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Method Article
이 프로토콜은 간단한 체외 배양 기법을 사용하여 세포 역학을 연구하는 방법을 제공합니다. 제브라피시 연구자와 교육자들은 비늘 내에서 형광 핵 및 세포 사멸 세포를 시각화하여 뼈 항상성 및 기본 세포 생물학과 관련된 것과 같은 세포 과정을 연구할 수 있는 기회를 제공합니다.
제브라피시 비늘은 교육 및 연구 목적으로 표준 실험실에서 사용할 수 있는 다양한 이점을 제공합니다. 비늘은 안락사 없이 쉽게 채취할 수 있고, 몇 주 이내에 재생되며, 반투명하고 작아서 표준 현미경으로 볼 수 있습니다. 제브라피시 비늘은 학생들이 특히 세포 역학 및 체외 배양 방법을 이해하는 데 있어 실습 학습 경험에 참여할 수 있는 독특한 기회를 제공하기 때문에 교육 환경에서 특히 유용합니다. 이 프로토콜의 주요 목적은 기본 실험실 장비를 사용하여 다양한 생물학적 연구에 사용하기 위해 배양에서 제브라피시 비늘을 수집하고 유지하는 방법을 설명하는 것입니다. 또한, 이 프로토콜은 뼈 흡수 및 침착에 관여하는 뼈 세포의 활동을 조사하여 뼈 항상성을 이해하는 데 사용하는 방법을 자세히 설명합니다. 또한 핵 및 자가사멸 세포의 시각화와 같은 일반적인 기술에 대한 추가 프로토콜도 포함되어 있습니다. in vitro culturing 프로토콜은 최소한의 시약과 장비로 신뢰할 수 있는 결과를 생성합니다. 이 기사에서는 과학적 탐구를 촉진하기 위해 제브라피시 비늘의 체외 배양을 사용하는 이점에 대해 논의하고 교육 환경으로의 통합을 지원하는 데 필요한 리소스를 간략하게 설명합니다.
최근 몇 년 동안 제브라피시(Danio rerio)는 유전학, 발달 생물학 및 독성학을 포함한 다양한 과학 분야에서 가치 있는 모델 유기체로 부상했습니다 1,2,3. 제브라피쉬는 동남아시아의 강에 서식하는 작은 열대 민물고기입니다4. 그들은 쉬운 유지 관리, 작은 크기, 빠른 번식주기 및 반투명 배아로 인해 생물학에서 인기있는 모델 유기체가되었습니다1. 이를 통해 내부 발달을 쉽게 관찰할 수 있으므로 발달 생물학에서 다양한 생물학적 과정을 연구하는 데 이상적입니다. 제브라피쉬는 인간과 유전적 유사성을 공유합니다. 인간 유전자의 약 70%는 적어도 하나의 제브라피시 대응물을 가지고 있어 인간의 유전 질환 및 질병을 연구하기 위한 훌륭한 모델입니다 5,6. 제브라피쉬의 특정 유전자를 조작함으로써 연구자들은 유전자의 기능과 행동에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있으며, 이는 인간 건강 연구6, 유전자 편집 및 유전자 변형 계통 생성에 적용될 수 있습니다 7,8.
