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Method Article
ライトシート顕微鏡を使用して、無傷の絨毛膜内の初期のゼブラフィッシュ胚をイメージングするためのサンプル調製戦略について説明します。これは、70%エピボリーおよび芽の段階で胚が絨毛膜内で獲得するさまざまな向きを分析し、ライトシートシステムを使用して胚全体で細胞スケールの分解能を得るためのイメージング戦略を詳しく説明します。
ライトシート顕微鏡は、ゼブラフィッシュの胚を最小限の光毒性で長期間にわたってライブイメージングするための最適な方法論となっています。特に、サンプルの回転が可能なマルチビューシステムにより、胚全体をさまざまな角度からイメージングすることができます。しかし、マルチビューシステムを使用するほとんどのイメージングセッションでは、サンプルは通常ポリマーチューブ内で調製されるため、サンプルのマウントは面倒なプロセスです。このプロセスを支援するために、このプロトコルでは、70%エピボリー期と初期体節期の間の初期のゼブラフィッシュの発達をイメージングするための基本的なマウント戦略について説明します。具体的には、この研究では、絨毛膜内の70%エピボリー期と芽期における胚のデフォルト位置に関する統計を提供しています。さらに、発生の初期段階でゼブラフィッシュの胚全体をイメージングするために必要な最適な角度の数と角度の間隔について説明し、異なるビューを融合させることで細胞スケールの情報を抽出できるようにします。最後に、胚はカメラの視野全体をカバーし、これは細胞スケールの解像度を得るために必要であるため、このプロトコルでは、異なるビューの登録のために胚の上または下からのビーズ情報を使用するプロセスを詳述します。
光毒性を最小限に抑えることは、生きた胚を高い時空間分解能で長期間イメージングするための主要な要件です。過去10年間で、ライトシート顕微鏡は、この要件を満たすための最適な方法論になりました1,2,3,4,5,6,7。簡単に言うと、2004年に発生過程を捉えるために初めて使用されたこの技術8では、整列した2枚の薄いレーザーシートが対向する端から胚を通過し、目的の平面のみを照らします。検出対物レンズを直交して配置し、サンプル中のすべての照らされた点から放出された蛍光灯を同時に収集します。次に、静的ライトシートを介して胚を順次移動させることにより、3D画像が得られます。
さらに、この方法論の特定の形態では、マルチビューライトシート顕微鏡法と呼ばれ、サンプルをローターを使用して回転させることができるポリマーチューブに懸濁することができ、複数の角度から同じ胚のイメージングを可能にする9、10、11。イメージング後、複数の角度からの画像は、レジストレーションマーカー(通常は胚内(核など)またはチューブ内(蛍光ビーズなど)の球状蛍光マーカー)に基づいて融合されます。マルチビューイメージングとフュージョンにより、軸方向の解像度が大幅に向上し、3次元すべてで等方性分解能が得られます12。これは大きな利点ですが、マルチビュー法の大きな課題は、イメージングの全時間を通じて胚をチューブ内にマウントし、所定の位置に保持する必要があるサンプルマウントです。
マルチビューイメージングを行うために、胚を所定の位置に保持し、イメージング中の動きを防ぐために、胚をアガロースに埋め込むことができます。しかし、これはしばしば有害な成長と発達につながり、特にここで議論されているモデルシステムである初期段階のゼブラフィッシュ胚13にとっては有害です。第2の取り付け戦略は、胚の直径よりわずかに大きいだけの細いチューブを使用することであり、そこでは、胚を胚培地と共にチューブ内に引き込むことができ、続いて、チューブの底部をアガロースプラグ14で閉じることができる。この方法では、チューブが胚培地で満たされているため、蛍光ビーズなどのレジストレーションマーカーを異なるビューの融合に使用できず、したがってレジストレーションは胚内のマーカーに依存します。一般に、ビーズは、顕微鏡の照明と検出の両方の制限により、胚内のマーカーの信号がサンプルの奥深くに移動すると劣化するため、より優れたレジストレーションマーカーとして機能します。
したがって、ここで詳しく説明し、以前に5,13,14,15,16使用した3番目のアプローチは、初期のゼブラフィッシュの胚を無傷の絨毛膜でイメージングし、レジストレーションマーカーとしてビーズを含む最小限の割合のアガロースをチューブに充填することです。このシナリオでは、絨毛膜内に胚を配置するための手動介入が不可能であるため、この研究では、初期のゼブラフィッシュの胚が陥るデフォルトの向きに関する統計を提供し、特に 70% のエピボリーと芽の段階に焦点を当てています。次に、細胞スケールの解像度で初期段階の胚をイメージングするために必要な最適なビュー数について説明し、FIJIベースのプラグインであるBigStitcherを使用した融合のプロセスを詳しく説明します10,17,18。20x/1 NA対物レンズを使用するこのプロトコルは、ゼブラフィッシュの発生学者が原腸陥入から早期体節期までの核および膜マーカーを持つ胚をイメージングするためのマルチビューライトシートシステムの使用を容易にすることを目的としています。
