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Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
4 次元 (4-d) ゼブラフィッシュで心の開発を視覚化するためのプロトコルを紹介します。4 D イメージング、光シート蛍光顕微鏡 (LSFM) は、開発の心を再構築する時間を 3 次元 (3 D) 画像を引き継ぎます。質的にも量的そのせん断応力が心臓の肉を推進室開発時に心内膜 Notch シグナルをアクティブに示します。
血行動態の軍によって心臓の影響心臓開発、特に肉は、分岐増生心筋からのネットワークを形成する経験します。ノッチ シグナル伝達カスケードは心室欠損症左室非圧縮の心筋症や左心低形成症候群などに関与しているの欠陥の遺伝的プログラム.このプロトコルを使用して、それを決定できます駆動せん断応力肉と Notch シグナルは互いに関連しています。光シート蛍光顕微鏡を用いたゼブラフィッシュ心臓の開発の可視化は可能だった。本稿では、それは血行力 Notch シグナルによる肉の開始を調節してしたがって、収縮機能に影響を与えるかどうかが評価されたに発生します。質的・量的にせん断応力解析、4 D (3-D + 時間) ゼブラフィッシュ心臓の形態形成時に得られた画像と 4 D 同期統合光シート蛍光顕微鏡は心室拍動を捕獲しました。血液粘度ではそれにより、せん断応力を減少する - morpholino gata1a(MO) のオリゴヌクレオチド マイクロ射出成形を介してダウン調整ノッチ シグナル伝達と減衰の肉が減った。Gata1a MO のNrg1 mRNA の共射出は、肉を復元するノッチ関連遺伝子を救出しました。Notch シグナルを駆動せん断応力影響肉を確認する心筋細胞の収縮はさらにtnnt2a経由で逮捕された -MO、それにより血行力を減らすために非 trabeculated を開発するノッチ標的遺伝子をダウン調整心筋。最後に、せん断応力応答ノッチ遺伝子の発現パターンの確証は、内皮細胞を拍動流に服従させることによって行なわれました。したがって、4 D ライト シート顕微鏡は非圧縮の心筋症に臨床的意義と Notch シグナルと肉を基になる血行力を発見しました。
血行動態のせん断応力などの生体力学的力は心臓の形態形成に密接に関与しています。血行動態のせん断力に対し、心筋の隆起部分および溝は房室 (AV) 弁1にわたってせん断応力の方向と配置で波のような骨梁ネットワークで開発します。心臓肉収縮機能と心筋質量2を増加する必要があります。Notch シグナルの突然変異の結果人間および他の脊椎動物3先天性心疾患。たとえば、 gata1a4 、 tnnt2a5 morpholino オリゴヌクレオチド (MO) は、エリスロポエチン (EPO) mRNA6とイソプロテレノール (ISO)7増加赤血球、赤血球を減らすために示されています。セルと心拍数, その壁せん断応力 (WSS)。さらに、ErbB2 下流シグナリング、ノッチ、促進する心筋細胞の増殖と分化、Notch シグナル8,9を起動収縮力を生成します。そのせん断応力が Notch シグナル心室開発の駆動肉を支配するをお勧めします。現在、さらに先天性心臓欠陥 (CHD)10、11,12につながる遺伝的プログラミング イベントを理解しようと多くの研究がありますが、ほとんどの調査はどのように機械力形成の心に影響を与えます。
機械の力を調査するために発達期間中に観察、心内膜に作用を実装する必要があります。しかし生体内で伝統的な顕微鏡13の内属のためサンプルを破っての質の良い画像を取得するために挑戦です。物理的な区分および染色はサンプル内で時間をかけて開発を観察するために、したがって、13,14,15を発生する必要。共焦点顕微鏡画像サンプル14,16の 3次元構造に用い、これらのイメージング システムの取得まだ遅いスキャン速度によって制限されます。
光シート蛍光顕微鏡 (LSFM) は、動的イベント長い作業距離13で生体内での可視化を可能にするユニークなイメージング手法です。この技法は、サンプル17を光学セクションのライト シート蛍光顕微鏡を使用します。サンプルに光の薄いシートのみの照明、写真漂白、写真毒性13,18削減あります。ビューと長作動距離の大きい分野は、大きなサンプル画像13,14,17ありのままそのままをことができます。低倍率で、永い間、イメージを作成する大きい区域は、作動距離厚いサンプル信号対雑音比を損なうことがなくイメージを作成することができます。多くのグループ、画像全体胚17に LSFM を使用して脳14,18筋肉と心19他の組織の中で多様なイメージを作成することができますのサンプルを示します。
