Name: light-sheet fluorescence microscopy to capture 4-dimensional images of the effects of modulating shear stress on the developing zebrafish heart
Uploaded: 2018-08-10T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart at JoVE.com

Die Autoren möchten mit William Talbot von der Stanford University für die Bereitstellung des menschliches Dankbarkeit Nrg1 cDNA und Deborah Yelon von UCSD für die Bereitstellung der WEA Mutanten. Die Autoren möchten auch Cynthia Chen Danke für die Hilfe bei der Bildaufnahme. Diese Studie wurde unterstützt durch Zuschüsse NIH HL118650 (zu t. k. Hsiai), HL083015 (zu t. k. Hsiai), HD069305 (zu N.C. Chi und t. k. Hsiai.), HL111437 (zu t. k. Hsiai und NC-Chi), HL129727 (zu t. k. Hsiai), T32HL007895 (zu R.R Sevåg Packard), HL-134613 (zu V. Messerschmidt) und Universität von Texas System STARS Finanzierung (J. Lee).

Die folgenden Methoden wurden in Übereinstimmung mit UTA und UCLA IACUC Protokolle durchgeführt. Diese experimentellen Gruppen dienten mit transgenen Tg(cmlc2:gfp), Wea (schwache Atrium) oder Clo (Cloche) Mutanten: (a) Wildtyp (WT) Kontrolle, (b) gata1a MO und (C) tnnt2a MO-Injektionen (Tabelle 1).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Modell</td>
			<td>Name</s...

<ol>
	<li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+domain+computational+fluid+dynamics+to+interface+with+an+embryonic+model+of+cardiac+morphogenesis.">Moving domain computational fluid dynamics to interface with an embryonic model of cardiac morphogenesis.</a> PLoS One. 8 (8), e72924 (2013).</li><li>Peshkovsky, C., Totong, R., Yelon, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dependence+of+cardiac+trabeculation+on+neuregulin+signaling+and+blood+flow+in+zebrafish.">Dependence of cardiac trabeculation on neuregulin signaling and blood flow in zebrafish.</a> Dev Dyn. 240 (2), 446-456 (2011).</li><li>High, F. A., Epstein, J. 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In diesem Protokoll haben wir gezeigt, dass 4-D-Bildgebung verwendet werden kann, um die Entwicklung der trabekuläre Netzwerk als Reaktion auf Veränderungen der biomechanischen Kräfte zu verfolgen. Insbesondere initiiert die Scherspannung erfahrenen von Endothelzellen die Kerbe Signalkaskade, die wiederum Trabeculation fördert. In dieser Handschrift haben wir gezeigt, dass (1) gata1a MO-Injektion verminderte Blutbildung und daher es reduziert Wand Schubspannung, (2) tnnt2a MO-Injektion gehemmt ventr...

