This manuscript describes a protocol to track the re-distribution of branchial ionocytes and their innervation using a time differential staining technique coupled with full bilateral gill denervation.
鰓ionocytes(IC)は、魚のイオン調節のための機能ユニットである。イオンチャネル、ポンプおよび交換の様々なビアおよびCa 2+ –成人では、それらは、フィラメント状などのNa +、Cl等の鰓どこ輸送イオンの層状上皮に見出される。硬骨魚鰓は外因フェイシャル(VI)、舌咽(IX)と迷走(X)神経によって支配されている。 IXおよびX神経はまた鰓のIC神経支配の外因性供給源である。ここでは、神経支配、増殖、およびICの分布を研究するために使用される2つの技術が説明されています。時間差染色技術と完全な二国間鰓除神経技法。簡単に言えば、金魚が不可欠ミトコンドリア固有の色素にさらされている( 例えば、のMitoTrackerレッド)ラベル(赤色蛍光)既存のIC。魚のどちらか3回復させた – 5日またはすぐにフル二国間鰓除神経を受けた。回復の5日間、G – 3の後病気を採取し、免疫組織化学のために固定されている。組織はその後、α-5一次抗体で染色された(標的細胞を含む+ / K + ATPアーゼのNa)すべての(新規および既存の)ICのグリーンラベルを付けた二次抗体と組み合わせた。共焦点イメージングを用いて、それが既存のICは(生ミトコンドリア特異的染料及びα-5の両方で標識された)が黄色に表示され、新たなICは(α-5のみで標識された)緑色に表示されていることが実証された。タンデムで使用される両方の技術は、魚が環境問題にさらされているとき、鰓フィラメント上のICの神経支配、増殖および分布を研究するために適用することができます。
ICは、魚にイオン調節する機能部であり、鰓フィラメントおよびラメラ4,6-8,10の上皮表面に見られる。サブタイプの様々なユニークな特徴を有することが記載されているが、ICの多くは(したがって、それらはまた、ミトコンドリアが豊富な細胞として知られている)ミトコンドリアの高密度および/ または酵素の存在量のNa + / K +を特徴とするATPアーゼ(NKA)。典型的には、これらのICハウスイオン調節に関与する他のポンプ、イオンチャネルおよび交換の様々な( 例えば Na + / H +交換体のNa + /のCl –共輸送体、H +ポンプ)2,10,11。代償機構としてICの再分配と増殖は、特にイオン性ストレス( 例えば、イオンの乏しい水への曝露)4,8,9時のイオン恒常性を維持するための中心である。
この研究は、テクニックを染色する時間差を記述魚の鰓で新たに増殖しionocytes(IC)を識別するためのQUE 1。この技術は、鰓弓の完全な両側性除神経に結合される。金魚( キンギョ )、これらの研究に使用される種は、それらが構造的に彼らの鰓2を改造する顕著な能力を持っているので、鰓上皮細胞の増殖を研究するために適している。冷水(<15℃)または低酸素症、それぞれ3に順応している-ギルリモデリングは、(30℃、通常は15で維持)魚がラメラ細胞塊の成長または後退(ILCM)を指します。金魚に時間微分染色技術を用いた以前の研究は、4,5改造鰓の文脈における鰓上のICの再分配、神経支配および増殖に焦点を当てている。加藤と金子1はメダカで変換と鰓ICの交換を研究するために、この新規な技術を開発した(Fundulusのheteroclitus)transfe淡水(FW)に海水(SW)からRRED。本研究では、焦点は、25°Cに順化キンギョICの増殖および神経支配である。
それは鰓リモデリングの文脈では、金魚は、低酸素曝露およびその後の正常酸素の回復中にICの一定の数を維持することが示された時間差染色技術を使用して、しかし、神経支配された細胞の割合は、正常酸素回復期間5全体に減少した。これは、魚のイオン取り込み機構は神経制御12下にあることを70年以上前に提案された。硬骨魚ギルは「鰓神経」13,14と呼ばフェイシャル(VII)、舌咽(IX)と迷走(X)神経によって支配されている。ゼブラフィッシュ( ゼブラフィッシュ )鰓神経支配にJonzおよびナース(2003)による研究では、神経支配の起源は外因性(神経線維の細胞体は、鰓に外因性である)、ならびに内因性の(細胞体であることを示した神経線維)が鰓に固有のものである。同じ著者はまた鰓ICが外因7を神経支配していることを実証した。
