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.
Жаберные ionocytes (ИС) являются функциональными единицами для ионной регуляции у рыб. У взрослых, они находятся на filamental и пластинчатой эпителия жаберных где они транспорт ионов, таких как Na +, Cl – и Са 2+ с помощью различных ионных каналов, насосов и теплообменников. Костистых Гилл внешне иннервируются лица (VI), языкоглоточного (IX) и блуждающего (X) нервы. В IX и X нервов также внешний источник жаберного IC иннервации. Здесь два методы, используемые для изучения иннервации, пролиферацию и распределение микросхем описаны: время методика дифференциальной окраски и полноценного двустороннего техника жаберных денервация. Короче говоря, золотые рыбки подвергаются жизненно митохондрий конкретных красителя (например, Mitotracker красный), которые этикетки (красной флуоресценции) уже существующих ИС. Рыбы были либо оставляли для восстановления в течение 3 – 5 дней или сразу прошел полную двустороннюю жаберные денервации. После 3 – 5 дней восстановления, гбеды собирают и фиксируют для иммуногистохимии. Затем ткань окрашивали с α-5 первичным антителом (цели Na + / K + АТФ-азы, содержащая элементы) в сочетании с вторичным антителом, что этикетки всех (новые и уже существующие) СКВ зеленым. Использование конфокальной микроскопии, было показано, что уже существующие ИС появляются желтые (маркированы как жизнеспособный митохондрий-специфической краски и α-5) и новых микросхем появляется зеленый (помечен α-5 только). Оба метода, используемые в тандеме могут быть применены для изучения иннервации, пролиферацию и распределение ИС на жаберной нити, когда рыба подвергаются экологических проблем.
ИС являются функциональный блок для ионной регуляции у рыб и находятся на эпителиальные поверхности жаберных лепестках и ламели 4,6-8,10. Хотя различные подтипы были описаны, что обладают уникальными особенности, многие из микросхем характеризуются высокой плотностью митохондрий (следовательно, они также известны как митохондрий богатых клетками) и / или избытка фермента Na + / K + АТФазы (НКА). Как правило, это ИС дом множество других насосов, ионных каналов и теплообменников, участвующих в ионной регуляции (например, Na + / H + обменника, Na + / Cl – совместного переносчика, H + насоса) 2,10,11. Перераспределение и распространение ИС в качестве компенсаторного механизма является центральным для поддержания ионного гомеостаза особенно во время ионной стресса (например, воздействие ионов бедных водой) 4,8,9.
Это исследование описывает разницу во времени окрашивания техниQue 1, чтобы определить недавно распространились ionocytes (ICS) в жабры рыб. Эта методика в сочетании с полной двусторонней денервации жаберных дуг. Золотая рыбка (карась рыбки), виды, используемые в этих исследованиях, хорошо подходят для изучения распространения жаберных эпителиальных клеток, потому что они имеют замечательную способность конструктивно переделывать свои жабры 2. Гилл ремоделирование относится к росту или втягивания в межпластинчатом клеточной массы (ILCM), когда рыба (обычно поддерживают на уровне 15 – 30 ° С) приспособиться к холодной воде (<15 ° С) или гипоксии, соответственно 3. Предыдущие исследования с использованием временной технику дифференциального окрашивания на золотых рыбок были сосредоточены на перераспределении иннервации и распространения ИС на жаберных в контексте жаберных ремоделирования 4,5. Като и Канеко 1 разработали эту новую технику для изучения трансформации и замены жаберных ИС в Killifish (Fundulus heteroclitus) transferred из морской воды (SW) в пресной воде (FW). В этом исследовании, акцент делается на распространение и иннервации ИС в золотой рыбки приспособиться к 25 ° C.
