Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Zebrafish are an excellent model to study muscle function and disease. During early embryogenesis zebrafish begin regular muscle contractions producing rhythmic swimming behavior, which is altered when the muscle is disrupted. Here we describe a touch-evoked response and locomotion assay to examine swimming performance as a measure of muscle function.
Развитие рерио мышц высоко консервативен с системами млекопитающих делает их отличной моделью для изучения мышечной функции и болезни. Многие миопатия, влияющие на функции скелетных мышц может быть быстро и легко оценить в данио в течение первых нескольких дней эмбриогенеза. К 24 ч после оплодотворения (ФВЧ), дикого типа данио спонтанно сокращаться свой хвост мышцы и на 48 часов после оплодотворения, данио экспоната контролируемое плавание поведения. Снижение частоты, или другие изменения в эти движения могут свидетельствовать о дисфункции скелетной мускулатуры. Для анализа поведения плавания и оценить работу мышц в начале данио развития, мы используем оба прикосновению вызвали отклика и локомоции анализы побега.
Анализы ответа эвакуации Сенсорные вызванные могут быть использованы для оценки производительности мышц во время коротких движений лопнувших в результате сокращения быстро сокращающихся мышечных волокон. В ответ на внешний стимул, который в данном случае является нажатие наголова, дикого типа данио через 2 дня после оплодотворения (DPF), как правило, обладают мощным всплеском купанием, сопровождающееся резкими поворотами. Наш метод квантифицирует функции скелетных мышц путем измерения максимального ускорения во время движения плавательного взрыв, ускорение прямо пропорционально силе, вызванной сокращением мышц.
В противоположность этому, локомоции анализы на ранних стадиях развития данио личиночной используются для оценки производительности мышц в течение длительных периодов активности мышц. С помощью системы слежения, чтобы отслеживать поведение плавание, мы получим автоматизированный расчет частоты активности и расстояния в 6-дневного возраста данио, отражающую их функции скелетных мышц. Измерения производительности плавания являются ценными для оценки фенотипического моделей заболеваний и высокопроизводительного скрининга мутаций или химических обработок, влияющих на функции скелетных мышц.
За последнее десятилетие данио все чаще используется для изучения биологии клетки мышц и болезни. Быстрое внешнее развитие данио эмбриона, в сочетании с его оптической прозрачностью, позволяет прямой визуализации формирования мышц, роста и функции. Процесс развития мышц высоко консервативен в данио , и это позволило успешное моделирование целого ряда мышечных заболеваний , в том числе мышечной дистрофии и врожденных миопатий 1-8. Подробное исследование данио моделей не только обеспечил новые идеи в патобиологии этих условий , но и предоставляет платформу для тестирования подходящих методов лечения 6,9-13.
Анализ данио моделей мышечных заболеваний зависит от надежных и воспроизводимых анализов для измерения производительности мышц. Предыдущие исследования показали, успешно измерили генерирующую способность силы данио ствола мышцы у рыб между 3 и 7 DPF путемэлектрически стимулируя сокращение иммобилизованной рыбы , прикрепленной к системе 14 силы трансдукции. Это может обеспечить детальные измерения силы, но не идеально подходят для более высоких экспериментов пропускной способности и есть преимущества для измерения производительности мышц во время плавания. На 2 DPF данио мышцы является полностью функциональной и рыба может вызвать взрыв плавательные движения в ответ на раздражители. Анализ реакции побег сенсорный -позволяют используется для измерения ускорения во время движения плавательного взрыв, который может быть использован в качестве меры сжимающей силы.
Одним из наиболее используемых мер мышечной функции в миопатия пациентов тест прогулки 6 мин, который записывает общее расстояние ходил по твердой ровной поверхности 15,16. Мы применили сопоставимый тест для измерения мышечной функции в 6 денье, данио личинок, в результате чего мы контролируем общее расстояние плавал, а общее количество движений, сделанных каждым личинку в течение 10 мин. Это выполняетсяс помощью автоматизированной системы слежения, которая обеспечивает надежную и высокую пропускную способность измерения производительности мышц. Обе мышечные тесты хорошо воспроизводимым и были использованы для количественной оценки различий в производительности мышц в данио миопатия моделей 8.