本研究では、完全な両側性鰓除神経に結合された時間差染色技術は、金魚で外因性神経支配を欠いているICの増殖を調べた。繊細な外科手術を簡素化し、ionocytesは、標準の免疫組織化学的技術を用いて同定される – フルバイラテラル鰓除神経は(200gの30)は、それらの比較的大きなサイズがあるため、これらの二つのアプローチは、金魚に実現可能であるIX及びXの脳神経を切断することをいう。発達研究ハイブリドーマバンク、大学、本研究では、ICは、極めて重要なミトコンドリア特有の色素( 例えば、のMitoTracker赤)又はNa + / K + -ATPアーゼ(α-5のαサブユニットに対する一次抗体を用いて可視化したアイオワ、アイオワシティアイオワ州)の。このプロトコルは、単純なメトを提供しています魚の鰓上のICの再分配および増殖を可視化し、分析するのD。
時間微分染色技術は、イオンの取り込みの動的な調節を理解し、鰓上皮にICの一時的な再配分を検討する便利なツールとなります。簡単な手順であるが、時間微分染色技術の成功に不可欠である重要なポイントがいくつかあります。金魚は、プロトコルに割り当てられた時間のためのミトコンドリアが豊富な染料にさらされなければならない。短い曝露はミトコンドリアが豊富な細胞( すなわち、ionocytes)により色素の貧しい取り込みになります。固定時には、鰓組織を迅速に切除しなければならず、フォトブリーチングを回避するために、暗所に保存。組織は、固定の2週間以内に画像化のために処理されなければならない。二国間の神経切片手続き中の魚がよく、麻酔をかけていることを確認してください。神経や血管を明瞭に識別される。それは回収タンクに移される前に、魚がいっぱい鰓蓋機能を再開します。
"> FW環境は、受動的なイオン損失と浸透水のゲイン14のバランスを取るという二重の課題に魚を提示します。どこに彼らができる受動的なイオン損失のバランスがフィラメント状に局在しているICの間で塩の積極的な取り込みとラメラの上皮を介して起こる外部環境2,4,8,9,16と直接接触する。しかし、鰓上のICの位置は静的ではありません。直面したときに、過去30年間の研究の数は、そのいくつかのFWの魚種を示しているイオン性および/ または温度の課題に、ラメラ1,2,4,5,17-21のより遠位の領域にラメラのフィラメントまたは塩基から鰓ICを再分配する。このような再分配は、ラメラの厚さを増大させることができる鰓上皮22間でガス移動(O 2、CO 2)を危険にさらすことができます。研究者は移転emergencを追跡するために、この原稿に記述された時間微分染色技術を使用していたこれらの異なる実験条件( 図1C)1,4,5下鰓上皮上の新しいICの電子。鰓、おそらく鰓ICは、IXおよびX脳神経7,23-25 によって支配されている。これらの神経は、それぞれ、および鰓から遠心性と求心性入力の両方を運ぶ。これらは、4 番目の鰓弓の背後に口腔の背側に位置している。神経のアクセシビリティと二国間の除神経手続きを行うことができる容易さは、種特異的である。神経は組織の薄い層の下に4 番目の鰓弓の後ろに単一の平面内に位置するマスでは、例えば、頭の尖ったと平らに解剖ができます。これは神経が見えると除神経の手順を実行するには、研究者へ簡単にアクセスできるようになります。これとは対照的に、金魚は短い鼻と丸い頭を持っている。金魚のIXおよびX脳神経は、背側のSiに深くうそ異なる平面を占める第 4鰓弓の後に空洞のデ。この配向は、神経へのアクセスのしやすさを制限し、適切な神経を特定し、切断するために、より慎重なアプローチが必要です。除神経手順の目的は、それぞれ、および鰓から感覚求心性と遠心性入力を削除することです。鰓弓の除神経はまた、放射性同位体( 例えば、22のNa)を用いたイオンフラックス実験と結合することができる。これらの技術は、鰓上皮を横切るイオンの移動に神経入力の寄与を研究するために連携して使用することができる。除神経処置に対する別の制限は、神経束を切断するときにこのようにしてそれが神経支配の両方のタイプが削除されることが可能である、感覚および運動ニューロンを区別できないことである。すべての運動ニューロンを切断すると、魚の鰓と主鰓蓋運動に影響を与える可能性が。鰓除神経実験を行う際にこのように、それはまた後に換気を監視することが重要である魚は、ガスとイオン交換の両方のために十分な鰓動きがあることを確認するための手順から回復した。
暗サイクルおよび摂食市販食品ペレット:この原稿を使用し成体動物に記述プロトコルは、12:12光に保つ。これらの方法は、いくつかの方法で変更することができる。まず、ミトコンドリアに富む色素曝露後の回復期間は、研究者のプロトコル( 例えば、1,3,5、または14日間)の要件に合わせることができる。ラボでのミトコンドリアが豊富な染料曝露後の回復の最長期間は14日間4,5なっている。回復の14日後のミトコンドリアが豊富な色素の蛍光強度の有意な減少がありませんでした。第二に、α-5一次抗体を使用することが唯一のNKAの豊富な細胞を同定し、鰓ICの異なるサブタイプを区別しないに制限されています。