ויזואליזציה וניתוח כמותי של אנגיוגנזה עובריים ב<em> Xenopus טרופי</em
Summary
פרוטוקול זה מדגים שיטה מבוססת הקרינה לדמיין את כלי הדם וכדי לכמת את המורכבות שלה tropis Xenopus . כלי הדם ניתן הדמיה דקות לאחר הזרקת צבע פלואורסצנטי לתוך הלב הפועם של עובר לאחר מניפולציות גנטיות ו / או תרופתי ללמוד התפתחות הלב וכלי הדם in vivo .
Abstract
כלי הדם מספקים חמצן וחומרים מזינים בכל הגוף, ויצירת רשת כלי הדם נמצאת תחת שליטה התפתחותית הדוקה. הדמיה יעילה של vivo של כלי הדם ואת כימות אמין של המורכבות שלהם הם המפתח להבנת ביולוגיה ומחלות של הרשת כלי הדם. כאן, אנו מספקים שיטה מפורטת לדמיין כלי דם עם צבע פלורסנט זמין מסחרית, פלזמה אנושית acetylated צפיפות נמוכה lipoprotein DiI מורכבים (DiI-AcLDL), וכמות המורכבות שלהם tropis Xenopus . כלי דם יכול להיות מתויג על ידי הזרקת פשוטה של DiI-AcLDL לתוך הלב פועם של העובר, וכלי הדם העובר כולו יכול להיות צילמו עוברי לחיות או קבוע. בשילוב עם הפרעות גנטיות על ידי המיקרו-זרקור הממוקד של חומצות גרעין ו / או יישום אמבט של ריאגנטים פרמקולוגיים, תפקידים של גן או של מסלול איתות על התפתחות כלי הדם יכולים להיות inveStigated בתוך שבוע מבלי להזדקק חיות מתוחכמות מהונדסים גנטית. בגלל מערכת ורידים מוגדרת היטב של קסנופוס ואת אנגיוגנזה סטריאוטיפית שלה, הנבטה של כלי קיים מראש, מורכבות כלי ניתן לכמת ביעילות לאחר ניסויים ההפרעה. זה פרוטוקול פשוט יחסית צריך לשמש כלי נגיש בקלות בתחומים מגוונים של מחקר לב וכלי דם.
Introduction
Vasculogenesis, היווצרות של כלי דם חדשים תאים אנדותל שנולדו לאחרונה, אנגיוגנזה, היווצרות של כלים חדשים מן הכלים הקיימים מראש, הם שני תהליכים שונים המעצבים את כלי הדם עובריים 1 . כל dysregulation בתהליכים אלה גורמת למחלות לב שונות וחריגות מבניות של כלי שיט. יתר על כן, הגידול קשורה לצמיחה כלי בלתי מבוקרת. ככזה, מנגנונים מולקולריים שבבסיס וסקולוגנזה ואנגיוגנזה הם נושא לחקירה אינטנסיבית 2 .
Xenopus דג הזברה הם מודלים חוליות אטרקטיבי עבור vasculogenesis ומחקרים אנגיוגנזה, מכמה סיבות. ראשית, העוברים שלהם קטנים; לכן, קל יחסית לדמיין את כלי הדם כולו. שנית, התפתחות עובריים היא מהירה; זה לוקח רק כמה ימים על כל כלי הדם לפתח, שבמהלכן vascul המתפתח בבית ניתן לדמות. שלישית, התערבויות גנטיות פרמקולוגיות לפני ובמהלך היווצרות כלי הם קלים לביצוע, כגון באמצעות microinjection של antisense morpholino נוקליאוטידים (MO) לתוך העובר המתפתח או באמצעות יישום אמבטיה של תרופות 3 , 4 , 5 .
היתרון הייחודי של Xenopus על דג הזברה היא כי מניפולציות אמבריולוגיות ניתן לבצע כי Xenopus עוקב clevages holoblastic סטריאוטיפיים ואת מפת הגורל עובריים מוגדר היטב 6 . לדוגמה, ניתן ליצור עובר שבו צד אחד לרוחב רק מניפולציה גנטית על ידי הזרקת מו antisense לתא אחד בשלב שני תא. ניתן גם להשתיל את הלימבורד הלב מעובר אחד לאחר כדי לקבוע אם הגן מפעיל את תפקודו על ידי מנגנון פנימי או מהותי-תאהתחת = "xref"> 7. למרות טכניקות אלו פותחו בעיקר Xenopus laevis , שהוא allotetraploid ולכן אינו אידיאלי עבור מחקרים גנטיים, הם יכולים להיות מיושמים ישירות Xenopus tropicalis , מינים דיפלואידי קרובים 8 .
