Name: creating avian forebrain chimeras to assess facial development
Uploaded: 2021-02-18T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Creating Avian Forebrain Chimeras to Assess Facial Development at JoVE.com

Forskning rapportert i denne publikasjonen ble støttet av National Institute of Dental and Craniofacial Research av National Institutes of Health under tildelingsnummer R01DE019648, R01DE018234 og R01DE019638.

Hvit pekinand (Anas platyrhynchos), hvit leghornkylling (Gallus gallus) og japansk vaktel (Cortunix coturnix japonica) ruges ved 37 °C i et fuktet kammer til den matches på HH7/817.
1. Klargjøring av donorvevet
MERK: Fremstilling av reagenser og verktøy og hvordan man åpner egg for eksperimentell manipulasjon er beskrevet6.
<ol><li>Forbered DMEM-medier med nøytral rød, en glassoverf?...

<ol>
	<li>Waddington, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+Mechanics+of+Chicken+and+Duck+Embryos.">Developmental Mechanics of Chicken and Duck Embryos.</a> Nature. 125, 924-925 (1930).</li><li>Noden, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+neural+crest+in+patterning+of+avian+cranial+skeletal,+connective,+and+muscle+tissues.">The role of the neural crest in patterning of avian cranial skeletal, connective, and muscle tissues.</a> Developmental Biology. 96 (1), 144-165 (1983).</li><li>Borue, X., Noden, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+and+aberrant+craniofacial+myogenesis+by+grafted+trunk+somitic+and+segmental+plate+mesoderm.">Normal and aberrant craniofacial myogenesis by grafted trunk somitic and segmental plate mesoderm.</a> Development. 131 (16), 3967-3980 (2004).</li><li>Teillet, M. A., Ziller, C., Le Douarin, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quail-chick+chimeras.">Quail-chick chimeras.</a> Methods in Molecular Biology. 461, 337-350 (2008).</li><li>Hu, D., Marcucio, R. S., Helms, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+zone+of+frontonasal+ectoderm+regulates+patterning+and+growth+in+the+face.">A zone of frontonasal ectoderm regulates patterning and growth in the face.</a> Development. 130 (9), 1749-1758 (2003).</li><li>Hu, D., Marcucio, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+signaling+properties+of+ectodermal+epithelia+during+craniofacial+development.">Assessing signaling properties of ectodermal epithelia during craniofacial development.</a> Journal of Visualized Experiments. (49), (2011).</li><li>Hu, D., Marcucio, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+organization+of+the+frontonasal+ectodermal+zone+in+birds+and+mammals.">Unique organization of the frontonasal ectodermal zone in birds and mammals.</a> Developmental Biology. 325 (1), 200-210 (2009).</li><li>Griffin, J. N., 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=Fgf8+dosage+determines+midfacial+integration+and+polarity+within+the+nasal+and+optic+capsules.">Fgf8 dosage determines midfacial integration and polarity within the nasal and optic capsules.</a> Developmental Biology. 374 (1), 185-197 (2013).</li><li>Schneider, R. A., Helms, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cellular+and+molecular+origins+of+beak+morphology.">The cellular and molecular origins of beak morphology.</a> Science. 299 (5606), 565-568 (2003).</li><li>Tucker, A. S., Lumsden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+crest+cells+provide+species-specific+patterning+information+in+the+developing+branchial+skeleton.">Neural crest cells provide species-specific patterning information in the developing branchial skeleton.</a> Evolution &amp; Development. 6 (1), 32-40 (2004).</li><li>Fish, J. L., Schneider, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+species-specific+contributions+to+craniofacial+development+using+quail-duck+chimeras.">Assessing species-specific contributions to craniofacial development using quail-duck chimeras.</a> Journal of Visualized Experiments. (87), (2014).</li><li>Schneider, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+crest+and+the+origin+of+species-specific+pattern.">Neural crest and the origin of species-specific pattern.</a> Genesis. 56 (6-7), 23219 (2018).</li><li>Sohal, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+reciprocal+forebrain+transplantation+on+motility+and+hatching+in+chick+and+duck+embryos.">Effects of reciprocal forebrain transplantation on motility and hatching in chick and duck embryos.</a> Brain Research. 113 (1), 35-43 (1976).</li><li>Chen, C. C., Balaban, E., Jarvis, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interspecies+avian+brain+chimeras+reveal+that+large+brain+size+differences+are+influenced+by+cell-interdependent+processes.">Interspecies avian brain chimeras reveal that large brain size differences are influenced by cell-interdependent processes.</a> PLoS One. 7 (7), 42477 (2012).</li><li>Hu, D., Marcucio, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+crest+cells+pattern+the+surface+cephalic+ectoderm+during+FEZ+formation.">Neural crest cells pattern the surface cephalic ectoderm during FEZ formation.</a> Developmental Dynamics. 241 (4), 732-740 (2012).</li><li>Hu, D., 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=Signals+from+the+brain+induce+variation+in+avian+facial+shape.">Signals from the brain induce variation in avian facial shape.</a> Developmental Dynamics. 244 (9), 1133-1143 (2015).</li><li>Hamburger, V., Hamilton, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+series+of+normal+stages+in+the+development+of+the+chick+embryo.">A series of normal stages in the development of the chick embryo.</a> Journal of Morphology. 88 (1), 49-92 (1951).</li><li>Xu, Q., 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=Correlations+Between+the+Morphology+of+Sonic+Hedgehog+Expression+Domains+and+Embryonic+Craniofacial+Shape.">Correlations Between the Morphology of Sonic Hedgehog Expression Domains and Embryonic Craniofacial Shape.</a> Evolutionary Biology. 42 (3), 379-386 (2015).</li><li>Eames, B. F., Schneider, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genesis+of+cartilage+size+and+shape+during+development+and+evolution.">The genesis of cartilage size and shape during development and evolution.</a> Development. 135 (23), 3947-3958 (2008).</li><li>Merrill, A. E., Eames, B. F., Weston, S. J., Heath, T., Schneider, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesenchyme-dependent+BMP+signaling+directs+the+timing+of+mandibular+osteogenesis.">Mesenchyme-dependent BMP signaling directs the timing of mandibular osteogenesis.</a> Development. 135 (7), 1223-1234 (2008).</li></ol>