前の研究は、ゼブラフィッシュ心臓の流入または流出のトラックを遮蔽して減らされた血行力学的せん断力を実証、情報はもっぱら定性的です。それによって異常な第 3 室、減少心臓ループと障害弁形成20。4 D の LSFM 画像は、心臓組織の開発血行動態のせん断力に影響を与える方法に新しい視点を与えます。これらの機械力が敏感なシグナリング分子をアクティブにし、骨の隆起部分の形成を誘導します。4 D イメージングの追加時間の側面、ためこれまで見過ごされていた新しい啓示につながる可能性がリアルタイムでの変化を追跡することであります。ゼブラフィッシュ イメージング科学者は、細胞間の相互作用だけ対全体の脊椎動物を観察できるための理想的なモデルであります。酸素もなしに行われる血管システムに応じてとは異なり哺乳類の開発の開発を可能にする全体の胚を介して拡散します。ゼブラフィッシュ心臓 4 chambered 中心、肺の器官を欠いているにもかかわらず、ゼブラフィッシュと人間21の間保存されている心臓の遺伝子の数が多いがあります。
本稿では、ゼブラフィッシュの心のさまざまな状況で発展途上の梁をイメージさせるライト シート蛍光顕微鏡を使用する方法をについて説明します。まず、 gata1a4 tnnt2a5の注射 MOs は低血液粘度と WSS に使用されました。心臓の形態を記録しただった。魚の別のグループ、 EPO mRNA6またはイソプロテレノール7を管理することにより、WSS を増やし、結果を観察しました。異なる脈動や振動流量と細胞の調査を実施しました。各グループをイメージング、わかった WSS をノッチによる心内膜で感じたこと開始肉をシグナリングします。
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次の方法は、うたと UCLA IACUC プロトコルに準拠して行った。これらの実験グループ トランスジェニックTg(cmlc2:gfp)、使用されたwea (弱いアトリウム) 、 clo (cloche)変異体: (a) 野生型 (WT) 制御、(b) gata1aミズーリ、および (c) tnnt2a MO 注射 (表 1)。
モデル | 名 | 変更された遺伝子 | 表現型 | 参照 |
コントロール | 野生型 | どれも | N/A | |
Tg(cmlc2:gfp) | 心筋ミオシン軽鎖 | 緑色の蛍光が心筋に特異的に発現 | 34 | |
減少の壁面せん断応力 | 弱いアトリウム (wea) 変異体 | アトリウム固有ミオシン heacy チェーン | アトリウム」契約はできません、心室心筋壁の厚さ、狭い内腔、dialated アトリウムをコンパクト | 37 |
クロッシュ (clo) 変異体 | N/A | 小さい心室存在しない心臓 cushins unaturally 大アトリウム心内膜を完全に除去 | 41 | |
gata1aMO | gata1a | 赤血球の不足から貧血 | 4 | |
tnnt2aMO | tnnt2a | 39 | ||
増加の壁面せん断応力 | EPO mRNA | どれも | 深刻な多血症、循環血液細胞の数の増加は粘度を増加 | 6 |
Isoprotenerol | どれも | 心拍数の増加 | 7 |
表 1: ゼブラフィッシュの説明。定義およびゼブラフィッシュ実験で使用される説明。
1. セットアップを研究します。
2. イメージング技術
3. qRT PCR 解析
4.培養ひと大動脈内皮細胞 (HAEC) 実験
5. 救助と Notch シグナルの過剰発現
6 時間の分数を短縮し、ボリューム変更の定量化
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LSFM は、高解像度の 2 D と 3 D の画像を取得するためにこの原稿で使用されました。図 1 aおよび1 bに見られるように照明レンズはサンプルで光シートを指示します。光シートの薄さ、ため 1 つの平面だけが点灯します。検出レンズ照明レンズに垂直に配置されたは、照らされた面 (図 1 b) に焦点を当てた。照明?...
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このプロトコルでは、我々 は 4 D イメージングを生体力学的力の変化に対応した骨梁ネットワークの発展を追跡する使用ことができることを示しています。特に、血管内皮細胞による経験豊富な剪断応力は、ノッチ シグナル伝達カスケードは、順番に肉を促進するを開始します。本稿では、我々 は、(1) gata1a MO 注入減少造血、したがってそれは壁面せん断応力を減少、抑制 (2) tnnt2a...