제브라피시 비늘은 제거 후 재생됩니다 9,10 실험에 사용되는 동안 기본(non-CO2) 인큐베이터로1-3일 동안 배양할 수 있습니다 11. 제브라피쉬 비늘의 사용은 안락사 없이 마취된 물고기에서 제거할 수 있기 때문에 기본 실험실에서 유리합니다. 제브라피시 비늘은 주로 두 개의 층으로 구성된 진피 골격의 구성 요소입니다: 내부 층은 두껍고 콜라겐 섬유소 층으로 형성된 부분적으로 광물화된 조직으로 이루어져 있고, 외부 층은 고도로 광물화되어 있으며 짜여진 콜라겐 섬유소 네트워크를 포함하고 있습니다12,13 (그림 1A-C). 스케일의 이러한 형태학적 및 세포적 특징은 표준 복합 현미경으로 쉽게 관찰할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 제브라피시 비늘은 세포 및 분자를 연구하기 위한 좋은 모델입니다. 예를 들어, 제브라피시 비늘은 뼈 세포 활동을 포함한 뼈 항상성을 연구하는 데 사용되었습니다11,12. 또한조직 재생9,14,15, 유전자 경로 및 신호전달(14,16), 대사(17), 미생물군 연구(18) 등을 이해하는 데 사용되어 왔습니다. 제브라피쉬는 다른 텔레오스트와 마찬가지로 오염 물질 및 독소와 같은 환경 요인에도 매우 민감합니다 19,20,21,22. 따라서 물고기 비늘은 물고기 개체군의 독소에 대한 노출을 연구하는 데 사용됩니다. 이러한 특성으로 인해 저울은 환경 요인이 살아있는 유기체에 미치는 영향에 대해 학생들에게 가르치는 훌륭한 모델입니다. 또한 Tg(osterix:mCherry) 및 Tg(runx2a:GFP)와 같은 유전자 변형 제브라피시 계통의 비늘은 학생 실험에 또 다른 수준의 복잡성을 추가할 수 있습니다.
요약하면, 제브라피시 비늘을 사용하여 연구자들은 세포 메커니즘에서 환경 변화에 이르기까지 생물학의 다양한 측면을 연구하기 위한 실험을 설계하고 수행할 수 있습니다. 제브라피시는 실험 설계, 데이터 수집 및 분석에 대한 실습 경험을 제공할 수 있기 때문에 고등 교육에서도 귀중한 자원입니다. 제브라피쉬는 특정 관심 분야를 탐색하기 위한 고급 과정 및 연구 중심 프로그램에서도 활용할 수 있습니다. 이 문서에서는 연구 및 교실 학습 환경에서 제브라피시 스케일을 사용하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.
여기에 설명된 모든 프로토콜은 캐나다 동물 관리 위원회(Canadian Council on Animal Care) 지침을 따르며 프로토콜 번호 20-14 및 21-12에 따라 Saint Mary's University/Mount Saint Vincent University Animal Care 위원회에서 매년 승인했습니다. 이 프로토콜을 수행하기 전에 사용자는 연구 또는 교육에 동물을 사용하는 것에 대한 연방 및 주정부 지침을 따라야 합니다23. 이 연구에 사용된 시약 및 장비의 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 스케일 배양을 위한 시약의 준비
2. 살아있는 물고기에서 비늘 제거
3. 비늘의 고정
4. 뼈 항상성
참고: 두 가지 뼈 항상성 절차가 아래에 설명되어 있습니다. 주석산염 저항성 산성 인산가수분해효소(TRAP) 및 알칼리성 인산가수분해효소(AP) 염색은 일반적으로 각각 활성 파골세포와 조골세포를 식별하는 데 사용됩니다. 파골세포는 뼈 기질을 재흡수하고 조골세포는 뼈 기질을 침착합니다. AP는 골이 형성되는 동안 조골세포가 분비하는 주요 효소이며, TRAP은 파골세포가 파골세포와 뼈 기질 사이의 산성 공간으로 분비하여 뼈 파괴 및 흡수를 돕습니다 24,25,26. 이 프로토콜은 제브라피시 정보 네트워크(The Zebrafish Information Network) 27에서도 사용할 수 있으며 이전에28에 게시되었습니다. 알칼리성 인산가수분해효소(Alkaline phosphatase)는 대사 과정의 일부로 여러 세포 유형에서 생성되는 효소입니다. 이 과정은 조골세포에만 국한된 것은 아니지만 뼈 조직에서는 조골세포 기능의 마커로 사용됩니다.
5. 제브라피시 비늘의 세포 역학 시각화
참고: 다양한 염색 방법을 사용하여 스케일 간의 차이를 시각화하고 스케일 내 세포를 라벨링할 수 있습니다(그림 3B). 예를 들어, 스케일의 세포 내에서 핵과 리소좀을 염색하는 방법은 아래에 요약되어 있습니다.