幸いなことに、金魚にはICの大半は両方mitochondrであることが確立されたイオンが豊富な(のMitoTrackerラベル)とすべての魚種4,27の場合とできない場合があり細胞(α-5とラベル)NKAに富む。今後の実験はチャンネル、ポンプと交換、各種( 例えば、NHE、H +ポンプ )に対して特異的に向けられた抗体を使用して、特定のICサブタイプの一時的な再分配を以下に集中することができます。これまでの研究では、ionocytesの大半はミトコンドリアが豊富な色素展示NKA免疫反応4で染色したことがわかった。 ICの神経支配は、ゼブラフィッシュ由来のニューロン特異的抗原(ZN-12)に対する一次抗体を用いて検出することができる。本研究では、α-5およびZn-12を一次抗体の両方に同じ二次抗体(アレクサフルオロ488)を用いて検出した。この制限は、両方の一次抗体がマウス宿主に上昇さ及びNKA豊富細胞およびニューロンは、それらが同じ色を発するにもかかわらず、形態学的に区別することができるという事実によって克服されるためである。連続染色異なる二次抗体(アレクサフルオロ488と、例えば、最初のα-5、次いでアレクサフルオロ594-12 ZN)も、同じ色の蛍光の両方のマーカーを有するという問題を解消するために使用することができる。最後に、完全な二国間の神経切片プロトコルは、特定の鰓のアーチに神経を標的とするように変更することができます。例えば、選択的神経切片を穏やか鰓バスケット( 図2B-E)の背側末端の最初の鰓弓に通じる神経を露出させる第一および第二鰓アーチを分離することにより、第1鰓弓で行うことができる。時間微分技術はまた、開発および鰓皮膚からイオン輸送遷移として幼生ゼブラフィッシュ魚ionocytesの分布を研究するために適用することができる。
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank William Fletcher for animal care at the University of Ottawa. The authors would also like to thank Dr. William Milsom for teaching VT the full bilateral denervation technique at the University of British Columbia. A travel grant for this research was provided by the Faculty of Graduate and Postgraduate Studies at the University of Ottawa. This research is also supported by NSERC PGS-D scholarship to VT and Discovery Grants Program to SFP.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
MitoTracker Red | Life Technologies | M-7512 | |
Dimethyl sulfoxide | Sigma Alrdich | D2650 | |
α-5 primary antibody | Develompental Hybridoma Bank | a5 | |
zn12 primary antibody | Develompental Hybridoma Bank | zn12 | |
Alexa Fluor 488 (anti mouse) | Life Technologies | A-11001 | |
Benzocaine | Sigma Alrdich | E1501 | 4-Aminobenzoic acid ethyl ester, Ethyl 4-aminobenzoate |
Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-10 | |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | straight |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11001-12 | curved |
Dumont No. 5 forceps | Fine Science Tools | 11252-30 | |
Tissue retractor | Fine Science Tools | 17009-07 | |
Paraformaldehyde | Sigma Alrdich | P6148 | |
Triton X | Sigma Alrdich | X100 | |
Vectashield with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 |