Method Article
Zebrafish transplantation de cellules permet la combinaison de la génétique et l'embryologie de générer des chimères tissulaires spécifiques. Cette vidéo montre gastrula scène transplantations de cellules qui ont permis à notre laboratoire pour étudier les rôles des populations astrogliales et les indices des directives précises lors de la formation commissure dans le prosencéphale.
Certaines questions fondamentales dans le domaine de la biologie du développement ne peut être répondu lorsque les cellules sont placées dans de nouveaux environnements ou lorsque de petits groupes de cellules dans un contexte plus large sont modifiées. Observer comment une cellule interagit et se comporte dans un environnement unique est essentiel pour caractériser les fonctions cellulaires. Déterminer comment le misexpression localisée d'une protéine spécifique des influences qui entourent les cellules fournit des informations utiles sur les rôles que joue la protéine dans une variété de processus de développement. Notre laboratoire utilise le système de modèle de poisson zèbre pour combinent de façon unique avec des approches génétiques classiques techniques de transplantation de générer des chimères génotypiques ou phénotypiques. Nous étudions les interactions cellulaires des neurones-glie pendant la formation des commissures du cerveau antérieur chez le poisson zèbre. Cette vidéo décrit une méthode qui permet à notre laboratoire pour étudier le rôle des populations astrogliales dans le diencéphale et le rôle des signaux de guidage spécifiques qui influencent les axones projetant comme ils croisent la ligne médiane. En raison de leurs embryons de poisson zèbre transparence sont des modèles idéaux pour ce type de placement cellulaire ectopique ou misexpression gène localisé. Suivi des cellules transplantées peut être accompli en utilisant un colorant vital ou une ligne de poissons transgéniques exprimant une protéine fluorescente. Nous démontrons ici comment préparer embryons donneurs avec un traceur colorant vital pour la transplantation, ainsi que la façon d'extraire et de greffe de cellules d'un embryon de gastrula scène à l'autre. Nous présentons des données démontrant la GFP + ectopique des cellules transgéniques dans le prosencéphale des embryons de poissons zèbres et de caractériser la localisation de ces cellules à l'égard de prosencéphale commissures. En outre, nous montrons au laser microscopie à balayage confocal timelapse d'Alexa 594 cellules marquées transplantées dans un embryon hôte GFP + transgéniques. Ces données fournissent la preuve que la gastrula scène greffe permet le positionnement ciblé des cellules ectopiques de répondre à une variété de questions en biologie du développement.
Partie 1: Alexa 594 embryons marqués
1.1 Plate microinjection et préparation d'aiguille
1.2 collecte d'embryons et Appareillage microinjection
1,3 microinjections d'fluorescent Alexa 594
Partie 2: Les transplantations stade gastrula
2,1 Dechorionating et la préparation des plaques Transplant
2,2 embryon et Appareillage Transplant
2.3 Les transplantations de cellules Gastrula scène
2.4 Visualisation et imagerie embryons
Résultats:
Dans un effort pour aborder le rôle des cellules dans le cerveau antérieur astrogliales il est nécessaire de visualiser à la fois à ces cellules et de cibler les différentes manipulations génétiques pour des petits groupes de cellules diencéphaliques et télencéphalique. Pour générer ces types d'embryons chimériques, dans laquelle une certaine partie de la population astrogliales dans l'embryon est différent que ce soit par le génotype ou le phénotype, nous avons utilisé une approche multidimensionnelle qui combine l'utilisation d'embryons transgéniques GFP, dont les étiquettes astroglie, avec l'utilisation de la gastrula -mise en scène de transplantation cellulaire. Pour cibler spécifiquement les clones pour le diencéphale, nous avons utilisé la carte zebrafish sort gastrula d'extraire sélectivement des cellules sur la ligne médiane à égale distance du pôle animal et le bouclier 5 (Fig. 1B). Ces extraits tg [GFAP: gfp] cellules ont ensuite été transplantées dans le même endroit dans un hôte de type sauvage gastrula, qui a ensuite été porté à 30hpf, et pour tous les axones immunomarquées (α-tubuline acétylée) comme points de repère pour l'anatomie du cerveau antérieur. À titre d'exemple montré ici, l'imagerie confocale d'un embryon hôte révèle isolés cellules GFP + dans le télencéphale et diencéphale (figure 2A). La morphologie complète de ces cellules GFP + peut être observée dans cet essai clonal, révélant que la plupart de ces cellules prennent la morphologie caractéristique gliales radiales, où le soma est adjacent à la zone ventriculaire et un pied grande extrémité se termine un processus radiale à la de surface pial (figure 2A, en médaillon). Rendu en trois dimensions de la Z-stack de ces tranches optiques recueillies montrent clairement la position de ces cellules à l'égard des axones marqués (film 1).