אחת הדרכים לדמיין את כלי הדם בעובר Xenopus לחיות היא להזריק צבע פלואורסצנטי לתווית את כלי הדם. Acetylated צפיפות נמוכה lipoprotein (AcLDL) שכותרתו עם מולקולת פלורסנט כגון DiI הוא בדיקה מאוד שימושי. שלא כמו lDL unacetylated, AcldL אינו קשור לקולטן LDL 9 אבל הוא endocytosed על ידי מקרופאגים ותאי אנדותל. הזרקת DiI-ACLDL אל הלב של חיה תוצאות חיה תיוג פלורסנט ספציפיים של תאים אנדותל, ואת כלי הדם כולו יכול להיות צילמו על ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי בעוברים חיים או קבוע 4 .
הנה, אנחנו presEnt מפורט פרוטוקולים להדמיה וכימות של כלי הדם באמצעות DiI-AcLDL ב xenopus tropicalis ( איור 1 ). אנו מספקים נקודות מעשיות מרכזיות, עם דוגמאות של ניסויים מוצלחים ולא מוצלחים. בנוסף, אנו מספקים שיטה פשוטה לניתוח כמותי של המורכבות של כלי הדם, אשר עשוי להיות שימושי בהערכת ההשפעות של גורמים גנטיים וסביבתיים על עיצוב של רשת כלי הדם.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול שהוצג כאן פותח לראשונה על ידי עלי H. Brivanlou ועמיתיו לחקור אירועים התפתחותיים במהלך היווצרות כלי הדם ב Xenopus laevis 4 , אבל, כפי שמוצג בכתב יד זה, זה יכול להיות מיושם על בעלי חיים קטנים אחרים. הזרקת דיו לתוך הלב הוא פשוט לבצע, ואת הרשת כלי הדם כולו יכו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה קיבל השראה מעבודתו של לוין ואח '. , אשר תיאר שיטה זו ניסיוני וסיפק תיאור מקיף של פיתוח כלי הדם ב Xenopus laevis. אנו מודים לחברי המעבדה שלנו על הקלט שלהם. מחקר זה נתמך על ידי יוזמת המחקר המובילה של Yonsei University for Future of 2015 (2015-22- 0095) ותוכנית פיתוח הטכנולוגיה הביו-רפואית של הקרן הלאומית למחקר (NRF) הממומנת על ידי משרד המדע, ICT & תכנון עתידי ( NRF-2013M3A9D5072551)
Materials
| 35mm Petri dish | SPL | 10035 | Sylgard mold frame |
| 60mm Petri dish | SPL | 10060 | Embryo raising tray |
| Borosilicate Glass | Sutter instrument | B100-50-10 | Needle for injection |
| BSA | Sigma | A3059-10G | Coating reagent |
| CaCl2 | D.S.P.GR Reagent | 0.1X MBS component | |
| Coverslip | Superior | HSU-0111520 | For confocal imaging |
| DiI-AcLDL | Thermo Fisher Scientific | L3484 | Vessel staining solution |
| FBS | Hyclone | SH.30919.02 | For storage of testis |
| Fiber Optical Illuminator | World Precision Instruments | Z-LITE-Z | Light |
| Ficoll | Sigma | F4375 | Injection buffer |
| Flaming/Brown Micropipette Puller | Sutter instrument | P-97 | Injection needle puller |
| Forcep | Fine Science Tool | 11255-20 | For embryo hatching and needle tip cutting |
| Glass Bottom dish | SPL | 100350 | For confocal imaging |
| hCG | MNS Korea | For priming of frogs | |
| HEPES | Sigma | H3375 | Buffering agent |
| Incubator | Lab. Companion | ILP-02 | For raising embryos |
| KCl | DAEJUNG | 6566-4400 | MBS component |
| L15 medium | Gibco | 11415-114 | For storage of testis |
| L-cysteine | Sigma | 168149-100G | De-jellying reagent |
| MgSO4 | Sigma | M7506 | MBS component |
| Microtube | Axygen | MCT-175-C-S | For storage of testis |
| MS222 | Sigma | E10521 | Anesthetic powder |
| NaCl | DAEJUNG | 7647-14-5 | MBS component |
| NaOH | Sigma | S-0899 | pH adjusting reagent |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | Fixatives |
| PBS | BIOSESANG | P2007 | Buffer for imaging |
| pH paper | Sigma | P4536-100EA | For confirming pH |
| PICO-LITER INJECTOR | Waner instruments | PLI-100A | For injection |
| Pin | Pinservice | 26002-10 | For incision |
| Pinholder | Scitech Korea | 26016-12 | For incision |
| Precision Stereo Zoom Binocular Microscope | World Precision Instruments | PZMIII | For visual screening |
| Standard Manual Control Micromanipulator | Waner instruments | W4 64-0056 | For microinjection |
| SYLGARD 184 Kit | Dow Corning | For DiI injection | |
| Transfer pipette | Korea Ace Scientific Co. | YM.B78-400 | For eggs and embryo collection |
References
- Herbert, S. P., Stainier, D. Y. Molecular control of endothelial cell behaviour during blood vessel morphogenesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 12 (9), 551-564 (2011).
