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ここでは、血管内DiI注射と組み合わせたひよこGFP 神経管の種内移植を用いた神経堤細胞および血管の二重標識を報告する。この実験技術により、臓器形成中にNCC由来の(腸管)神経系と血管系の発達を同時に可視化し、研究することができます。
すべての開発器官は、神経系(感覚および運動制御用)と血管系(ガス交換、流体および栄養供給用)の両方に接続する必要があります。その結果、神経系と血管系の両方が互いに一緒に発達し、分岐アーキテクチャの顕著な類似点を共有しています。ここでは、神経堤由来の神経組織(この場合は腸神経系)と血管系の同時発生を研究することを可能にする胚操作を報告する。これは、同じ胚の血管DiI注射と組み合わせた、神経管の離散セグメントの移植、および関連する神経堤の移植 を介して チキンキメラを生成することによって達成される。我々の方法は、種内移植のためにトランスジェニックひよこGFP 胚を使用し、移植技術は1970年代以来大きな効果を発揮して使用される古典的なウズラ-ひよこ種間移植プロトコルよりも強力である。ひよこGFP-ひよこ内種移植は、移植された細胞のイメージングと無傷の組織におけるその予測を促進し、種の違いに関連する細胞開発における潜在的なバイアスを排除する。この方法は、鳥の胚のアクセスの容易さ(他の脊椎動物胚と比較して)を最大限に活用して、腸神経系と血管系の共発達を研究する。
鶏の胚は脊椎動物発生生物学において非常に貴重なモデル生物であり、ovoでの開発は、子宮内で発達する脊椎動物では行うことが不可能な実験的操作を可能にするため、少なくとも。このアクセシビリティと操作の容易さは、発生生物学の分野で多くの精巧な発見で重要な役割を果たすひよこ胚につながっています。最も強力な技術の中で、ウズラひよこキメラ胚を使用して細胞の運命を研究してきました, 1970年代の1-3でニコール・ル・ドゥアラン教授によって開拓された方法.特に、ウズラひよこキメラは、初期の発達の間に非常に回遊性神経堤細胞(NCC)集団を遺伝的にマークし、従うために特に有用であった。NCCは、神経管の余白の後部外胚に生じる回遊細胞の多能集団であり、脊椎動物胚全体に幅広い細胞型を生じさせる。これらには、頭蓋顔面構造(軟骨、骨、筋肉)、神経およびグリア(感覚および自律神経系における)、メラノサイト、および内分泌系2,4,5の細胞の亜集団が含まれる。NCCの運命に影響を与える最も重要な要因の1つは、神経管の前後軸に沿った最初の位置である。例えば、腸管神経系(ENS)のニューロンおよびグリアを生じさせる腸管NCCは、2つの離散サブ集団から生じる:第1は迷走(尾頭脳)領域に位置し、第2は神経管6-13の仙骨領域に位置する。神経管の対応する領域の種間または内接合は、これらの細胞に恒久的にラベルを付け、その後、神経管の余白での出生から消化管内の最終目的地までの追跡を可能にする選択の技術であった6,7,10。
他の動物モデルと比較して、ひよこで行うより容易な別の胚操作は、血管系の重要な標識である。確かに、ひよこ胚が発達するにつれて、それは黄身から酸素と栄養素を循環する胚外血管ネットワークの上に横たわっている。卵黄の表面に位置するこのアクセス可能な血管ネットワークは、器官形成中に胚の発達中の血管系を標識するゲートウェイとして使用することができる12,14-17。各種色素DiIなどの種々の色素の血管内注射は、新生血管網のすべての発光血管を線引き/染色することを可能にする。
発達器官は神経系(感覚および運動制御用)と血管系(ガス交換、流体および栄養供給用)の両方に接続する必要があるため、2つのネットワークは互いに並行して発達し、分岐アーキテクチャ18-20において顕著な類似点を共有する。ここでは、臓器形成中の血管系と共にNCC由来ENSの同時発生を研究することを可能にする胚操作を報告する。これは、神経堤を含む神経管の離散セグメントの移植を介して鶏キメラを生成することによって達成され、血管DiI注射と組み合わされる。ウズラチキンキメラからの進歩として、我々の方法は、細胞内移植のためにトランスジェニックGFPひよこ胚を使用し、細胞とその予測をイメージングするという点で移植技術をより強力にし、種の違いに関連する潜在的なバイアスを排除する。
1. 神経管アブレーションのためのマイクロメスの調製
2. 野生型とGFP卵を所望のステージにインキュベート
3. 卵を窓と移植に備える
4. 移植された組織を受け取るために宿主胚を準備する
5. ドナー移植組織の準備
6. 組織の移植
7. 宿主胚の血管にDiIを注入する
8. 切除または全山試験のための収穫胚
図1 は、神経管の微小外科的隔離および移植を行うために必要な典型的な器具を示す。 図2 は移植手順を示す。移植胚の後に移植の成功のためにスクリーニングされる。これは、移植片由来(GFP+)NCCの存在のために、ステレオ蛍光顕微鏡(典型的にはマイクロ手術後の朝)の下で胚を調べることを含む。移植が成功した場合、GFP+ NCCは神経管の近傍および前腸に向かう早期移動経路で観察することができる。手順が成功しなかった場合、GFP+ NCCは神経管の外で観察されないか、またはそれらが宿主に存在する場合、それらはより少ない数にあるかもしれない。これらの失敗した胚は廃棄されます。典型的には、5-8の神経管移植は1日で行われ、これらの80%は成功する。神経管移植が失敗した理由としては、微小手術中に発生した組織損傷による胚の死亡、または宿主胚に統合する神経管の障害が含まれる。後者は、宿主内の神経管の配置が悪かったり、解離技術が悪かったり、解離酵素に過度に曝露したりして、質の悪い神経管から生じる可能性がある。GFP+細胞の初期スクリーニングステップと同様の後の検査は、腸内にGFPラベルのNCCを持たない胚の実験を行うことによって時間とリソースが無駄にされないことを意味するので有用である。