Une autre approche couramment utilisée pour visualiser les cellules transplantées est d'abord un colorant microinject cellules fluorescentes lignée, comme Alexa 594, dans le jaune d'une cellule mise en scène de type sauvage ou transgénique GFP embryon. Comme exemple nous avons injecté dans des embryons Alexa 594 de type sauvage au stade d'une cellule. Nous leur avons permis de se développer au bouclier stade gastrula puis effectué la transplantation du cerveau antérieur ciblées comme mentionné ci-dessus, mais nous avons transplanté dans tg [GFAP: nuc-gfp] hôte transgénique gastrula. L'imagerie du télencéphale dorsal par microscopie confocale à balayage laser a révélé grappes rouges fluorescentes des cellules du donneur chez les GFP + noyaux dans le cerveau antérieur (figure 2B). Nous avons également analysé cet hôte par la collecte des piles Z toutes les trois minutes au cours de deux heures avec le confocale à balayage laser. 4-dimensionnel rendu de cette timelapse en utilisant le logiciel Volocity (Improvisation) montre dynamique des mouvements cellulaires des membranes cellulaires rhodamine uneND de la GFP + noyaux (Film 2).
? Cliquez ici pour voir une plus grande version de la figure 1.
Figure 1: un appareil de transplantation et schématique des méthodes expérimentales. Un appareil) utilisée pour mener gastrula au stade des greffes. Le microscope Zeiss Lumar stéréo fluorescent a été utilisé pour effectuer ces greffes. Il a joystick attention contrôlée et un zoom (à gauche cercle rouge). Le NK TransferMan a été utilisée pour manipuler la position du capillaire qui est aussi contrôlée joystick (cercle rouge de droite). Lors de l'installation de 60 à 80 embryons sont placés dans des puits individuels agar préalablement faite dans un plat à 100mm de Pétri avec un moule en plastique (violet boîte décrites). La greffe capillaire (TransferTip) fabriqué par Eppendorf a un diamètre d'ouverture 15μm intérieure et un pourboire de 20 degrés angulaires (boîte verte décrites). L'aspiration des cellules est contrôlée avec Airtram Eppendorf (rouge encadré décrit). B) Illustration de la procédure de transplantation gastrula étape du donneur dans des embryons hôtes. Les cellules sont extraites de tg [GFAP: GFP] embryons (illustré ici) ou Alexa 594 injectés (comme décrit dans le protocole) des embryons donateurs. Les cellules sont retirés de la ligne médiane à mi-chemin entre le blindage et pôle animal, et transplanté dans la même région d'embryons hôte. Les hôtes sont fixes et imagées par microscopie confocale à balayage laser.
S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version agrandie de la figure 2.
Figure 2. Exemple de greffes stade gastrula dans le prosencéphale zebrafish a) une vue frontale d'embryons hôtes sauvages type avec transplanté tg [GFAP: gfp]. Cellules dans le diencéphale et le télencéphale du cerveau antérieur poisson zèbre. Les axones sont étiquetés en rouge (anticorps tubuline α-acétylé) et les cellules transplantées sont étiquetés en vert (expression de la GFP endogène). Les embryons sont 30 HPF. En médaillon montre la morphologie radiale gliales de cellules GFP +. B) Vue dorsale du télencéphale d'un live tg [GFAP: nuc-GFP] embryon hôte avec la rhodamine fluorescente cellules transplantées (rouge). Les noyaux des embryons hôtes sont étiquetés verte (GFP). La ligne pointillée indique la face antérieure du cerveau antérieur. Trait plein indique la zone ventriculaire. La barre d'échelle est 10 microns.
