A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
In Xenopus embryos, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent and can be programmed to generate various tissues. Here, we describe protocols to use amphibian blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development.
Understanding the genetic programs underlying neural development is an important goal of developmental and stem cell biology. In the amphibian blastula, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent. These cells can be isolated, and programmed to generate various tissues through manipulation of genes expression or induction by morphogens. In this manuscript protocols are described for the use of Xenopus laevis blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development. These protocols allow the investigation of fate acquisition, cell migration behaviors, and cell autonomous and non-autonomous properties. The blastocoel roof explants can be cultured in a serum-free defined medium and grafted into host embryos. This transplantation into an embryo allows the investigation of the long-term lineage commitment, the inductive properties, and the behavior of transplanted cells in vivo. These assays can be exploited to investigate molecular mechanisms, cellular processes and gene regulatory networks underlying neural development. In the context of regenerative medicine, these assays provide a means to generate neural-derived cell types in vitro that could be used in drug screening.
מערכת העצבים של בעלי החוליות עולה מהצלחת העצבית כשכבת אחידה של תאי neuroepithelial. הבנה כיצד תוכניות התפתחותיות מושרות, מקודדות, והוקמו במהלך אזורית של הצלחת העצבית היא, כיום, מטרה עיקרית בביולוגיה התפתחותית. בהשוואה למערכות אחרות, עובר Xenopus ניסוי נוח הוא מודל של בחירה לניתוח שלבים מוקדמים של התפתחות עצבית 1,2. זה קל להשיג מספר גדול של עוברים, ופיתוח חיצוני נותן גישה לצעדים הראשונים של neurulation 3. כלים רבים זמינים כדי לתפעל באופן ניסיוני Xenopus laevis (laevis X.) התפתחות עוברית. מיקרו הזרקה של mRNAs או morpholinos (MO), כוללים שיטות פעולה מושרה, יחד עם כלים ביוכימיים ותרופתיים, מאפשר מבוקר רווח של פונקציה (GOF) ואובדן התפקוד (LOF) ושינוי ספציפי של מסלולי איתות 4,5. בלההאאקטודרם גג stocoel, הממוקם סביב קוטב החיה של blastula, או עובר gastrula בשלב מוקדם מאוד, ומכונה "בעלי החיים קאפ '(AC), הוא מקור לתאי pluripotent שניתן לתכנת על ידי מניפולציה של ביטוי גנים לפני explants הכנה. בכתב יד זה הם פרוטוקולים מפורטים לשימוש X. explants laevis AC לבדוק במבחנה ובמנגנונים מולקולריים vivo ותהליכים תאיים התפתחות עצבית בסיסית.
טכניקה מוצגת, המאפשרת תצפית יפה של דפוסי ביטוי גנים בצינור עצבי ראשן צפרדעים, צעד ראשוני בזיהוי רמזי נחישות גורל. בעוד התצפית של רקמות רכוב שטוחות נפוצה במחקר של עובר חומוס 6, זה לא תואר כראוי בצפרדעים. מניפולציה של ביטוי גנים על ידי הזרקת mRNA או MO סינטטיים ללסטומרים של 2 או 4 עובר שלב תא מאפשרת תכנות של ACexplants 4. לדוגמא עיכוב של מסלול חלבון העצם המוךפו"גנטי (BMP) על ידי ביטוי של אנטי-BMP גורם הבחור!, נותן זהות עצבית לתאי AC 3. הפרוטוקול מפורט לביצוע חשיפה מבוקר זמן ומקומי של explants AC לרמזים חיצוניים באמצעות מגע ישיר עם חרוז שרף אניוני. לבסוף טכניקה מתוארת לבדיקת תכונות ההתפתחותי של אבות עצביים in vivo על ידי השתלה של explants המעורב הוכן מהתאים נפרדים מתוכנת ניתקו וקשורים-מחדש.
