoreceptorsTransient-amplifying ProgenitorsPigmented Animals

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Thomas, J. L., Thummel, R. A Novel Light Damage Paradigm for Use in Retinal Regeneration Studies in Adult Zebrafish. J. Vis. Exp. (80), e51017, doi:10.3791/51017 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image