1. Сенсорный вызванных Анализ отклика
2. Передвижение Анализ - 10 мин плавательного теста
Сенсорный анализ вызвал ответ может быть использован для определения скорости и ускорения плавательных движений, которая является пропорциональной мерой мышечной силы. В ответ на механический стимул, такой как небольшой кран на голове 2 DPF дикого типа данио демонстрируют быстрое действие плавание. Видео были захвачены и проанализированы на двух различных моделях данио миопатия: Tg (ACTA1 D286G -eGFP), модель немалиновой миопатия , что было показано, обладают значительной мышечной слабости и модели мышечной дистрофии Дюшенна , в котором были описаны серьезные дефекты мышц на 5 DPF 19,20. Изображения из видео типичного прикосновения вызвали анализа представлены на рисунке 1А. Ускорение данио исследовали и обнаружили пика в течение первого 0,2 секунды ответа плавание взрыв побега (рис 1B). Этот пик максимальное ускорение обеспечивает измерение, которое пропорционально силе гenerating способность скелетных мышц. Максимальные значения ускорения были усреднены для получения среднего максимального значения ускорения (± стандартная ошибка среднего значения) для каждого штамма: Tg (ACTA1 D286G -eGFP): среднее = 276,0 ± 28,8 м / сек 2, п = 3 независимых экспериментов , содержащий повторностей 15 отдельных рыб; контроль дикого типа: средняя = 500,8 ± 50,28 м / сек 2, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 15 отдельных рыб; DMD PC2 - / - мутант: среднее = 249,9 ± 19,1 м / сек 2, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 12-19 отдельных рыб; DMD PC2 +/- гетерозигот: среднее = 235,9 ± 8,7 м / сек 2, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 16-27 отдельных рыб; DMD рс2 + / + гомозигот дикого типа: среднее = 230,9 ± 8,7 м / сек 2, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 8-27 отдельных рыб (рис. 1C) Как и ожидалось, Tg (ACTA1 D286Были найдены G -eGFP) рыбы , чтобы иметь существенное уменьшение максимального ускорения , указывающего снижение функции мышц, что согласуется с моделями мыши и данных пациента 8,21,22. ДМД PC2 - / - мутант рыба однако, не показали никакой разницы в максимальном ускорении, в 2 денье, в соответствии с обнаружением мышечных дефектов от 3 DPF 20 (рис 1D).
Локомоции анализы проводили в 6 денье для определения активности и расстояния купался путем данио штаммов как показатель производительности мышц. После тестирования, схематическое представление движений плавания в течение десяти-минутного периода тестирования был создан, с красными и зелеными линиями , представляющими периоды медленного и быстрого движения соответственно и черных линий , представляющих периоды бездействия (рисунок 2). Индивидуальные дикого типа данио проявляют высокую активность с относительно каких-либо периодов бездействия как opposред к Tg (ACTA1 D286G -eGFP) рыбы, которые являются менее активными в течение периода тестирования (рис 2B).
Поведение плавание количественно путем усреднения индивидуальных значений числа движений и расстояния плавал каждой рыбы (рисунок 3). Были обнаружены мутант рыбы (рис 3C и 3D) , чтобы иметь существенное уменьшение среднего числа движений и расстояния плавал по сравнению с их соответствующими - Оба, Tg (ACTA1 D286G -eGFP) рыба (рис 3A и 3B) и DMD PC2 - / управления: Tg (ACTA1 D286G -eGFP) рыбы: среднее число движений = 94,3 ± 13,6, среднее расстояние плавал = 112,9 ± 18,4 мм, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 45 рыб; Контроли дикого типа: среднее количество движений = 177,4 ± 14,0, среднее расстояние плавал = 300,2 ± 22,8 мм, п = 3 независимы гeplicate эксперименты, включающие 45 рыбы; DMD PC2 - / - мутант: среднее число движений = 163,3 ± 30,0, среднее расстояние купался: 298,4 ± 60,37 мм, п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 12-20 рыбу; DMD рс2 +/- гетерозигот: среднее число движений = 362,3 ± 38,8, среднее расстояние купался: 660,3 ± 86.1mm п = 3 независимых экспериментов дублирующие , содержащих 17-27 рыб; DMD рс2 + / + гомозигот дикого типа: среднее число движений = 341,9 ± 91,6, среднее расстояние купался = 574,3 ± 170.9mm п = 3 независимых экспериментов повторностей , содержащие 8-25 рыбу.
Рисунок 1:. Количественное оторваны -позволяют анализа ответа на 2 денье эмбрионов данио (А) Снимок изображения контрольной данио во время прикосновения -позволяют анализов на 2 денье. (B) профиль ускорения для первого 0.2 сек о наличииодиночный Tg (ACTA1 D286G -eGFP) (красный) и единый орган управления (синий) данио после применения сенсорного стимула. Максимальное ускорение представлено пунктирными линиями. (C, D) Количественное максимального ускорения (м / с 2) , записанные от сенсорных вызванных анализов отклика (C) Tg (ACTA1 D286G -eGFP) данио и (D) DMD PC2 - / - мутант рыбы по сравнению с контрольными данио в 2 денье. Планки погрешностей представляют ± SEM для 3 экспериментов дублирующих, * р <0,05. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 2: Представление локомоции анализов для эмбрионов данио (А) Эмбрионы рыбок данио помещаются в 48-луночные планшеты и локомоции записывается сверху с использованием инфракрасной цифровой камеры. (B) Схема данио движения во время тестирования с красными линиями , изображающие быстрые движения, зеленые линии , изображающие медленные движения и черные линии , изображающие неактивность (как определено порогов обнаружения введенных в программном обеспечении). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.