図3は、血管のDiI注射の手順を示す。DiI注入技術の効率/成功は、まず、注射針を標的静脈の最適な直径に切断し、第2に静脈に針を挿入する際の正確なジェスチャー(反対側を貫通しないように)、第3に一定の速度で吹くことによって注射中に針が差し込まれるのを避けることによって異なります。これらの3つのパラメータのいずれかが間違って行われた場合、出血がすぐに再注入することがほとんど不可能になるため、2回目の試みが行われる前に胚が出血するか、回復に数時間が必要になります。成功した胚は、立体蛍光顕微鏡で観察することによって直ちに選択されるべきであり、迅速に解剖されなければならない。正常な胚では、DiI標識された血管が毛細血管を含む胚全体に存在する(図3C,D)。
胚の収穫と組織切片または全山胃腸管の検査に際して、 典型的な結果は、原始的なENS内のGFP+ NCCとDiIラベル付き腸血管ネットワークの微細な構造を明らかにする(図4)画像スタックがGFP+ ENS細胞とDiI染色血管系の微細投影との間の相互関係を示す3次元(3D)再構成を生成する共焦点顕微鏡を使用して全体実装調製を検討することができる(図4 A-C;G-I;ビデオ 1 と 2)。
図 1.推奨マイクロ手術用器具。 (A) 縫製針から形をしたマイクロメス。 (B) マイクロメスを形作るための細かいアーカンソー石。 (c)a) ストレートハサミ、b)湾曲したはさみ、c)5mlの注射器と181/2G皮下注射針、d)プラスチックピペット、e)カスタムメイドの卵ホルダー、f)黒インク、g)スクエアウォッチガラス、 h)黒シルガードベース付きの正方形の時計ガラス、i)針ホルダーのマイクロメス、j)ミヌーティエンピン、k)ミヌーティエンまたは針ホルダーのタングステン針、l)パシェフ・ウォルフスプリングハサミ、m)デュモン#5ピンセット、n)穿刺スプーン、oi)短い火災引っ張り転送針、オイ) この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 2.種内神経管移植. ひよこ胚/GFP神経管画像はデラランド らから変更された。12.腸管神経堤細胞による腸内植分化には血管形成が必要ない。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 3.静脈内DiI注射。(A)推奨器具:a)セルトラッカーCM-DiIはパラフィルム上に落とし、b)引っ張られたガラス注射針、c)口管。(B)E4キメラひよこ胚への静脈内DiI注射の模式図。(c)ovo DiI静脈注射で静脈に挿入されたDiIを含む細かいガラス針(矢印)を示す。(D)E4キメラ胚ポストDiI注射(赤)GFP+ニューラルチューブ(矢印)を用いた。(E)DiIは、生きた胚、24時間の注射後に細かい血管ネットワークを染色した。Br: 脳;H: 心臓;LB:四肢の芽。A:アラントワ。(C)と(D)の画像は、デラランドらから変更されています。12腸管神経堤細胞による腸内コロニー形成には血管形成は必要ない。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図4:E5.5のひよこ胚の胃および精液の代表的な結果。(A-C)(D)GFP+腸管性クレスト細胞(ENCC)を示す胃の領域における共焦点の3次元(3D)再構成(E)DiI染色された血管系と(F)両ネットワークの結合画像D-F組織学的切片を示す(G)DiI染色血管系と(I)両方の画像を合成した。核はDAPI(シアン)で染色される。(G-H)(A)GFP+ENCC移行前線を緑色で示すcaecum領域における共焦点画像スタックの3D再構成、(B)DiI染色された血管系を赤色で、(C)両ネットワークの結合画像を示す。 画像(A-F) はデラランドらから変更されました。12腸管神経堤細胞による腸内コロニー形成には血管形成は必要ない。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 S1.酵素消化とマイクロ解剖による周囲組織からのドナーGFP+神経管 の分離。(A) GFP+ニューラルチューブ及び隣接するスマイトをドナー胚から解剖する。 (B) ステンレスミヌチエンピンを用いた膵臓消化およびマイクロ解剖後の神経管の分離。だから:スマイト。NT: 神経管;Nc: 脊索。
図4Cにおける画像の3次元360°回転を図1に、E5.5(HH27-28)で胃の血管系とENCCを示す。このビデオを見るには、ここをクリックしてください。
図4Iにおける画像の3次元360°回転を示す図2.E5.5(HH27-28)におけるcaecumの領域における血管系およびENCC移行前線を示す。このビデオを見るには、ここをクリックしてください。
ここで説明する血管標識と組み合わせた、種内神経管移植の方法は、卵子内の鳥類胚のアクセスの容易さ(他の脊椎動物胚と比較して)を最大限に活用して、自律神経系(ENS)および血管系の要素の共発達を研究する。