최근에는 이 스케일 배양 프로토콜이 뼈 항상성11을 연구하는 데 사용되었습니다. 비늘은 배양 배지에서 최소 2일 동안 생존할 수 있습니다. apoptotic cell의 수는 라벨링된 세포를 계수하여 최대 3일까지 배양일마다 분석되었습니다. 이러한 결과는 배양 3일째에 자가사멸 세포가 크게 증가했음을 보여주었으며, 이는 여기에 설명된 방법을 사용하여 배양 시...
제브라피시 비늘은 자연 환경을 시뮬레이션하기 위해 배양 방법과 인큐베이터를 사용하여 최대 2일 동안 유지할 수 있는 다양한 생물학적 과정을 연구하기 위해 쉽게 접근할 수 있는 시험관 내 모델입니다11. 스케일은 존재하는 세포의 규칙적이고 비례적인 분포를 가지고 있어 연구원이 세포를 보고, 계수하고, 라벨링할 수 있으며, 기본 실험실 ?...
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
저자들은 필요한 물고기 치료를 제공해 준 Mount Saint Vincent University Aquatic Facility 직원과 Franz-Odendaal Bone Development lab의 모든 구성원에게 감사를 표합니다. 일부 프로토콜의 최적화에 도움을 준 Alisha McNeil, Keely A. MacLellan, Shirine Jeradi에게 특별한 감사를 전합니다. 이 연구는 캐나다 우주국(CSA)[19HLSRM01]과 캐나다 자연과학 및 공학 연구 위원회(NSERC)의 자금 지원을 받았습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 mL tubes | n/a | n/a | |
37% HCl | EMD | HX0603-4 | For pH stabilization and prepration of PRS |
Concave slide | n/a | n/a | |
DAPI | Vectashield | H-1200 | For cell nuclei visualization |
Diazonium salt (Fast Blue B) | Sigma | D9805 | For AP substrate solution |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) powder | Sigma | D5523 | For scale culture media |
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate (MS222) | Sigma | E10521 | For preparation of 0.1% MS222 |
Fetal bovine serum | Sigma | F4135 | For scale culture media |
Fluorescence microscope | n/a | n/a | |
Glacial acetic acid | Fisher | A38 212 | For acetate buffer |
Glycerol | VWR | BDH1172-4LP | For 80% glycerol - storage scales |
HEPES | ThermoFisher | 15630106 | For scale culture media |
Hot plate | n/a | n/a | |
KCl | Sigma | P217-10 | For preparation of PBS |
Lysotracker | ThermoFisher | L7528 | For lysosomes visualization |
Maleic acid | Sigma | M0375 | For Tris-Maleate buffer |
Micropipette | n/a | n/a | |
N,N-dimethylformamide | Sigma | 319937 | For AP substrate solution |
N,N-dimethylformamide | Sigma | 319937 | For Enzyme Substrate Solution |
Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | For preparation of PBS |
NaCl | Sigma | S9888 | For preparation of PBS |
NaNO2 | Sigma | S-2252 | For 4% NaNO2 |
NaOH | Sigma | S5881 | For preparation of 4% PFA |
NaOH | Sigma | S5881 | For scale fixation and pH stabilization |
Napthol-AS-TR-phosphate | Sigma | N6125 | For AP substrate solution |
Napthol-AS-TR-phosphate | Sigma | N6125 | For Enzyme Substrate Solution |
Pararosaniline hydrochloride | Sigma | P3750 | For PRS |
Penicillin-streptomycin 5000 units penicillin and 5mg streptomyocin/ml | ThermoFisher | 15140122 | For scale culture media |
Personal protective equipment (PPE): disposable nitrile gloves, safety glasses/splash goggles and lab coat. | n/a | n/a | |
PFA | Sigma | P6148 | For scale fixation |
Sodium acetate | Sigma | S2889 | For acetate buffer |
Standard compound microscope | n/a | n/a | |
Stir plate | n/a | n/a | |
Tartaric acid | Sigma | T6521 | For Tartrate buffer |
Tris base | Roche | 03 118 142 001 | For Tris-Maleate buffer |
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