Рис . 3: Количественное локомоции анализов на 6 денье данио личинок Количественное (А) количества движений и (В) расстояние , проходимое Tg (ACTA1 D286G -eGFP) данио по сравнению с контрольными данио в 6 денье.Количественная (С) количество движений и (D) расстояние , проходимое DMD рс2 - / - мутантных рыб сравнению с контрольными данио в 6 денье. Планки погрешностей представляют ± SEM для 3 экспериментов дублирующих, * р <0,05, ** р <0,01. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Много различных моделей на животных, включая мышей, собак, данио, мух и червей внесли свой вклад в наше понимание генетической и молекулярной основе мышечных заболеваний, а также помощь в разработке терапевтических подходов к борьбе с ними. Данио имеет ряд преимуществ для изучения болезни мышц. Данио обеспечивает генетически манипулируемо систему для оценки сложной мышечной кучность в подходящей физиологической среде, что невозможно сделать в культурах клеток. В отличие от других позвоночных животных моделей, большое количество рыбы , производимых, вместе с его оптической прозрачностью, способствует быстрому, высокой пропускной способности в естественных условиях химического и генетического скрининга.
Здесь мы опишем развитие данио анализов движения, чтобы обеспечить высокую пропускную способность и автоматизированный метод оценки производительности мышц во время данио эмбриогенеза. Для обоих анализов следует признать, что циркадные ритмы ивнешние стимулы окружающей среды существенно влияет на поведение данио плавание 17,18. Повторное тестирование того же данио также приведет к привыканию приводит к уменьшению в ответ на тактильные стимулы 23. Поэтому для того, чтобы достичь воспроизводимых результатов между экспериментами каждый данио эмбрион должен быть проверен только один раз, время суток и условий освещения должны быть стандартизированы, и температура воды должна быть жестко регулируется.
Использование сенсорного анализа вызвали в 2 денье мы можем непосредственно измерить максимальное ускорение плавательным разрыва действия, которая пропорциональна мышечной силы. Предыдущие методы в данио исследовали мышечную силу, связывая оба конца эмбрионов экспериментальным следующее оборудование , которое сокращение мышц стимулируется с помощью электрического поля и силовоспроизводящую способность мышцы 14 измеряется. Хотя этот метод измеряет силу установочную мощность тон личиночной мышцы, он не измеряет фактическую силу, произведенную личиночной мышцы во время плавания. Поэтому мы разработали метод косвенно оценить силу, произведенную во время нормального движения личиночной плавание, чтобы обеспечить общую меру здоровья мышц. Система видео высокой скорости, способный записывать отдельные данио движения с частотой кадров 1000 кадров / сек могут быть использованы для выявления небольших, но существенных различий в мышечной функции, которые не являются непосредственно различимы невооруженным глазом. Это будет интересно посмотреть, как сообщалось ранее изменения в электрически стимулированной силы поколения коррелируют с изменениями в производительности плавания.
Кроме того, сенсорный вызванные анализы ответа также могут быть использованы для оценки плавания кинематику, таких как форма и скорость волны тела во время движения плавательного 24, чтобы дать количественное измерение опорно - двигательного поведения.
Из-за спонтанного движения zebrafиш личинки после того, как 3 денье, мы не смогли выполнить прикосновению вызывают анализы для измерения мышечной функции. С другой стороны, мы измерили производительность мышц в течение длительного периода путем определения расстояния купался путем данио личинок на 6 DPF. Этот тест, хотя и косвенной мерой мышечной функции, могут быть использованы для идентификации рыбы , отображающее нарушенную работу мышц 8 или нейродегенерации 25,26. Этот тест не только обеспечивает измерение аналогичное испытанию на 6 мин ходьбы , но также подходит для автоматизированной высокой пропускной способностью в естественных условиях экранов наркотиков или мутагенеза.
The authors have nothing to disclose.
We thank Viewpoint for their kind sponsorship of this manuscript. This work was funded by an Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) Project Grant (APP1010110).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
21 G x 1' Blunt Needle | Terumo/Admiral Medical Supplies | TE2125 | |
48-well plates | Sigma | M8937 | |
90 mm Petri Dishes | Pacific Laboratory Products PT | S90001 | |
High Speed Camera | Baumer | HXC20 | |
http://www.randomization.com | N/A | Steps 1.1.2, 2.1.3 | |
Incubator | Thermoline Scientific | TEI-43L | |
Plastic Pipette | VWR | 16001-188 | |
StreamPix5 | NorPix | Step 1.2.3 | |
Temperature Control Unit | Viewpoint | ||
Tweezers, style 8 | ProSciTech | T04-821 | |
Zebrabox System | Viewpoint | ||
Zebralab | Viewpoint | Steps 1.3.1, 2.2.1 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены