Ce protocole décrit un modèle de cryoblessure pour induire des dommages profonds de plusieurs myomères caudales chez le poisson zèbre adulte. Cette méthode fournit une nouvelle approche pour étudier la régénération des muscles squelettiques après une perte importante de tissu chez les vertébrés non mammifères.
Le muscle squelettique subit un renouvellement et une restauration après une blessure mineure par l’activation de cellules souches de type satellite. Les blessures graves de la musculature entraînent souvent une fibrose chez l’homme. Par rapport aux mammifères, le poisson zèbre possède une capacité innée plus élevée de régénération des organes, fournissant un modèle puissant pour étudier la restauration des tissus après des dommages importants à l’organe. Ici, un modèle de cryoblessure est décrit pour induire des dommages profonds à quatre myomères du pédoncule caudale chez le poisson zèbre adulte. Une cryosonde sur mesure a été conçue pour s’adapter à la forme du corps et blesser de manière reproductible la musculature latérale de la peau à la ligne médiane. Fait important, l’intégrité corporelle est restée intacte et les poissons ont poursuivi leur activité de natation. Les modifications du muscle squelettique ont été évaluées par coloration histologique et coloration en fluorescence des protéines sarcomériques sur des coupes de tissus. Cette méthode ouvrira de nouvelles pistes de recherche visant à comprendre comment la dégénérescence du muscle squelettique induit des réponses réparatrices et, ainsi, la réactivation du programme myogénique chez le poisson zèbre adulte.
Chez les vertébrés, les parties endommagées de divers tissus subissent un renouvellement homéostatique et une restauration au cours de la vie. Cette capacité de renouvellement et de restauration dépend typiquement de la présence de cellules souches compétentes ou de la capacité de prolifération des cellules matures 1,2. Le muscle squelettique comprend des myofibres post-mitotiques, qui sont associées à des cellules souches locales, appelées cellules satellites 3,4,5,6. Ainsi, ce tissu contient des sources cellulaires pour l’étanchéité efficace des zones de continuité interrompue ou pour la réparation de plaies mineures. Cependant, des pertes volumétriques plus importantes dans le muscle squelettique des mammifères sont souvent suivies d’une réparation non régénérative, telle que la fibrose7. Les modèles animaux pourraient fournir de nouvelles informations sur les mécanismes biologiques qui favorisent la régénération des organes gravement endommagés.
Le poisson zèbre est un organisme modèle bien établi doté d’une grande capacité de régénération. Le poisson-zèbre adulte peut régénérer une partie amputée de sa nageoire caudale ou l’apex réséqué du ventricule cardiaque 8,9,10,11. En outre, une méthode de cryolésion a déjà été appliquée pour étudier la régénération des nageoires et du cœur chez le poisson zèbre12,13,14,15. Dans le cas des organes internes, la méthode de cryolésion a l’avantage d’induire la mort cellulaire sans perturber l’intégrité de l’organe, imitant ainsi les conditions physiologiques16,17. Les débris tissulaires sont désintégrés par clairance naturelle pendant la cicatrisation de la plaie, suivie des processus de réparation. Cependant, il reste à déterminer si cette méthode pourrait être appliquée au muscle squelettique.
Chez les poissons, la musculature latérale permet la flexion latérale du tronc pendant la nage18. Les muscles squelettiques sont organisés en unités métamères, appelées myomères, qui sont séparées par le tissu conjonctif 5,19. Le poisson zèbre peut régénérer son muscle après des perturbations tissulaires mineures, telles que celles causées par l’ablation au laser ou une blessure par arme blanche 20,21,22,23,24, mais on ne sait pas si des myomères entiers peuvent se régénérer après une blessure importante. Cette lacune dans les connaissances est probablement due à l’absence d’un modèle de blessure approprié. Ce protocole établit une nouvelle approche pour induire une lésion étendue du muscle squelettique, couvrant plusieurs myomères. La méthode de cryolésion décrite est basée sur la congélation et la décongélation rapides des myofibres avec un instrument en acier inoxydable prérefroidi. Malgré les dégâts importants, le bien-être du poisson n’a pas été gravement altéré. Des myomères entiers pourraient être restaurés et, ainsi, ce travail fournit un nouveau système modèle pour étudier les mécanismes de régénération musculaire chez le poisson zèbre adulte.
Le poisson zèbre fournit un organisme modèle de vertébrés anamniotes pour étudier les mécanismes de régénération musculaire. La plupart des méthodes de blessures existantes, telles que l’ablation au laser ou les blessures à l’arme blanche, entraînent une perturbation tissulaire relativement mineure20,21,22,23. Des résections majeures ont été réalisées sur le muscle extraoculaire26. Cependant, cette approche chirurgicale serait probablement moins appropriée pour la musculature latérale en raison des risques pour la santé liés à la coupe de la paroi du corps. Pour éviter de telles procédures invasives, ce protocole décrit une forme plus légère de blessure qui, néanmoins, entraîne des dommages profonds au pédoncule caudal. Cette approche repose sur une manipulation superficielle qui permet le ciblage très précis de quelques myomères d’un côté du corps. Les forces du modèle de cryoblessure résident dans sa reproductibilité et sa capacité à produire une dégénérescence musculaire étendue; Sur la base de ces forces, ce modèle fournit une nouvelle voie pour étudier comment le corps réagit à une perte musculaire importante.