Biomechanische Kräfte, wie hämodynamische Schubspannung sind kardiale Morphogenese eng beteiligt. In Reaktion auf die hämodynamische Scherkräfte entwickeln myokardialen Rillen und Nuten in einem wellenartigen trabekuläre Netzwerk in Übereinstimmung mit der Richtung der Schubspannung in der ventrikulären (AV) Ventil1. Kardiale Trabeculation ist notwendig, KONTRAKTILE Funktion und myokardialen Masse2zu erhöhen. Mutationen im Notch Signalwege führen angeborene Herzfehler bei Menschen und anderen Wirbeltieren3. Beispielsweise wurden gata1a4 und tnnt2a5 Morpholino Oligonucleotides (MO) gezeigt, Erythropoese, reduzieren, während Erythropoetin (EPO) mRNA6 und Isoproterenol (ISO)7 roten Blutkörperchen zu erhöhen Zellen und Herzfrequenz Wand bzw. daher Scherspannung (WSS). Darüber hinaus ErbB2-Signalisierung, flussabwärts von Notch, fördert die Cardiomyocyte Proliferation und Differenzierung Kontraktionskraft, generieren die Einkerbung8,9Signalisierung wiederum aktiviert. Es wird vorgeschlagen, dass die Schubspannung Notch signaling gesteuerte Trabeculation für ventrikuläre Entwicklung regelt. Derzeit gibt es viele Studien, die versuchen, weiter zu verstehen, die genetische Programmierung Ereignisse auf angeborene Defekte (KHK)10,11,12, aber sehr wenig untersuchen, wie mechanische Kräfte beeinflussen das Umformen Herz.
Um die mechanischen Kräfte untersuchen muss auf Endokards, genaue Beobachtung während der Entwicklungszeit umgesetzt werden. Allerdings ist es schwierig, gute Bildqualität von in Vivo Proben durch die Inhärenz des traditionellen Mikroskopie13schlagen zu erhalten. Um die Entwicklung im Laufe der Zeit innerhalb einer Probe zu beobachten, müssen daher körperliche schneiden und färben,13,14,15auftreten. Obwohl der konfokalen Mikroskopie weit verbreitet ist, die 3-d-Struktur der Proben14,16Bild, ist diese bildgebenden Systemen Erwerb noch durch langsame Scan-Geschwindigkeit begrenzt.
Licht-Blatt Fluoreszenz-Mikroskopie (LSFM) ist eine einzigartige bildgebendes Verfahren, die die Visualisierung von in Vivo dynamischen Events mit lange arbeiten Abstand13ermöglicht. Diese Technik verwendet eine Licht-Blatt Fluoreszenz-Mikroskopie, optisch eine Probe17Abschnitt. Durch Beleuchtung nur eine dünne Folie aus Licht auf die Probe ist ein Rückgang der Foto-Bleichen und Foto Toxizität13,18. Das große Sichtfeld und langem Arbeitsabstand erlaubt für große Proben intakt bleiben, wie sie abgebildeten13,14,17sind. Die geringe Vergrößerung ermöglicht einen größeren Bereich abgebildet werden, während der langen Arbeitsabstand ermöglicht dickere Proben abgebildet werden, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis. Viele Gruppen haben LSFM verwendet, um Bild gesamte Embryonen17,14,18, Muskeln und Herz19 unter anderen Geweben, Gehirne, zeigen die vielfältigen Arten von Proben, die abgebildet werden können.
Obwohl die bisherige Forschung reduzierte hämodynamische Querkraft nachgewiesen durch den Zufluss oder Abfluss Spuren der Zebrafisch Herzen verschließen, sind die Informationen ausschließlich qualitative. Es ergibt sich eine abnorme Dritte Kammer, verminderte kardiale looping und beeinträchtigt Ventil Bildung20. Die 4-D LSFM Bilder geben eine neue Perspektive in die Lebensweise, die der hämodynamischen beeinflussen Scherkräfte, die Entwicklung der das Herzgewebe. Diese mechanische Kräfte können Kraft-Sensitive Signalmoleküle aktivieren und induzieren die Bildung von den trabekulären Kämmen. Wegen der Nachspielzeit Aspekt der 4-D-Bildgebung kann man zum Nachverfolgen von Änderungen in der Entwicklung in Echtzeit, die zu neuen Enthüllungen führen könnten, die bisher unbemerkt hatte. Der Zebrabärbling ist ein ideales Modell für imaging, weil Wissenschaftler eine ganze vertebrate Tier im Vergleich zu nur Zell-Zell-Interaktionen beobachten können. Sauerstoff kann auch durch den gesamten Embryo diffundieren die Entwicklung ohne je nach Kreislauf-Systems, im Gegensatz zu Säugetieren Entwicklung auftreten können. Obwohl der Zebrafisch-Herz der pulmonalen Organe, die erfordern ein vier-Kammer-Herz fehlen, gibt es eine große Anzahl von kardialen Gene, die zwischen Menschen und Zebrafisch21konserviert sind.
In diesem Manuskript beschreiben wir, wie Licht-Blatt Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um die Entwicklung Trabekel im Zebrafisch Herzen unter verschiedenen Umständen Bild. Zunächst wurden Injektion von gata1a4 oder tnnt2a5 MOs niedriger die Viskosität des Blutes und damit WSS verwendet. Die Morphologie des Herzens wurde dann aufgezeichnet. In einer separaten Gruppe von Fischen wir erhöht die WSS durch Verabreichung von EPO mRNA6 oder Isoproterenol7 und die Ergebnisse zu beobachten. Wir haben auch eine Zelle-Studie mit verschiedenen pulsierender oder oszillierende Durchflussraten. Nach jeder Gruppe imaging, fanden wir, dass WSS durch Endokards über Kerbe spürte Signalisierung Eingeweihten Trabeculation.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Clontech Hifi PCR pre-mix&#160;</td>
			<td>Takara&#160;</td>
			<td>639298</td>
			<td>PCR mastermix 
			1.1.1.1, 1.1.1.2, 1.1.1.5, 1.1.2.1, 3.1.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Nrg1 cDNA</td>
			<td>Gift from William Talbot, Stanford University, Stanford, California, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used for trabeculation rescue 
			1.1.1.3, 1.1.1.4, 1.1.2.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CFX Connect&#8482; Real-Time PCR Detection System</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1855201</td>
			<td>PCR Machine 
			1.1.1.5, 1.1.1.6, 1.1.2.2, 1.1.3.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pCS2+</td>
			<td>GE Health</td>
			<td></td>
			<td>Plasmid used to synthesize mRNA 
			1.1.2.1, 1.1.2.4, 1.1.2.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nucleospin purification kit&#160;&#160;</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>740609.25</td>
			<td>DNA Purification 
			1.1.2.3, 1.1.2.4, 1.1.6.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4 DNA ligase&#160;</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>2011A</td>
			<td>PCR Ligation solution 
			1.1.2.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stellar competent cells</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>636763</td>
			<td>E. coli cells used for transformation 
			1.1.2.6, 1.1.3.1, 1.1.3.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipofectamine 2000 transfection reagent</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>11668027</td>
			<td>Transfection reagent 
			1.1.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mMessage SP6 kit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>AM1340</td>
			<td>Kit used to synthesize mRNA 
			1.1.6.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aurum Total RNA Mini Kit</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>7326820</td>
			<td>Purifies RNA&#160; 
			1.1.6.4, 3.1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GeneTools 4.3.8</td>
			<td>GeneTools</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Software for primer design 
			1.2.1, 3.1.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPO cDNA</td>
			<td>Creative Biogene</td>
			<td>CDFH006026</td>
			<td>Increases WSS 
			1.2.2, 1.2.3, 1.1.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AG1478</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>T4182</td>
			<td>ErbB inhibitor 
			1.3.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E3 medium</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To grow embryos 
			1.3.1, 1.3.2, 5.1.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPT</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>D5942</td>
			<td>&#947;-secretase inhibitor 
			1.3.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>A9539</td>
			<td>Used for mounting embryos 
			2.1.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ORCA-Flash4.0 LT&#160;Digital CMOS camera</td>
			<td>Hamamatsu Photonics</td>
			<td>C11440-42U</td>
			<td>Used to capture Images 
			2.1.1.2, 2.1.1.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amira Software</td>
			<td>FEI Software</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Visualized and Analysed images into 3D, and 4D 
			2.1.5.1.1-2.1.5.2.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricaone mesylate&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>886-86-2</td>
			<td>Used to humanely sedated or sacrifice embryos 
			3.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iScript cDNA Synthesis Kit</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1708890</td>
			<td>Synthesizes cDNA 
			3.1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf 5424 microcentrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>05-400-005</td>
			<td>Microcentrifuge 
			4.1.1.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GI254023X</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>260264-93-5</td>
			<td>ADAM10 inhibitor 
			4.1.2, 4.1.3&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoprenaline hydrochloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>I5627</td>
			<td>Isoproterenol increases WSS 
			5.1.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Cardiac mechanics analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