Den beskrevne metoden tillater undersøkelse av vevsinteraksjonene mellom den basale forhjernen og den tilstøtende ektodermen. Denne tilnærmingen skiller seg fra tidligere forhjernetransplantasjonsmetoder, fordi donorvevet var begrenset til den ventrale forhjernen. Dette eliminerer transplantasjon av nevrale kamceller, som har vist seg å delta i mønster ansikts morfologi 9,10. Derfor var det viktig å begrense transplantatet til basal forhjerne for å evaluer...

Mye moderne forskning innen utviklingsbiologi fokuserer på genenes rolle i å forme embryoer. Det finnes gode verktøy for å undersøke utviklingsmekanismer fra et genetisk perspektiv. Imidlertid er embryoer samlet og gjennomgår morfogenese som respons på vevsinteraksjoner. Fuglesystemet er et klassisk verktøy som brukes til å vurdere ulike vevsinteraksjoner som regulerer utviklingen av følgende grunner: embryologien er godt forstått, embryoene er lett tilgjengelige, verktøy for analyse av aviære systemer er godt utviklet, og embryoene er billige.
Fugletransplantasjonssystemet har vært mye brukt for avstamningssporing og for å vurdere vevsinteraksjoner under utvikling i nesten et århundre 1,2,3,4. Dette systemet ble brukt til å undersøke et signalsenter, Frontonasal Ectodermal Zone (FEZ), som regulerer morfogenese i overkjeven5, og en video ble publisert som beskriver denne teknikken tidligere6. I tillegg til vaktelkylling har andre arter også blitt brukt til å produsere kimærer for analyse av vevsinteraksjoner. For eksempel ble musen FEZ transplantert fra vill type7 og mutante mus8, og andre har brukt et ande-, vaktel- og kyllingsystem for å vurdere rollen som nevralkam i mønster av ansiktsskjelettet 9,10,11,12.
I dette arbeidet ble forhjernens rolle i å regulere mønsteret av genuttrykk i FEZ ved å transplantere den ventrale forhjernen gjensidig blant vaktel-, and- og kyllingembryoer vurdert, fordi et signal fra forhjernen er nødvendig for å indusere Sonic pinnsvinuttrykk i FEZ. Forhjernetransplantasjoner er ikke unike i feltet. Disse transplantasjonene ble brukt til å vurdere utviklingen av motilitet i vaktel- og andeembryoer13, men i disse forsøkene ble vev som bidro til ikke-nevrale derivater også transplantert. I annet arbeid har hørselskretser hos fugler blitt vurdert ved hjernetransplantasjon14, men disse transplantasjonene inneholdt presumptive nevrale kamceller, som bidrar til ansiktsform 9,10 og deltar i regulering av SHH-uttrykk i FEZ 15. Derfor ble det utviklet et system for å transplantere bare den ventrale forhjernen fra en fugleart til en annen før lukking av nevralrøret for å vurdere hjernens rolle i ansiktsform16 (figur 1A,B). Denne metoden var blottet for nevralkamforurensning av transplantatet. I denne artikkelen illustreres metoden og de forventede resultatene beskrives, og utfordringene drøftes.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1x PBS</td>
			<td>TEK</td>
			<td>TEKZR114</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35x10 mm Petri dish</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>1008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>11965084</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>26016-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutral Red</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>553-24-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>No. 5 Dumont forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11252-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur Pipets</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>13-678-6B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QCPN antibody</td>
			<td>Developmental Studies Hybridoma bank, Iowa University, Iowa, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14058-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Needle</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>26000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creating avian forebrain chimeras to assess facial development