NCC誘導体の標識に関して、我々が説明するひよこGFP-ひよこ種内移植法は、40年以上前に1-3で確立された古典的なウズラ・チック・キメラ法に対して多くの利点を有する。まず、FITC光の下では、GFP+細胞が生きたキメラ胚で容易に識別できる範囲で、GFP蛍光は非常に明るいです。これにより、移植片の成功をovoでチェックすることができ、ウズラひよこ移植は、移植片の成功を確認する前に、QCPNを使用して胚を殺し、処理し、免疫染色する必要があるのに対し、2。第二に、トランスジェニックチックGFPにおけるGFP発現は細胞質であり、したがって細胞体にラベルを付けるだけでなく、移植された細胞の投影も可視化することを可能にする22。これにより、複雑なニューロンネットワークを高解像度で観察することができます(サンプルが抗GFP抗体で免疫染色されたときに、微細な投影が最もよく視覚化されることに注意してください)。QCPN標識はウズラ細胞核に限定されるため、ウズラひよこキメラを使用してそのようなネットワークは明らかにされません。第三に、種内移植は、キメラ胚内の細胞間の潜在的な種差を排除する。ウズラ胚はひよこよりも潜伏期間が短いため(19日対21日)、ウズラ細胞はひよこ細胞よりも増殖率が高く、キメラ組織の発達に影響を与える可能性が示唆されている。興味深いことに、植物では、種間移植が宿主24におけるDNAメチル化パターンに広範な変化を生じさせる可能性が示されている。第4に、ひよこGFPは、NCC運命および細胞コミットメント25のようなトピックに対処するために、背中の移植実験を促進する。第5に、遺伝子導入性のチックGFPは、GFP+細胞亜集団のFACS選別、GFP+細胞を含む器官の組織的培養、発現プラスミド26のエレクトロポレーションによるGFP+移植組織の遺伝子操作、および光学投影トモグラフィー27などの他のイメージング技術を含む多くの他の技術にも有用である。
神経管移植アプローチは、より短い量の神経管を微小外科的に置換することによって変更することができる。神経管の小さなセグメントを使用することにより、マイクロサージャストは潜在的に胚にダメージを与えにくく、生存率を改善することができる。しかし、移植する神経管の少ない欠点は、宿主のGFP+NCCの数が減少することです。ユーザーは、胚の最適な生存を与えるために移植された神経管の量と、有益な結果を与えるために十分な宿主腸内のGFP + NCCの数とのバランスを試みることができます。
容器の塗りのために、DiIは蛍光が非常に明るく、強いという利点がある。また、最も優れた開いた毛細血管の染色を保証する固定中に拡散する能力を有する。それは重要な染料であるため、胚は注射手順を生き残り、染色された血管系で開発を続けることができます(私たちの手の中で最大24時間、染色は時間の経過とともにより穿刺されますが、 図3Eを参照してください)。したがって、DiI血管絵画との接木のひよこGFP の組み合わせは、ライブイメージングと互換性があります。これらすべての利点に加えて、血管注入は発光した血管のみを標識し、未開封の毛細血管、内皮先端細胞または単離された内皮細胞を同定しないことに注意することが重要である。しかし、鳥類の遺伝子導入のさらなる進歩は、Tg(tie1:H2B-eYFP)ウズラ胚を使用して血管形態形成を研究する実験によって例示されるように、そのような問題を回避する新しい方法を提供することができる。この技術のもう一つの制限は、E7.5以降の胚に効果的な血管標識のために、より多くの量の染料を注入する必要があり、実験を高価にすることができるということです。しかし、この技術の変更には、蛍光ペンインク14を使用した低コストの血管標識が含まれる可能性があるが、このアプローチは我々の手では試みられていない。
手順の重要なステップは、ブラストディスクの下にインクを注入することによって胚を視覚化するプロセスを含む。この段階で黄身を覆う膜がインクで満たされた針によって引き裂かれると、胚の生存が著しく損なわれる。また、ドナー神経管を調製する際に、組織が膵臓で過度に長時間放置されないことが重要である(最大として約10分を考慮する)。膵臓への長期暴露は組織に損傷を与え、神経管は処理が困難であり、宿主にうまく組み込まれません。キメラ胚を注入する前に、キメラ胚に対するDiI注射技術の経験を得ることは、一般的に各胚に対して1回の注射しか可能であるため、不可欠である。DiIの容積および針の直径は各胚のための重大な変数であり、野生のタイプ、ステージ一致した制御で査定されるべきである。
結論として、生きたひよこ胚における神経管移植とDiI血管塗装の二重標識法は、器官形成中のNCCと血管ネットワークの相互関係を調べるのに使用できる。臓器の開発中に正しい標的のインナーゼーションと血管化を確立するメカニズムはまだほとんど知られていないので、この方法論は、この分野における将来の発見の可能性を秘めています。
著者らは、競合する財政的利益はないと宣言している。
受精したGFP鶏卵は、ヘレン・サン教授、ロスリン研究所、英国エディンバラ大学によって供給されました。ロスリントランスジェニックチキン施設は、ウェルカムトラストとバイオテクノロジー生物科学研究評議会(BBSRC)によって資金提供されています。この作品は、グレート・オーモンド・ストリート病院児童慈善団体(ロンドン、英国)が一部資金提供を受け、NTが支援しました。著者らは、移植のための胚の準備に協力してくれたUCL小児保健研究所のベン・ジェバンズに感謝する。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fertilised chick eggs | Henry Stewart and Co, Louth, UK | ||