- Augustin, H. G., Koh, G. Y., Thurston, G., Alitalo, K. Control of vascular morphogenesis and homeostasis through the angiopoietin-Tie system. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (3), 165-177 (2009).
- Lawson, N. D., Weinstein, B. M. Arteries and veins: making a difference with zebrafish. Nat Rev Genet. 3 (9), 674-682 (2002).
- Levine, A. J., Munoz-Sanjuan, I., Bell, E., North, A. J., Brivanlou, A. H. Fluorescent labeling of endothelial cells allows in vivo, continuous characterization of the vascular development of Xenopus laevis. Dev Biol. 254 (1), 50-67 (2003).
- Yang, C., et al. Calmodulin Mediates Ca2+-Dependent Inhibition of Tie2 Signaling and Acts as a Developmental Brake During Embryonic Angiogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 36 (7), 1406-1416 (2016).
- Moody, S. A. Fates of the blastomeres of the 32-cell-stage Xenopus embryo. Dev Biol. 122 (2), 300-319 (1987).
- Elliott, K. L., Houston, D. W., Fritzsch, B. Transplantation of Xenopus laevis tissues to determine the ability of motor neurons to acquire a novel target. PLoS One. 8 (2), 55541 (2013).
- Grainger, R. M. Xenopus tropicalis as a model organism for genetics and genomics: past, present, and future. Methods Mol Biol. 917, 3-15 (2012).
- Weisgraber, K. H., Innerarity, T. L., Mahley, R. W. Role of lysine residues of plasma lipoproteins in high affinity binding to cell surface receptors on human fibroblasts. J Biol Chem. 253 (24), 9053-9062 (1978).
- Showell, C., Conlon, F. L. Egg collection and in vitro fertilization of the western clawed frog Xenopus tropicalis. Cold Spring Harb Protoc. 2009 (9), 5293 (2009).
- Nieuwkoop, P. D., Faber, J. . Normal Table of Xenopus laevis (Daudin). , (1956).
- Longair, M. H., Baker, D. A., Armstrong, J. D. Simple Neurite Tracer: open source software for reconstruction, visualization and analysis of neuronal processes. Bioinformatics. 27 (17), 2453-2454 (2011).
- Marshak, S., Nikolakopoulou, A. M., Dirks, R., Martens, G. J., Cohen-Cory, S. Cell-autonomous TrkB signaling in presynaptic retinal ganglion cells mediates axon arbor growth and synapse maturation during the establishment of retinotectal synaptic connectivity. J Neurosci. 27 (10), 2444-2456 (2007).
- Cha, H. J., et al. Evolutionarily repurposed networks reveal the well-known antifungal drug thiabendazole to be a novel vascular disrupting agent. PLoS Biol. 10 (8), 1001379 (2012).
- Ny, A., et al. A transgenic Xenopus laevis reporter model to study lymphangiogenesis. Biol Open. 2 (9), 882-890 (2013).
- Bussmann, J., et al. Arteries provide essential guidance cues for lymphatic endothelial cells in the zebrafish trunk. Development. 137 (16), 2653-2657 (2010).
- Li, X. M., Hu, Z., Jorgenson, M. L., Slayton, W. B. High levels of acetylated low-density lipoprotein uptake and low tyrosine kinase with immunoglobulin and epidermal growth factor homology domains-2 (Tie2) promoter activity distinguish sinusoids from other vessel types in murine bone marrow. Circulation. 120 (19), 1910-1918 (2009).