Film 1. . La relation de façon ectopique étiquetés cellules gliales radiales entre les commissures prosencéphale cellules d'une gastrula scène tg [GFAP: GFP] embryons ont été transplantés dans une ligne non-GFP transgénique de type sauvage. Un confocale à balayage laser Z-Stack ont été recueillies puis traitées pour la 3-D en utilisant un logiciel de rendu Volocity. Initialement, l'image est une vue frontale du cerveau antérieur poisson zèbre au 30hpf, et il a été retourné horizontalement par rapport à la figure 2B. Les axones (a-tubuline acétylée, rouge) dans la commissure antérieure (CA, en haut) et post-optique commissure (POC, en bas) sont visibles. Les cellules vertes sont les cellules GFP + transplantés qui a pris racine dans le prosencéphale et généré claires morphologie radiale gliales. Comme le film progresse, il se concentre sur deux dans les cellules gliales radiales possédant frais de la fin que le contact de la CEP. Cliquez ici pour télécharger la vidéo 1.
Movie 2. Timelapse imagerie des transplantés Alexa 594 cellules marquées dans le prosencéphale cellules d'une gastrula préalablement injecté avec Alexa 594 ont été transplantées dans tg. [GFAP: nuc-gfp] embryons transgéniques. Ce film représente une projection en 3-D d'une série chronologique 2h, dans lequel Z-piles ont été prises toutes les 5 minutes. Z-Piles ont été recueillies sur un microscope confocal à balayage laser, et 4-D rendus complété en utilisant le logiciel Volocity. Cellules transplantées sont étiquetés avec Alexa 594 (rouge), et GFP + noyaux sont verts. Comme cette timelapse fonctionne, l'image 4D commence par une vue dorsale du cerveau antérieur au 30hpf et tourner autour de l'axe X, comme un mouvement clair est détecté dans les membranes cellulaires de toutes les cellules transplantées et de la GFP + noyaux ainsi. Cliquez ici pour télécharger la vidéo 2.
Génération embryons chimères est un outil puissant qui aborde les questions de recherche au sein de nombreux systèmes de plusieurs modèles, à savoir la mouche des fruits (D.melanogaster), un ver (C.elegans), le poisson-zèbre (D.rerio) et de la souris (M.musculus). Nous soutenons que le système modèle de poisson zèbre est particulièrement bien adapté pour générer des chimères dans un relativement facile, rapide et polyvalent. Le poisson zèbre est un animal vertébré qui se développe en dehors de la mère qui rend beaucoup plus accessible que par rapport au modèle de la souris. Le poisson zèbre sont aussi significativement plus grandes que des mouches ou des vers, ce qui simplifie les manipulations embryonnaires tels que la transplantation de cellules. En outre, la capacité de combiner les procédures de transplantation de cellules avec des techniques transgéniques permet un large éventail d'expériences possibles dans lesquelles la fonction des gènes peuvent être manipulés dans un tissu-spécifique de manière localisée. Par exemple, les clones petite GFP + ou la rhodamine cellules marquées permettent la caractérisation de morphologies cellulaires complets qui sont souvent perdus dans un donneur homozygote transgéniques ou sont impossibles à visualiser en raison de l'étiquetage différentiel subcellulaires avec des anticorps communs. Par ailleurs, en utilisant des cellules marquées ou transgénique fluorescent remplis, nous pouvons suivre les cellules du donneur de l'embryon de poisson zèbre en direct sur le temps. Timelapse imagerie des cellules individuelles fournit une nouvelle analyse du comportement cellulaire dans le contexte de l'organisme entier.
Notre laboratoire associe également l'utilisation de choc thermique inductible lignées transgéniques avec les greffes de cellules de telle sorte que certains signaux de guidage axonal peut être misexpressed dans les cellules du donneur après une élévation de la température d'incubation (données montrent pas). Cette technique est une approche extrêmement puissante et directe localement misexpress une protéine d'intérêt de manière spatiale et temporelle spécifique, ce qui nous permet de voir comment la protéine spécifique affecte le développement. Dans notre cas, cette technique peut étendre nos connaissances derrière la fonction de signaux de guidage à fente-Robo dans le positionnement des commissures et des cellules gliales lors de la 5 ligne médiane.