この研究で使用されたゼブラフィッシュの飼育および実験手順は、TIFR/IAEC/2023-1およびTIFR/IAEC/2023-5を参照し、施設の動物倫理委員会によって承認されました。 Tg(actb2:GFP-Hsa.UTRN)19を発現するヘテロ接合魚類を交配して得られた胚に、H2A-mCherry mRNA(30 pg)を1細胞期に注入した。H2A-mCherry mRNAは、pCS2+ H2A-mCherryプラスミド(オーツ研究所、EPFLからの寄贈品)を用いて in vitro 転写により合成しました。プロトコルの残りの部分で、それぞれUtr-GFPおよびH2A-mCherryと呼ばれる両方のマーカーを発現する胚を、70%エピボリーおよびバドステージでイメージングしました。本試験で使用した試薬および機器の詳細は、 資料表に記載されています。
1. マルチビューイメージング用のサンプル調製
2. マルチビューイメージング
注:このステップでは、ゼブラフィッシュの胚の初期発生段階におけるマルチビューイメージングの一般的な手順を示します。以下に詳述する方法は、あらゆるマルチビューライトシート顕微鏡システムに簡単に適応させることができます。
3. マルチビュー画像解析
注:マルチビュー画像を融合するために、Multiview Reconstructionプラグインの最新バージョンであるFIJIプラグインであるBigStitcherが利用されます10,17,18。このプラグインをインストールするには、「ヘルプ」メニューの「更新」オプションでアクセスできる「更新サイトの管理」機能にBigStitcherプラグインを追加します。インストールが完了すると、プラグインは「プラグイン」メニューの下に表示されます。融合に関与する広範なステップは次のとおりです:(1)ビーズと胚の両方について.xml/.h5ファイルペアを定義します。(2)すべてのビューをビーズファイルに登録します。(3)デコンボリューションに使用できるビーズの抽出点像分布関数(PSF)(図2A)。(4)登録情報とPSF情報をビーズファイルから胚ファイルに移し、マルチビューデコンボリューションを開始します。これらのステップの大部分は、詳細21で以前に説明されており、ここでは、異なる方法で処理されるステップが説明されている。
サンプルを正確に方向付けることは、顕微鏡セットアップを効率的に使用するために不可欠な部分です。ただし、マルチビューライトシートシステムを使用する場合、チューブ内でサンプルを調製する必要があるため、サンプルを手動で方向付けすることは不可能な場合がよくあります。そこで、絨毛膜内で胚が占めるステレオタイプな位置があるかどうかを調べる...
関心領域を画像化するために胚を正しい向きに配置することは、ユーザーの顕微鏡セッションが失敗することが多い律速ステップの1つです。これは、サンプルがチューブ内に埋め込まれているため、向きを手動で操作することが難しいマルチビューライトシート顕微鏡ではなおさらです。このプロセスを支援するために、この研究では、胚の入ったポリマーチュー?...
著者は、競合する利益を宣言しません。
魚類施設のメンテナンスにはKalidas Kohale博士と彼のチーム、ライトシート顕微鏡のメンテナンスにはKV Bobyに感謝します。SRNは、インド政府原子力省(DAE)からの財政支援を認めています(プロジェクト識別番号。RTI4003、DAE OM no. 1303/2/2019/R\&D-II/DAE/2079 (2020年2月11日付)、マックスプランク協会パートナーグループプログラム(M.PG.A MOZG0010)および理工学研究委員会スタートアップ研究助成金(SRG/2023/001716)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose, low gelling temperature | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Calcium Chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 12022 | |
FIJI | Version: ImageJ 1.54f | ||
Latex beads, carboxylate-modified polystyrene, fluorescent red, 0.5 μm mean particle size, aqueous suspension | Sigma-Aldrich | L3280 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | M2773 | |
mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription kit | ThermoFischer Scientific | AM1340 | For in vitro transccription of H2A-mCherry plasmid |
Potassium Chhloride | Sigma-Aldrich | P9541 | |
Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P0662 | |
PTFE Sleeving AWG 15L - 1.58 mm ID x 0.15 mm Wall +/-0.05 | Adtech Innovations in Fluoroplastics | STW15 | PTFE tubes |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | 71640 | |
Ultrasonic Cleaner | Labman | LMUC3 | Ultrasonicator |
Zeiss LightSheet 7 System | Zeiss |
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