Fertilised GFP chick eggs | The Transgenic Chicken Facility, The Roslin Institute, The University of Edinburgh | ||
Egg incubator (Profi-H Hatcher) | Lyon Technologies, CA, USA | 910-033 | |
14C Incubator | Precision Cooled Incubator, Leec Ltd., Nottingham, UK | Model LT2 | |
Stereo-microscope | LEICA | Model MZ 12.5 | |
Digital Camera | LEICA | DC500 | |
Image acquisition software | LEICA | IM50 | |
Goose neck halogen cold light source | Advanced Imaging Concepts, Inc | KL 1500 LCD | |
181⁄2 G hypodermic needle | SIGMA - ALDRICH | HSWNH181 | |
Pancreatin | SIGMA - ALDRICH | P3292 | |
DMEM | SIGMA - ALDRICH | D5030 | |
Goat serum | SIGMA - ALDRICH | G6767 | |
5 ml syringe | SIGMA - ALDRICH | Z248010 | |
Mouth tube | SIGMA - ALDRICH | A5177 | |
Sigma Pasteur pipettes non-plugged, L 5 3/4 in. | SIGMA - ALDRICH | S6018 | |
Transfer pipettes, polyethylene | SIGMA - ALDRICH | Z350796 | |
Borosillicate glass capillaries, thin wall without filament | Harvard apparatus | PY8 30-0035 | |
Iris Scissors - ToughCut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
Curved Iris Scissors - ToughCut | Fine Science Tools | 14059-09 | |
Needle holders (Nickel-plated pin holder) | Fine Science Tools | 26018-17 | |
Pascheff-Wolff Spring Scissors | Fine Science Tools | 15371-92 | |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11251-30 | |
Minutien pins | Fine Science Tools | 26002-15 | |
Dumont AA forceps, Inox Epoxy- coated | Fine Science Tools | 11210-10 | |
Perforated spoon | Fine Science Tools | 10370-18 | |
Tungsten needles (0.125mm diameter) | Fine Science Tools | 10130-05 | |
Sellotape (clear, 24 mm width) | Any Supplier | ||
Pen/Strep (Penicillin, Streptomycin) Solution | VWR international | 101447-068 | |
Sylgard 184 silicone elastomer kit | Dow Corning | S09 512 516 | |
Pelikan black ink | Pelikan | 211-169 | |
CellTracker CM-DiI | Molecular Probes | C-7001 | |
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Molecular Probes | D1306 | |
Settings for glass needle puller | Sutter Instruments | Flaming/Brown micropipette puller model P-86 | |
Heat 950; Pull 150; Velocity 100; Time 200; Pressure 500 |
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