D'autres approches de gènes tels que localement misexpressing uncaging UV focale et outils heatshock localisée (laser ou fer à souder), offrent d'autres façons de manipuler l'expression des gènes et des marqueurs dans un petit amas de cellules 7-9; cependant, la transplantation de cellules établit un environnement final de l'analyse qui est exempt de tout traumatisme induit par les UV, laser ou à la chaleur faisant une transplantation de cellules d'une approche plus expérimentale contrôlée. En conclusion, nous avons trouvé des procédures transplantation de cellules pour être une partie essentielle de notre recherche en biologie du développement neurologique. Génération des clones de cellules ayant des propriétés différentes est un outil essentiel pour le biologiste du développement dans la lutte contre les comportements des questions fondamentales de la cellule, la fonction des gènes, des cellules et de l'autonomie.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à remercier les membres du Laboratoire Barresi pour leur soutien et leurs précieux commentaires sur ce manuscrit. Nous remercions Alexander Workman pour son aide technique constante ainsi que le personnel de soins aux animaux pour leur aide dans le maintien du Smith College Zebrafish colonie. Nous remercions également Hallacy Mike, Rudi Rottenfusser, et Carl Zeiss pour le prêt du matériel de microscopie pour l'tournages comm de ce protocole. Ce travail a été soutenu par une subvention de recherche financée par la NSF, 0615594.
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Nom | Tapez | Société | Nombre de catalogue | Détails |
Boîtes de Pétri | Outil | Fisherbrand | 08-757-13 | 100 x 15 mm |
Les plaques de verre en bas de la culture | Outil | MatTek | P35G-1.5-2.0-C | 35 x 15mm, n ° 1.5, non couchés, irradiés par rayons gamma |
Grand diamètre en verre pipettes Pasteur | Outil | Fisherbrand | 63A-53-WT | |
Verre à filament capillaires pour les moules creux (sans fil) et les aiguilles d'injection (avec filament) | Outil | Instruments de précision du monde | 1B150F-4 | 4 po (100 mm), 1,5 / 0,84 OD / ID (mm) |
Transplant capillaires (TransferTip) | Outil | Eppendorf | 83000122-8 | Type IV, stérile, Int. 15μm, 20 degrés courbure |
Moisissures Transplant | Outil | Adaptive Science Tools | PT-1 | 150 triangulaires mottes de tenir embryons individuels |
Agarose, Type I | Réactifs | Sigma-Aldrich | A6013-250G | 1,5% d'agarose faite dans EM |
Moyenne des embryons (antibiotique) | Réactifs | Voir Westerfield, 2007 | ||
Tampon phosphate | Réactifs | Voir Westerfield, 2007 | ||
Pince Watchman | Outil | Outils Fine Science | 100 + mm pointe (terne), pointe 50mm | |
Rhodamine B Dextran | Lineage colorant traceur | Molecular Probes, Invitrogen | D1824 | MW 10.000 Da, la lysine-fixable, rouge (590nm) colorant fluorescent excité avec le vert (570nm) de lumière |
Microscope à dissection | Microscope | Olympus | SZX7 | |
Fluorescent Microscope stéréo | Microscope | Zeiss | Lumar | Joystick entièrement automatisé contrôlé (Sycop) |
Appareil Transplant | Outil | Eppendorf Corp | Airtram | |
Micromanipulateur automatisé | Outil | Eppendorf Corp | TransferMan NK2 | Joystick contrôlée |
Micromanipulateur | Outil | Applied Scientific Instruments, Inc | 00-42-101-0000 | MM33 droit |
Microinjecteur avec l'Unité de pression retour | Outil | Applied Scientific Instruments, Inc | MPPI-2 BPU | |
Flamming / Brown micropipette Puller | Outil | Sutter Instrument Company | Modèle P97 | Programme: Chaleur 550; Velocity 200; Heure / Retard 200; Tirez vigueur 120. |
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