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

Исследования, представленные в этой публикации, были поддержаны Национальным институтом стоматологических и черепно-лицевых исследований Национальных институтов здравоохранения под номерами R01DE019648, R01DE018234 и R01DE019638.

Белая пекинская утка (Anas platyrhynchos), белая курица породы леггорн (Gallus gallus) и японский перепел (Cortunix coturnix japonica) инкубируются при температуре 37 °C во влажной камере до согласования стадии HH7/817.
1. Подготовка донорской ткани
ПРИМЕЧАНИЕ: Пр?...

<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>

Описанный метод позволяет исследовать тканевые взаимодействия между базальным передним мозгом и прилегающей эктодермой. Этот подход отличается от предыдущих методов трансплантации переднего мозга, потому что донорская ткань была ограничена вентральным передним мозгом. Это исключа?...

Многие современные исследования в области биологии развития сосредоточены на роли генов в формировании эмбрионов. Существуют хорошие инструменты для изучения механизмов развития с генетической точки зрения. Однако эмбрионы собираются и подвергаются морфогенезу в ответ на тканевые взаимодействия. Птичья система является классическим инструментом, используемым для оценки разнообразия тканевых взаимодействий, регулирующих развитие, по следующим причинам: эмбриология хорошо изучена, эмбрионы легко доступны, инструменты для анализа птичьих систем хорошо развиты, а эмбрионы недороги.
Система трансплантации птиц широко используется для отслеживания происхождения и оценки тканевых взаимодействий во время развития в течение почти столетия 1,2,3,4. Эта система была использована для исследования сигнального центра, фронтоназальной эктодермальной зоны (FEZ), которая регулирует морфогенез верхней челюсти5, и ранее было опубликовано видео, описывающее эту технику6. В дополнение к перепелам-птенцам, другие виды также использовались для получения химер для анализа тканевых взаимодействий. Например, мышь FEZ была пересажена от дикого типа7 и мутантных мышей8, а другие использовали системы утки, перепела и цыплят для оценки роли нервного гребня в формировании паттерна лицевого скелета 9,10,11,12.
В этой работе была оценена роль переднего мозга в регуляции паттерна экспрессии генов в СЭЗ путем реципрокной трансплантации вентрального переднего мозга между эмбрионами перепелов, уток и цыплят, поскольку для индуцирования экспрессии звукового ежа в СЭЗ требуется сигнал от переднего мозга. Трансплантация переднего мозга не уникальна в этой области. Эти трансплантаты использовали для оценки развития подвижности у эмбрионов перепелов и уток13, хотя в этих экспериментах также трансплантировали ткани, которые вносили вклад в ненейронные производные. В другой работе слуховые контуры у птиц были оценены с помощью трансплантации переднего мозга14, но эти трансплантаты содержали предполагаемые клетки нервного гребня, которые вносят вклад в форму лица 9,10 и участвуют в регуляции экспрессии SHH в FEZ 15. Следовательно, для оценки роли мозга в формелица 16 была разработана система для пересадки только вентрального переднего мозга от одного вида птиц к другому до закрытия нервной трубки (рис. 1A, B). Этот метод был лишен контаминации нервного гребня трансплантата. В этой статье проиллюстрирован метод и описаны ожидаемые результаты, а также обсуждены проблемы, с которыми приходится сталкиваться.

<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

Птичий эмбрион использовался в качестве модельной системы более века и привел к фундаментальному пониманию развития позвоночных. Одной из сильных сторон этой модельной системы является то, что влияние и взаимодействие между тканями могут быть непосредственно оценены у химерных эмбрионов. Ранее мы показали, что сигналы от переднего мозга способствуют морфогенезу лица, регулируя форму домена экспрессии звукового ежа (SHH) в лобно-эктодермальной зоне (FEZ). В данной статье описан метод генерации химер переднего мозга и приведены иллюстрации результатов этих экспериментов.

Оценка химеризма и контаминации трансплантата Чтобы оценить химеры, следует рассмотреть степень химеризма и контаминации трансплантата другими типами клеток. Создание химер путем пересадки тканей перепелов в эмбрионы цыплят позволяет проводить этот тип анализа. С помощью...

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

В этой статье описывается метод трансплантации тканей, который был разработан для проверки сигнальных и паттернирующих свойств базального переднего мозга во время черепно-лицевого развития.

Создание химер переднего мозга птиц для оценки развития лица

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 ...

Этот метод позволяет исследователям оценить взаимодействие тканей между базальным передним мозгом и лицом. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он изолирует базальный передний мозг для оценки и предотвращает загрязнение клетками нервного гребня, что может запутать анализ. Сложной частью этой техники является удаление переднего мозга у хозяина и замена его донорской тканью.Продемонстрирует процедуру Диана Ху, научный сотрудник лаборатории доктора Ральфа Маркучио. Для начала подготовьте носитель DMEM с нейтральным красным цветом, стеклянной пипеткой для переноса и заточенным вольфрамом. С помощью шприца объемом 10 миллилитров и иглы 18 калибра удалите 0,5 миллилитра альбумина с заостренного конца яичной скорлупы.Сделайте небольшое отверстие поверх скорлупы с помощью ножниц. Затем поместите кусок ленты поверх отверстия и вырежьте круглое отверстие, чтобы обнажить эмбрион. Окрасьте зародыш нейтральным красным цветом.Собирают тканевые трансплантаты с левой стороны базального переднего мозга эмбрионов седьмой или восьмой стадии. Используйте изогнутые заостренные вольфрамовые иглы, чтобы аккуратно надрезать кусочек переднего мозга. Чтобы не включать нижележащую энтодерму, проведите иглу под передним мозгом параллельно оси нервной трубки.Возьмите трансплантат у донорского эмбриона с помощью стеклянной пипетки для переноса и перенесите его в DMEM, содержащий нейтральный красный цвет, на две минуты, чтобы окрасить его. Затем поместите окрашенный трансплантат в DMEM, который не содержит нейтрального красного цвета, до тех пор, пока он не будет готов к приживлению. Инкубируйте оплодотворенные яйца от белой курицы породы Леггорн при температуре 37 градусов по Цельсию в увлажненной камере до седьмой-восьмой стадии Гамбургера-Гамильтона.Экспонируйте эмбрионы, как было продемонстрировано ранее. Используя заостренные вольфрамовые иглы, подготовьте место трансплантата, разрезав, а затем удалив кусок базального переднего мозга размером 0,3 на 0,2 миллиметра для размещения трансплантата. Избегайте чрезмерного разрушения основной энтодермы, что будет очевидно, когда гранулы желтка начнут просачиваться через любой сделанный разрыв.После переноса трансплантата хозяину расположите трансплантат так, чтобы заменить экстирпированный базальный передний мозг хозяина. Плотно наклейте ленту на отверстие и верните эмбрионы в инкубатор с температурой 37 градусов по Цельсию, пока они не будут готовы к анализу. Изначально химеры создавались путем пересадки тканей перепелов в эмбрионы птенцов.С помощью антитела QCPN клетки перепелов визуализировали и отличали от тканей хозяина. Система перепелов-цыплят подтвердила, что весь трансплантат состоял только из нервной ткани и не был загрязнен другими типами клеток. Трансплантация тканей перепелов в эмбрионы уток привела к сильно деформированным химерам из-за более быстро развивающегося мозга перепелов.Поэтому была проведена трансплантация тканей утки куриным эмбрионам. Полученные химеры утки-цыплят предполагают, что мозг участвует в регуляции морфологии. Цельная горная гибридизация C2 была использована для оценки экспрессии звукового ежа в химерах.Подобно морфологии, выражение лица ежа Соника на утиной стороне химеры казалось более утиным Подготовка хост-сайта требует практики. Большое количество эмбрионов не выживает, поэтому создание большого количества химер может помочь обеспечить надлежащие образцы для анализа.Этот метод позволил оценить, как сигналы от мозга формируют домен экспрессии ежа Sonic в лобноназальной эктодермальной зоне.

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

Оптимизированный<em&gt; Экс-ово</em&gt; Культивирование куриных эмбрионов в продвинутых стадиях разработки

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

Иммуноокрашивание визуализировать нервную развития системы мышиный Кишечная

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

Использование Light Sheet флуоресцентной микроскопии для изображения развития данио глаз

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

Поколение стандартизированных и воспроизводимые переднего мозга тип мозгового Organoids от человека индуцированных плюрипотентных стволовых клеток

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

Культура organotypic метод для изучения развития тканей эмбриона курицы

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

Вычислительный анализ микрофлорой Caenorhabditis elegans для изучения распределения ядер, белки и Цитоскелет

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

Микроинъекции системы в Vivo имплантации эмбриона кардиомиоцитов птичьего эмбриона

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

Быстрое и эффективное выражение нескольких белков в птичьих эмбрионах с использованием мРНК Электропорации

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

Прямой и простой метод для оценки Drosophila меланогастер'S жизнеспособность от эмбриона к взрослому

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

Целая гора В Ситу Гибридизация в зебрафиш эмбрионов и трубоусветки Ассав в iPSC-ECs для изучения роли эндоглин в сосудистом развитии

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