L’application d’un froid extrême entraîne un choc thermique, qui détruit la membrane plasmique et les organites dans le tissu musculaire affecté27. En conséquence, les myofibres lésées subissent une mort cellulaire « accidentelle »28. Par conséquent, le tissu endommagé peut être résorbé par des mécanismes naturels de nettoyage de la plaie. Le poisson zèbre tolère bien la procédure de cryoblessure, car le taux de survie dans cette étude était de près de 100%, étant donné que la sonde prérefroidie était correctement positionnée sur le corps pendant la durée exacte. Cependant, si la plaie est trop étendue (p. ex., si trop de pression est appliquée ou si la durée de la cryoblessure est trop longue), le poisson peut présenter des mouvements de nage aberrants peu de temps après l’intervention, et l’animal doit être euthanasié comme critère d’évaluation sans cruauté. Pour les autres espèces de poissons, le temps d’exposition à la cryosonde doit être ajusté en fonction de la taille du corps.
Après une cryoblessure, les poissons peuvent reprendre leur activité de nage sans aucun symptôme de mouvement anormal. Cependant, les poissons cryoblessés nagent de manière moins dynamique que les poissons témoins, ce qui indique des déficiences légères. Une quantification plus poussée du comportement des poissons à différents moments après la cryoblessure sera nécessaire pour déterminer les changements temporels dans la performance de nage.
L’effet de la méthode de cryolésion sur d’autres tissus non musculaires du pédoncule caudale reste à élucider. De toute évidence, la couche la plus externe du corps (c’est-à-dire la peau) est endommagée par la procédure. Dans ce contexte, la méthode de cryolésion peut fournir une nouvelle stratégie pour étudier la cicatrisation des plaies, la régénération des écailles et la restauration du motif pigmentaire. En outre, le système vasculaire et l’innervation des myomères pourraient également être affectés par la cryolésion, et ces sujets nécessitent une enquête plus approfondie.
Le modèle de cryolésion a déjà été utilisé pour étudier la régénération cardiaque du poisson zèbre13,14,15,29. Cette méthode a montré certains avantages par rapport à la méthode de résection ventriculaire10 en raison du dépôt transitoire d’une cicatrice riche en collagène, qui imite mieux la réponse de guérison de l’infarctus chez l’homme30. Remarquablement, le poisson zèbre peut régénérer son cœur après de multiples cryolésions31. Fait intéressant, la cryolésion a également été appliquée à la nageoire du poisson zèbre, entraînant des processus histolytiques12. Contrairement à l’amputation classique de la nageoire, le moignon cryoblessé restant contient une marge déformée avec un mélange de matière morte et de cellules saines. Des études portant sur les deux organes du poisson zèbre, le cœur et la nageoire, ont révélé la puissante capacité du poisson zèbre à restaurer ses composants fonctionnels d’origine, même après des lésions tissulaires importantes. La question de savoir si le muscle squelettique cryoblessé active une interaction entre les processus réparateurs et régénératifs justifie des études futures.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions V. Zimmermann pour les soins aux poissons, ainsi que le Dr Thomas Bise, le Dr Catherine Pfefferli et Lea Gigon pour le lancement de ce projet et leurs résultats préliminaires. Ce travail a été soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique, numéro de subvention 310030_208170.
Program | |||
ImageJ | National Institutes of Health (NIH) | ||
Photoshop Version 23.5.3 | Adobe | ||
Material/ Equipment | |||
35/10 mm Petri Dish | Greiner Bio-one | Item No.: 627102 | |
Camera | Sony | / | HDR-PJ410 |
Cryostat | Histcom | HRA C50 | |
Formaldehyde ~36% | Sigma-Aldrich | 47630 | |
Macro 50 mm f/2.8 EX DG lens | Sigma | / | Discontinued lense |
Peel-A-Way Embedding Truncated Molds T8 | Polyscience, Inc. | 18985 | |
Slides Superfrost Plus | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Sponge | any | any | flat sponge, c.a. 7cm x 3 cm x 1 cm |
Stainless steel cryoprobe | Custom-made | / | specifics in the article |
Sucrose | Sigma-Aldrich | 84100 | |
Surgical scissors | Any | / | |
TCS SP2 | Leica | / | Discontinoued product |
Tissue-Tek O.C.T. compound | Sakura Finetek | 4583 | |
Tricaine (Anestethic) | Sigma | E10521 | |
Dyes and Antibodies | |||
Dapi | Sigma | 10236276001 | Concentration: 1/2000 |
Phalloidin-Atto-565 (F-actin) | Sigma | 94072 | Concentration: 1 / 500 |
Tropomyosin (TPM1) | DHSB | CH1 | Concentration: 1 / 50 |
Recipies/Solutions | |||
1x PBS | 123 mM NaCl | Sigma | |
2.7 mM KCl | Sigma | ||
10 mM Na2HPO4 | Sigma | ||
1.8 mM KH2PO4 | Sigma | ||
AFOG solution | 3 g Fuchsin | Fisher Scientific | |
2 g Orange G | Sigma | ||
1 g Anilin blue | Fulka AG | ||
200 ml acifidied distilled H2O (pH 1.1) |