Визуализация и количественный анализ эмбрионального ангиогенеза у<em> Xenopus tropicalis</em
Summary
Этот протокол демонстрирует основанный на флуоресценции метод для визуализации сосудистой сети и для количественной оценки ее сложности у Xenopus tropicalis . Кровеносные сосуды можно визуализировать через несколько минут после введения флуоресцентного красителя в сердцебиение эмбриона после генетических и / или фармакологических манипуляций для исследования сердечно-сосудистого развития in vivo .
Abstract
Кровеносные сосуды снабжают кислородом и питательными веществами всюду по телу, и формирование сосудистой сети находится под жестким контролем за развитием. Эффективная визуализация кровеносных сосудов in vivo и надежная количественная оценка их сложности являются ключевыми для понимания биологии и болезней сосудистой сети. Здесь мы предоставляем подробный метод визуализации кровеносных сосудов с коммерчески доступным флуоресцентным красителем, ацетилированным человеческим плазмом липопротеидом низкой плотности DiI комплекса (DiI-AcLDL) и количественной оценкой их сложности у Xenopus tropicalis . Кровеносные сосуды могут быть помечены простой инъекцией DiI-AcLDL в сердцебиение эмбриона, а кровеносные сосуды всего эмбриона могут быть отображены в живых или фиксированных эмбрионах. В сочетании с пертурбацией гена путем целенаправленного микроинъекции нуклеиновых кислот и / или применения ванны фармакологических реагентов роль гена или сигнального пути в развитии сосудов может быть inveСтигировали в течение одной недели, не прибегая к сложным генетически модифицированным животным. Из-за четко определенной венозной системы Xenopus и его стереотипного ангиогенеза, прорастание уже существующих сосудов, сложность судна могут быть количественно определены после экспериментов по возмущению. Этот относительно простой протокол должен служить легко доступным инструментом в различных областях сердечно-сосудистых исследований.
Introduction
Васкулогенез, образование новых кровеносных сосудов из новорожденных эндотелиальных клеток и ангиогенез, образование новых сосудов из ранее существовавших сосудов, являются двумя различными процессами, которые формируют эмбриональную сосудистую сеть 1 . Любая дисрегуляция в этих процессах приводит к различным сердечным заболеваниям и структурным аномалиям сосудов. Более того, рост опухоли связан с неконтролируемым ростом сосудов. Таким образом, молекулярные механизмы, лежащие в основе васкулогенеза и ангиогенеза, являются объектом интенсивного исследования 2 .
Xenopus и данио являются привлекательными моделями позвоночных для исследований васкулогенеза и ангиогенеза по нескольким причинам. Во-первых, их эмбрионы небольшие; Поэтому относительно просто отобразить всю сосудистую сеть. Во-вторых, эмбриональное развитие происходит быстро; Требуется всего несколько дней для развития всей сосудистой сети, в течение которых развивающиеся васкулы Ature может отображаться. В-третьих, генетические и фармакологические вмешательства до и во время формирования сосудов легко выполнить, например, посредством микроинъекции антисмысловых морфолиновых нуклеотидов (МО) в развивающийся эмбрион или посредством применения ванн препаратов 3 , 4 , 5 .
Уникальное преимущество Xenopus над рыбой данио заключается в том, что эмбриологические манипуляции могут выполняться, потому что Xenopus следует стереотипным голообластическим расколам, и эмбриональная карта судьбы четко определена 6 . Например, можно создать эмбрион, в котором только одну боковую сторону генетически манипулируют путем инъекции антисмысловой МО к одной клетке на стадии с двумя клетками. Также возможно пересадить зачаток сердца от одного зародыша к другому, чтобы определить, выполняет ли ген свою функцию с помощью клеточного-внутреннего или экссудативного механизмаAss = "xref"> 7. Хотя эти методы в основном были разработаны у Xenopus laevis , который является аллотетраплаидным и поэтому не является идеальным для генетических исследований, их можно непосредственно применять к Xenopus tropicalis , близкородственному диплоидному виду 8 .
Один из способов визуализации сосудистой сети в живом эмбрион Xenopus заключается в введении флуоресцентного красителя для маркировки кровеносных сосудов. Ацетилированный липопротеин низкой плотности (AcLDL), меченный флуоресцентной молекулой, такой как DiI, является очень полезным зондом. В отличие от неацетилированного LDL, AcLDL не связывается с рецептором LDL 9, а эндоцитируется макрофагами и эндотелиальными клетками. Инъекция DiI-AcLDL в сердце живого животного приводит к специфическому флуоресцентному мечению эндотелиальных клеток, и вся сосудистая сеть может быть визуализирована с помощью флуоресцентной микроскопии в живых или фиксированных эмбрионах 4 .
Здесь мыПодробные протоколы визуализации и количественного определения кровеносных сосудов с использованием DiI-AcLDL у Xenopus tropicalis ( рис. 1 ). Мы представляем ключевые практические вопросы, примеры успешных и неудачных экспериментов. Кроме того, мы предоставляем простой метод количественного анализа сосудистой сложности, который может быть полезен при оценке влияния генетических и экологических факторов на формирование сосудистой сети.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол, представленный здесь, был впервые разработан Али Х. Бриванлу и его коллегами для изучения событий развития во время формирования сосудов у Xenopus laevis 4 , но, как показано в этой рукописи, он может применяться к другим мелким животным. Инъекция красителя в сердце ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было вдохновлено работой Levine et al. , В котором описан этот экспериментальный метод и дано подробное описание развития сосудов у Xenopus laevis. Мы благодарим членов нашей лаборатории за их вклад. Это исследование было поддержано исследовательской инициативой Университета Йонсей в 2015 году (2015-22-0095) и Программой развития биомедицинских технологий Национального исследовательского фонда (NRF), финансируемой Министерством науки, ИКТ и планирования будущего ( 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).