Fugleembryoet har blitt brukt som modellsystem i mer enn et århundre og har ført til grunnleggende forståelse av virveldyrutvikling. En av styrkene til dette modellsystemet er at effekten av og interaksjonen mellom vev kan vurderes direkte i kimære embryoer. Vi har tidligere vist at signaler fra forhjernen bidrar til ansiktsmorfogenese ved å regulere formen på uttrykksdomenet til Sonic hedgehog (SHH) i Frontonasal Ectodermal Zone (FEZ). I denne artikkelen beskrives metoden for å generere forhjernekimærene og gi illustrasjoner av resultatene av disse forsøkene.

Vurdering av kimerisme og transplantasjonsforurensning For å vurdere kimærene, bør omfanget av kimerisme og forurensning av transplantatet med andre celletyper behandles. Å lage kimærer ved å transplantere vaktelvev i kyllingembryoer muliggjør denne typen analyse. Ved hjelp av QCPN-antistoffet kan vaktelceller visualiseres og skilles fra vertsvevet (figur 1 C,D). I dette tilfellet ble bare vev avledet fra den ventrale forhjernen farget med antistof...

Watch this Scientific Journal Video about Creating Avian Forebrain Chimeras to Assess Facial Development at JoVE.com

Creating Avian Forebrain Chimeras to Assess Facial Development

Denne artikkelen beskriver en vevstransplantasjonsteknikk som ble designet for å teste signalerings- og mønsteregenskapene til basal forhjerne under kraniofacial utvikling.

Opprette Avian Forebrain Chimeras for å vurdere ansiktsutvikling

The avian embryo has been used as a model system for more than a century and has led to fundamental understanding of vertebrate development. One of the ...

Denne metoden gjør det mulig for etterforskere å vurdere vevsinteraksjoner mellom den basale forhjernen og ansiktet. Den største fordelen med denne teknikken er at den isolerer den basale forhjernen for vurdering og forhindrer forurensning med nevrale kamceller, noe som vil forvirre analysen. Den vanskelige delen av denne teknikken er fjerning av forhjernen fra verten og erstatning med donorvevet.Demonstrere prosedyren vil være Diane Hu, en forsker fra Dr.Ralph Marcucio laboratorium. For å begynne, klargjør DMEM-medier med nøytral rød, en glassoverføringspipette og skjerpet wolfram. Bruk en 10 milliliter sprøyte og en 18 gauge nål, fjern 0,5 ml albumin fra den spisse enden av eggeskallet.Lag et lite hull på toppen av skallet ved hjelp av saksen. Legg deretter et stykke tape over hullet og kutt en sirkulær åpning for å avsløre embryoet. Flekk embryoet med nøytral rød.Høst vevstransplantater fra venstre side av basal forhjerne av stadium syv eller åtte embryoer. Bruk buede skjerpede wolframnåler for å forsiktig snitte et stykke av forhjernen. For ikke å inkludere den underliggende endodermen, skyv nålen under forhjernen og parallelt med aksen til nevrale røret.Plukk transplantatet opp fra donorembryoet ved hjelp av glassoverføringspipetten, og overfør det til DMEM som inneholder nøytral rød i to minutter for å flekke det. Legg deretter det fargede transplantatet i DMEM som ikke inneholder nøytralt rødt før det er klart for innpoding. Inkuber befruktede egg fra hvit leghornkylling ved 37 grader Celsius i et fuktet kammer til Hamburger-Hamilton trinn syv til åtte.Eksponer embryoer som tidligere demonstrert. Ved hjelp av skjerpet wolfram nåler, forberede graft stedet ved å kutte og deretter fjerne en 0,3 x 0,2 millimeter stykke basal forhjernen for å imøtekomme transplantatet. Unngå overdreven forstyrrelse av den underliggende endodermen, noe som vil være tydelig da eggeplommegranulater vil begynne å lekke gjennom enhver tåre som er laget.Etter overføring av transplantatet til verten, plasser transplantatet for å erstatte den utryddede basale forhjernen til verten. Plasser tape tett over hullet, og returner embryoene til 37 graders Celsius-inkubatoren til de er klare for analyse. I utgangspunktet ble kimærer opprettet ved å transplantere vaktevev i kyllingembryoer.Ved hjelp av QCPN-antistoffet ble vaktelceller visualisert og skilt fra vertsvevet. Vaktelkyllingsystemet bekreftet at alt transplantatet bare besto av nevralvev og ikke var forurenset med andre celletyper. Transplantasjon av vaktelvev i andeembryoer førte til alvorlig deformerte kimærer på grunn av en raskere utviklende vaktelhjerne.Derfor ble transplantasjon av andvev i kyllingembryoer utført. De resulterende and-kylling-kimærene antyder at hjernen deltar i å regulere morfologi. Hele fjellet C2 hybridisering ble brukt til å vurdere Sonic pinnsvin uttrykk i kimærer.I likhet med morfologi virket Sonic pinnsvinuttrykk på andesiden av kimæren mer andelignende. Forberedelse av vertsstedet krever øvelse. Et stort antall embryoer overlever ikke, så å skape et stort antall kimærer kan bidra til å sikre riktige prøver for analyse.Denne metoden gjorde det mulig å vurdere hvordan signaler fra hjernen former Sonic pinnsvinuttrykksdomenet i den frontonasale ektodermale sonen.