light-sheet fluorescence microscopy to capture 4-dimensional images of the effects of modulating shear stress on the developing zebrafish heart

Die hämodynamischen Kräfte durch die Herzen Einfluss kardiale Entwicklung, vor allem Trabeculation, bildet ein Netz von verzweigten Auswüchse von Myokard erlebt. Genetisches Programm Mängel in der Kerbe Signalisierung Kaskade ventrikuläre Defekte wie linken Ventricular Non-Compaction-Kardiomyopathie oder hypoplastischen Links-Heart-Syndrom beteiligt sind. Unter Verwendung dieses Protokolls, kann festgestellt werden, dass Schubspannung angetrieben Trabeculation und Notch signaling miteinander verbunden sind. Mit Licht-Blatt Fluoreszenzmikroskopie war Visualisierung der entwickelnden Zebrafisches Herzen möglich. In diesem Manuskript wurde geprüft, ob hämodynamischen Kräfte die Einleitung der Trabeculation über die Kerbe Signalisierung modulieren und somit KONTRAKTILE Funktion beeinflussen auftritt. Für qualitative und quantitative Scheren Spannungsanalyse, 4-D (3-D + Zeit) Bilder wurden während der Zebrafisch kardiale Morphogenese erworben und integrierten Licht-Blatt-Fluoreszenz-Mikroskopie mit 4D Synchronisation erfasst die ventrikuläre Bewegung. Viskosität des Blutes verringerte Down-Regulierung Kerbe Signal- und mildernde Trabeculation über gata1a- Morpholino Oligonucleotides (MO) Mikro-Injektion, Schubspannung, dadurch zu verringern. Co-Injektion von Nrg1 mRNA mit gata1a MO gerettet Kerbe-Genen um die Trabeculation wiederherzustellen. Bestätigen Schubspannung getrieben Notch signaling beeinflusst Trabeculation Cardiomyocyte Kontraktion verhaftet weiter über tnnt2a-MO hämodynamischen Kräfte dabei reduzieren Down-Regulierung Kerbe Zielgene, non-trabekulierte zu entwickeln Myokard. Zu guter Letzt wurde Bestätigung der Expressionsmuster von Scherbeanspruchung reagierende Kerbe Gene von Endothelzellen pulsierender Strömung unterwerfen durchgeführt. So deckte die 4-D-Licht-Blatt-Mikroskopie hämodynamischen Kräfte zugrunde liegenden Kerbe Signal- und Trabeculation mit klinischer Relevanz, nicht-Verdichtung Cardiomyopathy.