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著者が明らかに何もありません。
著者は人間を提供するためスタンフォード大学からウィリアム ・ タルボットに感謝の意を表したいと思いますNrg1cDNA とを提供するための UCSD からデボラ ・ Yelon、wea変異体。著者も感謝したいシンシア陳画像の取得で助けるため。この研究は (t. k. Hsiai) に NIH の HL118650 の補助金によって支えられました (t. k. Hsiai) に HL083015、HD069305 (ノースカロライナ州チーと t. k. Hsiai.) に、(t. k. Hsiai、ノースカロライナ州 Chi) に HL111437 (t. k. Hsiai) に HL129727、(r. r. Sevag パッカード) に T32HL007895 (V. メッサーシュ ミット) に HL 134613 と(J. リー) へ星をテキサス州の資金の大学.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Clontech Hifi PCR pre-mix | Takara | 639298 | PCR mastermix 1.1.1.1, 1.1.1.2, 1.1.1.5, 1.1.2.1, 3.1.4 |
Human Nrg1 cDNA | Gift from William Talbot, Stanford University, Stanford, California, USA | N/A | Used for trabeculation rescue 1.1.1.3, 1.1.1.4, 1.1.2.1 |
CFX Connect™ Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | 1855201 | PCR Machine 1.1.1.5, 1.1.1.6, 1.1.2.2, 1.1.3.2 |
pCS2+ | GE Health | Plasmid used to synthesize mRNA 1.1.2.1, 1.1.2.4, 1.1.2.5 | |
Nucleospin purification kit | Clontech | 740609.25 | DNA Purification 1.1.2.3, 1.1.2.4, 1.1.6.2 |
T4 DNA ligase | Clontech | 2011A | PCR Ligation solution 1.1.2.5 |
Stellar competent cells | Clontech | 636763 | E. coli cells used for transformation 1.1.2.6, 1.1.3.1, 1.1.3.2 |
Lipofectamine 2000 transfection reagent | Life Technologies | 11668027 | Transfection reagent 1.1.4 |
mMessage SP6 kit | Invitrogen | AM1340 | Kit used to synthesize mRNA 1.1.6.3 |
Aurum Total RNA Mini Kit | Bio-Rad | 7326820 | Purifies RNA 1.1.6.4, 3.1.2 |
GeneTools 4.3.8 | GeneTools | N/A | Software for primer design 1.2.1, 3.1.3 |
EPO cDNA | Creative Biogene | CDFH006026 | Increases WSS 1.2.2, 1.2.3, 1.1.7 |
AG1478 | Sigma-Aldrich | T4182 | ErbB inhibitor 1.3.1 |
E3 medium | To grow embryos 1.3.1, 1.3.2, 5.1.5 | ||
DAPT | Sigma-Aldrich | D5942 | γ-secretase inhibitor 1.3.2 |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | Used for mounting embryos 2.1.1.1 |
ORCA-Flash4.0 LT Digital CMOS camera | Hamamatsu Photonics | C11440-42U | Used to capture Images 2.1.1.2, 2.1.1.3 |
Amira Software | FEI Software | N/A | Visualized and Analysed images into 3D, and 4D 2.1.5.1.1-2.1.5.2.8 |
Tricaone mesylate | Sigma-Aldrich | 886-86-2 | Used to humanely sedated or sacrifice embryos 3.1.1 |
iScript cDNA Synthesis Kit | Bio-Rad | 1708890 | Synthesizes cDNA 3.1.2 |
Eppendorf 5424 microcentrifuge | Eppendorf | 05-400-005 | Microcentrifuge 4.1.1.3 |
GI254023X | Sigma-Aldrich | 260264-93-5 | ADAM10 inhibitor 4.1.2, 4.1.3 |
Isoprenaline hydrochloride | Sigma-Aldrich | I5627 | Isoproterenol increases WSS 5.1.5 |
MATLAB | Mathworks | N/A | Cardiac mechanics analysis |
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An erratum was issued for: Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart. Additional author names were added, and an author affiliation was updated.
The author list was updated from:
Victoria Messerschmidt*1, Zachary Bailey*1, Kyung In Baek2, Richard Bryant1, Rongsong Li2, Tzung K. Hsiai2, Juhyun Lee1
to:
Victoria Messerschmidt*1, Zachary Bailey*1, Kyung In Baek2, Yichen Ding2, Jeffrey J. Hsu2, Richard Bryant1, Rongsong Li2, Tzung K. Hsiai2, Juhyun Lee1
The author affiliation for Rongsong Li was updated from:
Department of Medicine (Cardiology) and Bioengineering, UCLA
to:
College of Health Science and Environmental Engineering, Shenzhen Technology University
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