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Optimized Ex-ovo Culturing of Chick Embryos to Advanced Stages of Development

Optimized Ex-ovo Culturing of Chick Embryos to Advanced Stages of Development

Optimalisert<em&gt; Ex-ovo</em&gt; Dyrking av Chick embryoer til avanserte stadier av utvikling

Research in anatomy, embryology, and developmental biology has largely relied on the use of model organisms. In order to study development in live embryos ...

Immunostaining to Visualize Murine Enteric Nervous System Development

Farging å Visual Murint Ente Nervous System Development

The enteric nervous system is formed by neural crest cells that proliferate, migrate and colonize the gut. Following colonization, neural crest cells must ...

Using Light Sheet Fluorescence Microscopy to Image Zebrafish Eye Development

Ved hjelp av lys Sheet Fluorescensmikroskopi til bilde Sebrafisk Eye Development

Light sheet fluorescence microscopy (LSFM) is gaining more and more popularity as a method to image embryonic development. The main advantages of LSFM ...

Generation of Standardized and Reproducible Forebrain-type Cerebral Organoids from Human Induced Pluripotent Stem Cells

Generasjon av standardiserte og reproduserbar Forebrain-type Cerebral Organoids fra menneske indusert Pluripotent stamceller

The human cortex is highly expanded and exhibits a complex structure with specific functional areas, providing higher brain function, such as cognition. ...

Organotypic Culture Method to Study the Development Of Embryonic Chicken Tissues

Organotypic kultur metoden å studere utviklingen av embryonale kylling vev

The embryonic chicken is commonly used as a reliable model organism for vertebrate development. Its accessibility and short incubation period makes it ...

Computational Analysis of the Caenorhabditis elegans Germline to Study the Distribution of Nuclei, Proteins, and the Cytoskeleton

Computational Analysis of the Caenorhabditis elegans Germline to Study the Distribution of Nuclei, Proteins, and the Cytoskeleton

Beregningsorientert analyse av Caenorhabditis elegans Germline å studere distribusjon av kjerner, proteiner og Cytoskeleton

The Caenorhabditis elegans (C. elegans) germline is used to study several biologically important processes including stem cell development, apoptosis, and ...

Microinjection-based System for In Vivo Implantation of Embryonic Cardiomyocytes in the Avian Embryo

Microinjection-basert System for i Vivo implantering av embryonale Cardiomyocytes i Avian Embryo

Interpreting the relative impact of cell autonomous patterning versus extrinsic microenvironmental influence on cell lineage determination represents a ...

Fast and Efficient Expression of Multiple Proteins in Avian Embryos Using mRNA Electroporation

Rask og effektiv uttrykk for flere proteiner i avian embryo bruke mRNA electroporation

We report that mRNA electroporation permits fluorescent proteins to label cells in living quail embryos more quickly and broadly than DNA electroporation. ...

A Direct and Simple Method to Assess Drosophila melanogaster's Viability from Embryo to Adult

A Direct and Simple Method to Assess Drosophila melanogaster's Viability from Embryo to Adult

En direkte og enkel metode for å vurdere Drosophila melanogaster' s levedyktighet fra embryo til Adult

In Drosophila melanogaster, viability assays are used to determine the fitness of certain genetic backgrounds. Allelic variations can result in partial or ...

Whole-Mount In Situ Hybridization in Zebrafish Embryos and Tube Formation Assay in iPSC-ECs to Study the Role of Endoglin in Vascular Development

Helmontering i Situ Hybridisering i sebrafisk embryoer og tube formasjonsanalyse i iPSC-ECs å studere rollen som Endoglin i vaskulær utvikling

Vascular development is determined by the sequential expression of specific genes, which can be studied by performing in situ hybridization assays in ...