Использование времени технику дифференциального окрашивания было показано, что, в контексте жаберной ремоделирования, золотых рыбок поддерживать постоянное количество микросхем при гипоксии и последующей нормоксических восстановления, однако, процент клеток, иннервируемых уменьшилось по всей нормоксических восстановительного периода 5. Было предложено более 70 лет назад, что ионные механизмы вещества в организм рыб находятся под нейронной контроля 12. Костистых жаберных иннервируется лицевым (VII), языкоглоточного (IX) и блуждающего (X) нервы также именуемые "жаберных нервов" 13,14. Исследования Jonz и медсестра (2003) рыбок данио (Danio rerio) жаберных иннервации показал, что происхождение иннервации внешняя (тело клетки нервного волокна внешними по отношению к жаберных), а также внутренние (корпус ячейкинервных волокон является неотъемлемым жаберных). Те же авторы показали, что жаберные микросхемы внешне иннервируются 7.
В этом исследовании, время методика дифференциальной окраски в сочетании с полной двусторонней жаберных денервации был использован для исследования распространения ИС, не имеющих внешнюю иннервации в золотых рыбок. Полноценного двустороннего жаберных денервация относится к разрывая черепных нервов IX и X. Эти два подхода могут быть реализованы в золотую рыбку, потому что их относительно большой размер (от 30 – 200 г) упрощает тонких хирургических процедур и ionocytes легко идентифицировать с помощью стандартных методов иммуно-гистохимические. В настоящем исследовании, ИС визуализировали с использованием жизненно митохондрии-специфической краски (например, красный) Mitotracker или первичное антитело против α-субъединицы Na + / K + -АТФазы (α-5; с развитием исследований гибридом банка, Университет Айова, Айова-Сити IA). Этот протокол обеспечивает простой метоd визуализации и анализа перераспределения и распространения ИС на рыбу жаберных.
Время техника дифференциальной окраски может быть полезным инструментом, чтобы понять динамическое регулирование поглощения ионов и изучения временной перераспределение ИС в жаберной эпителия. Хотя простой процедуры, есть ряд ключевых моментов, которые имеют решающее значение для успеха времени техники дифференциального окрашивания. Золотая рыбка должна подвергаться митохондрии богатые краски для времени, отведенного в протоколе. Более короткими выдержками может привести к ухудшению поглощения красителя на митохондрий богатых клетками (например, ionocytes). Во время фиксации, жаберные ткани должны быть изъяты быстро и выдерживают в темноте, чтобы избежать фото отбеливание. Ткани должны быть обработаны для работы с изображениями в течение 2 недель фиксации. Во время двусторонней процедуры нерва секционирования убедитесь, что рыба хорошо анестезированной; нервы и кровеносные сосуды четко определены; и рыба возобновляет полный Крышечные функцию, прежде чем он перемещается в резервуар для извлечения.
"> Окружающая среда FW представляет рыбу с двойной проблемой балансирования пассивные потери ионов и осмотического усиление воды 14. Балансировка пассивных потерь ионов происходит с помощью активного поглощения соли через микросхем, которые локализованы в filamental и пластинчатой эпителия, где они могут прямой контакт с внешней средой 2,4,8,9,16. Тем не менее, расположение микросхем на жаберных не является статичным. За последние три десятилетия число исследований показали, что несколько FW видов рыб, когда они сталкиваются с ионной и / или температуры вызов, перераспределить жаберные ИС от нити или основание пластинки от более дистальных отделах пластинки 1,2,4,5,17-21. Такое перераспределение может увеличивать толщину пластин, которые может поставить под угрозу подачу газа (O 2, CO 2) через жабры эпителий 22. Исследователи использовали технику дифференциального окрашивания раз описанной в этой рукописи, чтобы отслеживать перемещение и emergencе новых микросхем на жаберных эпителия в этих различных экспериментальных условиях (рис 1в) 1,4,5.