עובר הצפרדע הוא מודל רב עוצמה כדי לחקור את ההתפתחות עצבית חוליות מוקדמות. שילוב מניפולציה של ביטוי גנים לexplant תרבויות במבחנה מספק מידע חשוב בחקר האזורי neuroepithelium, התפשטות, והמורפוגנזה 7-12. תכנות של explants AC מותר פיתוח של לב פונקציונלי vivo לשעבר 13,14. השימוששל explant השתלת 15 הובילו לזיהוי של בורר תעתיק המינימלי התרמה תכנית בידול הרכס העצבי 16. Limitans Zona intrathalamica (ZLI) הוא מרכז איתות שמפריש סוניק קיפוד (ששש) כדי לשלוט על הצמיחה ואזורית של המוח הקדמי הזנב. כאשר נחשפו ברציפות שלשש, תאי neuroepithelial coexpressing גני שלושה שעתוק גורם - כמו-barH homeobox-2 (barhl2), orthodenticle-2 (otx2) וIroquois-3 (irx3) - רכישת שני מאפיינים של תא ZLI: הסמכות ל להביע את ששש, ואת היכולת להפריד מתאי צלחת עצביים קדמי. כמערכת מודל, האינדוקציה של גורל ZLI לתאי neuroepithelial יוצג 8.
פרוטוקולים אלה מכוונים למתן וכלים פשוטים, זולים, יעילים לביולוגים התפתחותיים וחוקרים אחרים לחקור את MEC הבסיסיhanisms של התנהגויות תא עצביות מרכזיות. פרוטוקולים אלה הם מגוונים מאוד ומאפשרים החקירה של מגוון גדול של רמזי נחישות עצביים חיצוניים ופנימיים. זה מאפשר לטווח ארוך בניתוח vivo של מחויבות עצביות שושלת, אינטראקציות אינדוקטיביים והתנהגויות תא.
ניסויים לעמוד ברגולציה לאומית ואירופית על ההגנה על בעלי החיים המשמשים למטרות מדעיות ועם עקרונות שנקבעו בעולם של החלפה, הפחתה ועידון.
1. שטוח הרכבה של Xenopus laevis Tube ראשנים קדמי העצבי לאחר Whole-Mount הכלאה באתר
2. בעלי החיים קאפ Explants אינדוקציה באמצעות חרוזים אניון Exchange שרף
תא דיסוציאציה 3. בעלי החיים קאפ וצירוף-מחדש לפני השתלה בXenopus laevis Neurula
4. הארכת בעלי החיים Caps Explants בצלחת עצבית של X. העובר laevis
בהתבסס על שיקולים מורפולוגיים במינים שונים, מניפולציות עובריות, ואת דפוס הביטוי של גני רגולציה, מודל רעיוני גורס כי הצלחת העצבית מחולקת למגזרים רוחביים ואורך המגדירים רשת התפתחותית יצירת שדות histogenic מובחנים. בצלחת העצבית, primordia של המוח הקדמי, המוח ה?...
התפתחות עצבית היא בניצוחו של גומלין מורכב בין תוכניות סלולריות התפתחותיים ואותות מהרקמות הסובבות (נבדקו ב3,31,32). כאן אנו מתארים קבוצה של פרוטוקולים שניתן להשתמש בX. laevis עובר לחקור חיצוני וגורמים פנימיים מעורבים בקביעת גורל עצבית והמורפוגנזה עצבית במבח...
The authors have nothing to disclose.
The author thanks Hugo Juraver-Geslin, Marion Wassef and Anne Hélène Monsoro-Burq for their help and advice, and the Animal Facility of the Institut Curie. The author thanks Paul Johnson for his editing work on the manuscript. This work was supported by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS UMR8197, INSERM U1024) and by grants from the "Association pour la Recherche sur le Cancer" (ARC 4972 and ARC 5115; FRC DOC20120605233 and LABEX Memolife) and the Fondation Pierre Gilles de Gennes (FPGG0039).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Paraformaldehyde | VWR | 20909.290 | Toxic |
anion exchange resin beads | Biorad | 140- 1231 | |
Bovine Serum Albumin | SIGMA | A-7888 | For culture of animal cappH 7.6 |
Gentamycine | GIBCO | 15751-045 | antibiotic |
Bovine Serum Albumin | SIGMA | A7906 | for bead preparation |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved