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Zebrafish trapianto di cellule consente la combinazione di genetica e dell'embriologia per generare chimere tessuto specifiche. Questo video dimostra gastrula scena trapianti di cellule che hanno permesso al nostro laboratorio per studiare il ruolo delle popolazioni astrogliali e spunti indicazioni specifiche durante la formazione commessura nel proencefalo.
Alcune questioni fondamentali nel campo della biologia dello sviluppo può essere risolta solo quando le cellule si trovano in nuovi ambienti o ambienti in cui piccoli gruppi di cellule in un contesto più ampio sono alterati. Guardando come una cellula interagisce e si comporta in un ambiente unico è essenziale per caratterizzare le funzioni cellulari. Determinare come la misexpression localizzata di una influenza specifica proteina che circonda le cellule fornisce informazioni penetranti sui ruoli che le proteine gioca in una varietà di processi di sviluppo. Il nostro laboratorio utilizza il sistema zebrafish modello di combinare in modo univoco approcci genetici con le tecniche di trapianto classica per generare chimere genotipica o fenotipica. Studiamo neuroni-cellule gliali interazioni durante la formazione delle commissure proencefalo in zebrafish. Questo video descrive un metodo che consente al nostro laboratorio per studiare il ruolo delle popolazioni astrogliali nel diencefalo ed i ruoli di spunti orientamenti specifici che influenzano la progettazione assoni che attraversano la linea mediana. Grazie alla loro trasparenza embrioni di zebrafish sono modelli ideali per questo tipo di posizionamento di cellule ectopiche o misexpression gene localizzato. Monitoraggio cellule trapiantate possono essere eseguite utilizzando un colorante vitale o una linea di pesce transgenici che esprimono una proteina fluorescente. Dimostriamo qui come preparare gli embrioni donatori con un tracciante colorante vitale per il trapianto, e come estrarre e trapianto di cellule da un embrione gastrula messo in scena ad un altro. Vi presentiamo i dati che mostrano ectopica GFP + cellule transgeniche nel proencefalo di embrioni di zebrafish e caratterizzare la posizione di queste cellule rispetto al proencefalo commessure. Inoltre, laser show microscopia confocale a scansione Timelapse di Alexa 594 cellule marcate trapiantate in un GFP + embrione ospitare transgenici. Questi dati forniscono evidenza che gastrula messo in scena il trapianto consente il posizionamento mirato di cellule ectopiche per affrontare una serie di domande di biologia dello sviluppo.
Parte 1: Alexa 594 embrioni con etichetta
1,1 Piastra microiniezione e preparazione Needle
1,2 di raccolta degli embrioni e apparecchi installazione Microiniezione
1,3 microiniezioni di fluorescente Alexa 594
Parte 2: Trapianti stadio di gastrula
2,1 Dechorionating e piastra di preparazione dei trapianti
2,2 embrioni e apparecchi installazione Trapianto
2,3 gastrula fase cella Trapianti
2,4 Visualizzare ed embrioni Imaging
Risultati:
Nel tentativo di affrontare il ruolo delle cellule astrogliali nel proencefalo è necessario per visualizzare sia le cellule bersaglio e manipolazioni genetiche per piccoli gruppi di cellule diencefalo e telencefaliche. Per generare questi tipi di embrioni chimerici, in cui una certa parte della popolazione astrogliali all'interno l'embrione è diverso sia dal genotipo o fenotipo, abbiamo utilizzato un approccio multiforme, che combina l'uso di embrioni transgenici GFP, che le etichette astroglia, con l'utilizzo di gastrula -messa in scena trapianto di cellule. Per i nostri cloni si rivolgono specificamente al diencefalo, abbiamo utilizzato il destino zebrafish gastrula mappa di estrarre selettivamente le cellule sulla linea mediana equidistante dal polo animale e lo scudo 5 (Fig. 1B). Questi estratti tg [GFAP: GFP] cellule sono poi state trapiantate nella stessa posizione in una serie gastrula tipo selvaggio, che è stata poi portata a 30hpf e immunolabeled per tutti gli assoni (α-tubulina acetilato) come punti di riferimento di riferimento per l'anatomia proencefalo. A titolo di esempio mostrato qui, l'imaging confocale di un embrione ospitare rivela isolato GFP + cellule in tutto il telencefalo e diencefalo (Fig. 2A). La morfologia pieno di queste + cellule GFP può essere osservato in questa analisi clonale, rivelando che la maggior parte di queste cellule assumono la caratteristica morfologia radiali gliali, dove si trova il soma adiacente alla zona ventricolare e un piede estremità grande termina un processo radiale al superficie piale (Fig. 2A, nel riquadro). Il rendering tridimensionale della Z-stack di queste fette raccolti ottico ha mostrato chiaramente la posizione di queste cellule rispetto alla assoni etichettati (Film 1).
Un altro approccio comunemente utilizzato per la visualizzazione di cellule trapiantate è microinject inizialmente un colorante fluorescente linea cellulare, come Alexa 594, nel tuorlo d'una sola cellula scena wild-type o GFP embrione transgenico. Come esempio abbiamo iniettato Alexa 594 in embrioni wild-type in una cella di scena. Abbiamo consentito loro di sviluppare a scudo stadio di gastrula e poi effettuato il trapianto proencefalo mirati come detto sopra, ma invece abbiamo trapiantato in tg [GFAP: nuc-GFP] transgenici ospitare gastrula. Imaging del telencefalo dorsale al microscopio confocale laser a scansione ha rivelato rosso fluorescente cluster di cellule del donatore tra GFP + nuclei all'interno del prosencefalo (Fig. 2B). Abbiamo inoltre analizzato questo host attraverso la raccolta di Z-stack ogni tre minuti nel corso di due ore con la scansione laser confocale. 4-dimensionale rendering di questo Timelapse utilizzando il software Volocity (improvvisazione) mostra dinamica dei movimenti cellulari delle membrane cellulari rodamina uno° la GFP + nuclei (Movie 2).
Clicca per vedere una sua versione più grande della figura 1.
Figura 1: apparato trapianto e schematica di metodi sperimentali. A) Le apparecchiature utilizzate per condurre gastrula fase trapianti. Il microscopio a fluorescenza Zeiss Lumar stereo è stato utilizzato per condurre questi trapianti. Ha joystick fuoco controllato e lo zoom (a sinistra cerchio rosso). L'NK TransferMan è stato usato per manipolare la posizione del capillare che è anche joystick controllato (cerchio rosso a destra). Durante l'installazione 60-80 embrioni sono posti nei pozzetti agar individuali precedentemente fatte in una capsula di Petri 100 millimetri con uno stampo di plastica (viola casella delineato). Il trapianto capillare (TransferTip) prodotto da Eppendorf ha un'apertura 15μm diametro interno e una punta di 20 gradi angolo (scatola verde delineato). L'aspirazione delle cellule è controllata con Airtram Eppendorf (scatola rossa delineata). B) Illustrazione della procedura di trapianto da donatore stadio di gastrula in embrioni di accoglienza. Le cellule sono estratti da tg [GFAP: GFP] embrioni (qui) o Alexa 594 iniettato (come descritto nel protocollo) embrioni donatori. Le cellule vengono rimosse dalla linea mediana a metà strada tra lo scudo e polo animale, e trapiantati nella regione stessa di embrioni di accoglienza. Padroni di casa sono fissi e ripreso con scansione laser Microscopia confocale.
Clicca qui per vedere una versione più grande della figura 2.
Figura 2. Esempio di trapianti stadio di gastrula all'interno del prosencefalo zebrafish A) Una vista frontale di embrioni di tipo selvaggio ospitare con trapiantato tg [GFAP: GFP]. Cellule del diencefalo e telencefalo del prosencefalo zebrafish. Assoni sono etichettati in rosso (α-tubulina acetilato anticorpi) e le cellule trapiantate sono etichettati in verde (GFP espressione endogena). Gli embrioni sono 30 HPF. Mostra inserto gliali radiali morfologia delle cellule GFP +. B) vista dorsale del telencefalo di un live tg [GFAP: nuc-GFP] embrione host con rodamina fluorescenti cellule trapiantate (rosso). Nuclei di embrioni host sono etichettati in verde (GFP). Linea tratteggiata delinea la superficie anteriore del proencefalo. Linea continua indica la zona ventricolare. Barra di scala è 10μm.
Movie 1. . La relazione tra ectopica etichettati cellule gliali radiali tra commissure proencefalo cellule da una gastrula scena tg [GFAP: GFP] embrione sono stati trapiantati in un non-GFP line tipo transgenico selvatici. Una scansione laser confocale Z-Stack sono stati raccolti o successivamente trattati per 3-D di rendering con il software Volocity. Inizialmente, l'immagine è una vista frontale del prosencefalo pesce zebra a 30hpf, ed è stata capovolta orizzontalmente rispetto alla figura 2B. Assoni (a-acetilato tubulina, rosso) all'interno della commissura anteriore (AC, in alto) e post-ottica commessura (POC, in basso) si vedono. Le cellule verdi sono la GFP + cellule trapiantate che hanno messo radici nel proencefalo e ha generato chiara morfologia gliali radiali. Mentre il film procede si concentra su due in cellule gliali radiali tassa di possesso fine che contattare il POC. Clicca qui per scaricare film 1.
Movie 2. L'imaging Timelapse di trapiantati Alexa 594 cellule marcate nel proencefalo cellule da una gastrula precedentemente iniettato con Alexa 594 sono stati trapiantati in tg. [GFAP: nuc-GFP] embrioni transgenici. Questo film rappresenta un 3-D la proiezione di una serie temporali 2h, in cui sono state Z-stack ogni 5 minuti. Z-Stack sono stati raccolti su un microscopio confocale a scansione laser, e 4-D rendering eseguiti con l'ausilio del software Volocity. Cellule trapiantate sono etichettati con Alexa 594 (rosso), e nuclei GFP + sono di colore verde. Poiché questo timelapse corre, l'immagine 4D inizia con una vista dorsale del prosencefalo a 30hpf e ruoterà circa l'asse X, come il movimento chiaro viene rilevato nelle membrane cellulari di tutte le cellule trapiantate e nella GFP + nuclei pure. Clicca qui per scaricare Movie 2.
Generare embrioni chimera è un potente strumento che affronta problematiche di ricerca all'interno di molti sistemi di modelli diversi, ovvero il moscerino della frutta (D.melanogaster), worm (C.elegans), pesce zebra (D.rerio) e mouse (M.musculus). Noi sosteniamo che il sistema modello Danio rerio è particolarmente adatto per la produzione di chimere in un relativamente facile, veloce e versatile. Il pesce zebra è un vertebrato che si sviluppa al di fuori della madre che lo rende molto più accessibile rispetto al modello murino. Zebrafish sono anche significativamente più grandi mosche o vermi, che semplifica la manipolazione embrionale come il trapianto di cellule. Inoltre, la capacità di combinare le procedure di trapianto di cellule con tecniche transgeniche consente una vasta gamma di esperienze possibili in cui la funzione del gene può essere manipolata in un localizzata tessuto-specifica. Per esempio, piccoli cloni di GFP + o rodamina cellule marcate consentono la caratterizzazione della morfologia delle cellule pieno che spesso si perdono in un donatore transgenici omozigoti o sono impossibili da visualizzare a causa di etichettatura differenziale subcellulare con anticorpi comune. Inoltre, utilizzando cellule transgenically tag o fluorescente pieno, siamo in grado di monitorare le cellule del donatore nell'embrione zebrafish vivere nel tempo. Timelapse immagini delle singole cellule fornisce una nuova analisi del comportamento cellulare nel contesto di tutto l'organismo.
Il nostro laboratorio abbina anche l'utilizzo di shock termico inducibile linee transgeniche con trapianti di cellule in modo che alcuni spunti di guida degli assoni possono essere misexpressed nelle cellule del donatore a seguito di un aumento della temperatura di incubazione (dati non dimostrano). Questa tecnica è un approccio estremamente potente e diretto a livello locale misexpress una proteina di interesse in modo spaziale e temporale-specifici, che ci permette di vedere come la proteina specifica influenza lo sviluppo. Nel nostro caso, questa tecnica può estendere le nostre conoscenze base del funzionamento di fessura-Robo spunti guida nel posizionamento delle commissure e cellule gliali sulla linea mediana 5.
Altri approcci ai geni a livello locale misexpressing come uncaging UV focale e strumenti heatshock localizzate (laser o saldatore), offrono metodi alternativi per manipolare l'espressione dei geni e marker in un piccolo gruppo di cellule 7-9, tuttavia, stabilisce un trapianto di cellule ambiente finale di analisi che è libero da qualsiasi trauma indotto da UV, laser o termica fare il trapianto di cellule di un approccio più sperimentale controllato. In conclusione, abbiamo trovato le procedure di trapianto di cellule da una parte cruciale della nostra ricerca della biologia dello sviluppo neurologico. Generazione di cloni di cellule con proprietà diverse è uno strumento critico per il biologo dello sviluppo per affrontare questioni fondamentali dei comportamenti delle cellule, la funzione del gene, e l'autonomia delle cellule.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare i membri del Laboratorio Barresi per il sostegno e utili commenti su questo manoscritto. Ringraziamo Workman Alessandro per la sua costante assistenza tecnica e il personale la cura degli animali per il loro aiuto nel mantenere la Smith College colonia Zebrafish. Ringraziamo anche Hallacy Mike, Rudi Rottenfusser, e Carl Zeiss Microimaging per il prestito alcune attrezzature per la microscopia filmin di questo protocollo. Questo lavoro è stato supportato da un assegno di ricerca finanziato NSF, 0615594.
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Nome | Tipo | Azienda | Numero di catalogo | Specifiche |
Petri | Strumento | Fisherbrand | 08-757-13 | 100 x 15 mm |
Con fondo in vetro cultura piastre | Strumento | MatTek | P35G-1.5-2.0-C | 35 x 15mm, 1,5 No, non rivestito, gamma-irradiati |
Ampio foro pipette Pasteur in vetro | Strumento | Fisherbrand | 63A-53-WT | |
Di vetro a filamento capillari per stampi attraverso (senza filamento) e aghi di iniezione (con filamento) | Strumento | Mondo Strumenti di precisione | 1B150F-4 | 4 pollici (100 mm), 1,5 / 0,84 OD / ID (mm) |
Capillari trapianti (TransferTip) | Strumento | Eppendorf | 83000122-8 | Tipo IV, sterile, int. 15μm, 20 piegare grado |
Trapianto di stampo | Strumento | Adaptive Scienza Tools | PT-1 | 150 divots triangolare di tenere gli embrioni singoli |
Agarosio, tipo I | Reagente | Sigma Aldrich | A6013-250G | Agarosio 1,5% made in EM |
(Antibiotico) Embrione Media | Reagente | Vedi Westerfield, 2007 | ||
Tampone fosfato | Reagente | Vedi Westerfield, 2007 | ||
Watchman Pinza | Strumento | Strumenti Scienza multa | 100 + mm punta (opaco), punta di 50 millimetri | |
Rodamina B Destrano | Lineage tracciante colorante | Sonde molecolari, Invitrogen | D1824 | Da 10.000 MW, lisina risolvibile, rosso (590nm) colorante fluorescente eccitato con verde (570nm) la luce |
Microscopio da dissezione | Microscopio | Olimpo | SZX7 | |
Fluorescente Microscopio Stereo | Microscopio | Zeiss | Lumar | Fully Automated Joystick controllata (Sycop) |
Apparecchi trapianto | Strumento | Eppendorf Corp. | Airtram | |
Micromanipolatore automatizzati | Strumento | Eppendorf Corp. | TransferMan NK2 | Joystick controllata |
Micromanipolatore | Strumento | Applied Scientific Instruments, Inc. | 00-42-101-0000 | MM33 Destra |
Microinjector con unità di pressione Indietro | Strumento | Applied Scientific Instruments, Inc. | MPPI-2 BPU | |
Flamming / Brown micropipetta Puller | Strumento | Sutter strumento aziendale | Modello P97 | Programma: Calore 550; Velocity 200; Tempo / ritardo 200; Forza di tiro 120. |
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