Жабры, и, предположительно, жаберные ИС, иннервируются IX и X черепных нервов 7,23-25. Эти нервы нести как эфферентные и афферентные входы и из жаберных соответственно. Они расположены на спинной стороне ротовой полости за 4-й жаберной дуги. Доступность нервов и легкость, с которой двусторонних процедура денервация могут совершаться определенные разновидности. В форели, например, острый и плоский анатомия головы позволяет нервы лежат в одной плоскости, за 4-й жаберной дуги под тонким слоем ткани. Это делает нервы видны и легко доступны для исследователя, чтобы выполнить процедуру денервации. В отличие от этого, золотая рыбка имеют более короткий рыло и круглее головой. В IX и X черепных нервов золотой рыбки лежат глубже в спинной сиде полости после 4-го жаберной дуги, занимающих различные самолеты. Эта ориентация ограничивает легкость доступа к нервам и требует более тщательного подхода к определению и разорвать соответствующие нервы. Целью процедуры денервации, чтобы удалить сенсорную афферентные и эфферентные вход и из жабр, соответственно. Денервации жаберных дуг также может быть соединен с потоком ионов экспериментов с использованием радиоизотопов (например, 22 Na). Эти методы могут быть использованы в тандеме для изучения вклада нервной входа на движение ионов через жабры эпителия. Другим ограничением в порядке денервации является неспособность различить сенсорных и моторных нейронов, таким образом, когда отсечения нервного пучка, возможно, что оба типа иннервации удаляются. Разрыв любые двигательные нейроны могут повлиять на жабры и Крышечные движение рыбы. Таким образом, при выполнении экспериментов жаберные денервации важно также контролировать вентиляцию послерыба оправилась от процедуры, чтобы обеспечить, что есть достаточное движение жаберных для газа, так и ионного обмена.
Протоколы, описанные в этой рукописи для использования взрослыми животных, содержащихся на 12:12 свет: темнота цикла и кормили коммерческих пищевых гранул. Эти методы могут быть модифицированы различными способами. Во-первых, период восстановления после воздействия красителя митохондрии, богатые могут быть адаптированы к требованиям протокола исследователя (например, 1, 3, 5 или 14 дней). Длительный период восстановления после воздействия красителя митохондрий богатых в лаборатории был 14 дней 4,5. Там не было значительное снижение интенсивности флуоресценции митохондрий богатых красителя после 14 дней восстановления. Во-вторых, использование первичного антитела α-5 ограничивается только идентификации NKA богатых клетки и не делает различий между различными подтипами бранхиальных ИС. К счастью, в золотых рыбок было установлено, что большинство микросхем являются mitochondrионно-богатых (этикетка с Mitotracker) и НКА богатых (этикетка с α-5) клеток, которые не могут быть дело в всех видов рыб 4,27. Дальнейшие эксперименты могут сосредоточиться на следующих временную перераспределение определенных подтипов IC с помощью антител, направленных именно против различных каналов, насосов и теплообменников (например, NHE, H + насос). Предыдущие исследования показали, что большинство ionocytes окрашенных выставочная краситель митохондрии богатые НКА иммунореактивности 4. Иннервации ИС могут быть обнаружены с помощью первичных антител против данио, полученных нейрона-специфического антигена (Zn-12). В этом исследовании, α-5 и Zn-12 первичные антитела были обнаружены с помощью того же вторичного антитела (Alexa Fluor 488) для обоих. Это ограничение обусловлено как первичные антитела поднимается в хозяине мыши и преодолевается тем, что НКА-богатые клетки и нейроны можно выделить морфологически, даже если они флуоресцируют и тот же цвет. Последовательное окрашиваниес различными вторичными антителами (например, первый α-5 с Alexa Fluor 488, то ZN-12 с Alexa Fluor 594) также может быть использована для устранения проблемы, связанной с обеих маркеров флуоресцирующих тот же цвет. И, наконец, полное двусторонний протокол нерва секционирования может быть изменен целевой нервы на конкретные жаберных дуг. Например, избирательное секционирования нерва может быть выполнена на первом жаберной дуги, осторожно отделяя первый и второй жаберных дуг, чтобы обнажить нервы, ведущие к первому жаберной дуги на спинной части жаберной корзины (фиг.2В-E). Дифференциальный время метод также может быть применен для изучения распределения ionocytes в личиночной данио рыбы, как они развиваются и ионно-транспортные переходы от кожи до жаберных.
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 |