LSFM wurde in diesem Manuskript verwendet, um hochauflösende 2-D und 3-d-Bilder zu erwerben. Wie in Abbildung 1A und 1 b, leitet die Beleuchtung Linse leichte Blatt an der Probe. Wegen der Schlankheit des leichten Blatts leuchtet nur ein einziges Flugzeug. Die Erkennung Linse ist senkrecht auf die Beleuchtung Linse positioniert und konzentriert sich auf die beleuchtete Fläche (Abbildung 1 b). Das leichte Blatt ...

Watch this Scientific Journal Video about Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart at JoVE.com

Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur Entwicklung von Herzen im Zebrafisch in 4 Dimensionen (4D) zu visualisieren. 4-D-Bildgebung, über Licht-Blatt Fluoreszenz-Mikroskopie (LSFM) dauert 3-dimensionale (3D) Bilder im Laufe der Zeit entwickelnde Herzen zu rekonstruieren. Wir zeigen qualitativ und quantitativ die Scherspannung aktiviert endokardialen Kerbe Signalisierung während der Entwicklung der Kammer, die kardiale Trabeculation fördert.

Licht-Blatt Fluoreszenz-Mikroskopie, 4-dimensionale Bilder über die Auswirkungen der modulierende Schubspannung auf entwickelnden Zebrafisches Herzen erfassen

The hemodynamic forces experienced by the heart influence cardiac development, especially trabeculation, which forms a network of branching outgrowths ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Entwurf eines zyklischen Druck Bioreaktor für die Ex Vivo Studium der Aorten-Herzklappen

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Forschung

Biotechnik

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

Niedermolekulare Protein Enrichment auf mesoporösem Siliciumdioxid Dünnschichten für Biomarker Discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Creating Adhesive and Soluble Gradients for Imaging Cell Migration with Fluorescence Microscopy

Erstellen Adhesive und löslichen Farbverläufe for Imaging Cell Migration mit Fluoreszenz-Mikroskopie

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as ...

3D Orbital Tracking in a Modified Two-photon Microscope: An Application to the Tracking of Intracellular Vesicles

3D-Tracking-Orbital in einer modifizierten Zwei-Photonen-Mikroskop: einen Antrag bei der Verfolgung von intrazellulären Vesikeln

The objective of this video protocol is to discuss how to perform and analyze a three-dimensional fluorescent orbital particle tracking experiment using a ...

Single Molecule Fluorescence Microscopy on Planar Supported Bilayers

Einzelmolekülfluoreszenzmikroskopie auf Planar Unterstützte Bilayers

In the course of a single decade single molecule microscopy has changed from being a secluded domain shared merely by physicists with a strong background ...

Light-sheet Fluorescence Microscopy for the Study of the Murine Heart

Licht-Blatt Fluoreszenzmikroskopie for the Study of Murine Herzen

Light-sheet fluorescence microscopy has been widely used for rapid image acquisition with a high axial resolution from micrometer to millimeter scale. ...

Gene Expression Analysis of Endothelial Cells Exposed to Shear Stress Using Multiple Parallel-plate Flow Chambers

Gen Expressionsanalyse von Endothelzellen ausgesetzt um Stress mit mehreren Parallel-Platte Fluss Kammern Scheren

We describe a workflow for the analysis of gene expression from endothelial cells subject to a steady laminar flow using multiple monitored parallel-plate ...

Live Cell Analysis of Shear Stress on Pseudomonas aeruginosa Using an Automated Higher-Throughput Microfluidic System

Live Cell Analysis of Shear Stress on Pseudomonas aeruginosa Using an Automated Higher-Throughput Microfluidic System

Pseudomonas Aeruginosa mit einem automatisierten höheren Durchsatz mikrofluidischen System Zelle Analyse der Schubspannung weiterleben

A higher-throughput microfluidic in vitro bioreactor coupled with fluorescence microscopy has been used to study bacterial biofilm growth and morphology, ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Biaxiale mechanische Charakterisierung von ventrikulären Herzklappen

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...

High Throughput Traction Force Microscopy Using PDMS Reveals Dose-Dependent Effects of Transforming Growth Factor-&#946; on the Epithelial-to-Mesenchymal Transition

High Throughput Traction Force Microscopy Using PDMS Reveals Dose-Dependent Effects of Transforming Growth Factor-ÃƒÅ½Ã‚Â² on the Epithelial-to-Mesenchymal Transition

Hochdurchsatz-Traktionskraftmikroskopie mit PDMS zeigt dosisabhängige Effekte transformierender Wachstumsfaktoren auf den epitheliaal-mesenchymalen Übergang

Cellular contractility is essential in diverse aspects of biology, driving processes that range from motility and division, to tissue contraction and ...