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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo demuestra un método basado en la fluorescencia para visualizar la vasculatura y para cuantificar su complejidad en Xenopus tropicalis . Los vasos sanguíneos pueden visualizarse minutos después de la inyección de un colorante fluorescente en el corazón de un embrión después de manipulaciones genéticas y / o farmacológicas para estudiar el desarrollo cardiovascular in vivo .
Los vasos sanguíneos suministran oxígeno y nutrientes en todo el cuerpo, y la formación de la red vascular está bajo un estricto control del desarrollo. La visualización in vivo eficaz de los vasos sanguíneos y la cuantificación confiable de su complejidad son fundamentales para comprender la biología y la enfermedad de la red vascular. Aquí, proporcionamos un método detallado para visualizar los vasos sanguíneos con un colorante fluorescente comercialmente disponible, plasma humano acetilado de lipoproteína de baja densidad DiI complejo (DiI-AcLDL), y para cuantificar su complejidad en Xenopus tropicalis . Los vasos sanguíneos pueden ser etiquetados mediante una simple inyección de DiI-AcLDL en el corazón de un embrión y los vasos sanguíneos de todo el embrión se pueden visualizar en embriones vivos o fijos. Combinada con la perturbación génica por la microinyección dirigida de ácidos nucleicos y / o la aplicación en el baño de reactivos farmacológicos, las funciones de un gen o de una vía de señalización sobre el desarrollo vascular pueden ser inveEstigmatizados en una semana sin recurrir a sofisticados animales modificados genéticamente. Debido al sistema venoso bien definido de Xenopus y su angiogénesis estereotípica, el brote de vasos preexistentes, la complejidad de los vasos pueden ser cuantificados eficientemente después de experimentos de perturbación. Este protocolo relativamente simple debe servir como una herramienta de fácil acceso en diversos campos de la investigación cardiovascular.
La vasculogénesis, la formación de nuevos vasos sanguíneos de células endoteliales recién nacidas y la angiogénesis, la formación de nuevos vasos de vasos preexistentes, son dos procesos distintos que configuran la vasculatura embrionaria 1 . Cualquier desregulación en estos procesos da como resultado varias enfermedades del corazón y anomalías estructurales de los vasos. Además, el crecimiento tumoral está asociado con un crecimiento descontrolado de vasos. Como tal, los mecanismos moleculares subyacentes a la vasculogénesis y la angiogénesis son objeto de intensa investigación [ 2] .
Xenopus y pez cebra son modelos de vertebrados atractivos para estudios de vasculogénesis y angiogénesis, por varias razones. Primero, sus embriones son pequeños; Por lo tanto, es relativamente fácil imaginar toda la vasculatura. En segundo lugar, el desarrollo embrionario es rápido; Sólo toma un par de días para que se desarrolle toda la vasculatura, durante cuyo tiempo la vascula en desarrollo Una imagen. En tercer lugar, las intervenciones genéticas y farmacológicas antes y durante la formación de los vasos son fáciles de llevar a cabo, por ejemplo mediante la microinyección de morfolino nucleótidos antisentido (MOs) en el embrión en desarrollo oa través de la aplicación de ba~no de fármacos 3 , 4 , 5 .
La ventaja única de Xenopus sobre el pez cebra es que las manipulaciones embriológicas pueden realizarse porque Xenopus sigue clivajes holoblásticos estereotípicos y el mapa embrionario del destino está bien definido 6 . Por ejemplo, es posible generar un embrión en el que sólo se manipula genéticamente un lado lateral mediante la inyección de un MO antisentido a una célula en la etapa de dos células. También es posible trasplantar el corazón primordio de un embrión a otro para determinar si el gen ejerce su función por una célula intrínseca o mecanismo -extrínsecoAsno = "xref"> 7. Aunque estas técnicas se han desarrollado principalmente en Xenopus laevis , que es alotetraploide y por lo tanto no es ideal para los estudios genéticos , pueden aplicarse directamente a Xenopus tropicalis , una especie diploide estrechamente relacionada 8 .
Una manera de visualizar la vasculatura en un embrión vivo de Xenopus es inyectar un colorante fluorescente para marcar los vasos sanguíneos. La lipoproteína de baja densidad acetilada (AcLDL) marcada con una molécula fluorescente tal como DiI es una sonda muy útil. A diferencia de la LDL no acetilada, la AcLDL no se une al receptor de LDL 9 sino que es endocitados por los macrófagos y las células endoteliales. La inyección de DiI-AcLDL en el corazón de un animal vivo resulta en el marcaje fluorescente específico de las células endoteliales, y toda la vasculatura puede ser visualizada por microscopía de fluorescencia en embriones vivos o fijos [ 4] .
Aquí prestamosDe protocolos detallados para la visualización y cuantificación de vasos sanguíneos utilizando DiI-AcLDL en Xenopus tropicalis ( Figura 1 ). Proporcionamos puntos prácticos clave, con ejemplos de experimentos exitosos y sin éxito. Además, proporcionamos un método sencillo para el análisis cuantitativo de la complejidad vascular, que podría ser útil para evaluar los efectos de factores genéticos y ambientales en la conformación de la red vascular.
Todos los experimentos cumplieron con los protocolos aprobados por el Colegio Universitario de Medicina de la Universidad de Medicina Institucional Cuidado de Animales y Comités de Uso.
1. Preparación de los embriones de Xenopus tropicalis
NOTA: Los embriones de Xenopus tropicalis se produjeron como se describió anteriormente 10 , con ligeras modificaciones. Xenopus tropicalis embriones se realizaron de acuerdo con las tablas de Nieuwkoop y Faber [ 11] .
2. Preparación de Inyección de DiI-AcLDL
3. Configuración de la inyección
4. Inyección DiI-AcLDL
5. Imágenes de DiI-AcLDL
6. Cuantificación de los buques con etiqueta DiI
NOTA: Los vasos Di-etiquetados pueden rastrearse manualmente o usar software. Usamos "Simple neurite tracer", una libre ImageJ (NIH) plugin, que permite el seguimiento semiautomático de tubos como las estructuras como los vasos sanguíneos y neurites [ 12] . Utilizando este software libre, se pueden calcular los siguientes parámetros. Un procedimiento detallado para el uso de este software se describe en otra parte (https://imagej.net/Simple_Neurite_Tracer) 12 . A continuación, se utilizan ejemplos de la vasculatura de los embriones en los que Tie2 señalización es inhibido o mejorado ( Figura 4A-4C ) [ 5] . Antisentido Tie2MO inyectados embriones exposición reduce la angiogénesis y acorta la ISVs ( Figura 4B ], mientras que la co-inyección de constitutivamente activa Tie2Mutante mRNA (caTie2 mRNA) sobre-rescata este fenotipo, dando lugar a exuberante ISV ramas ( Figura 4C ].
Cronología de los experimentos (Figuras 1 y 2)
Poco después de la fecundación, la microinyección dirigida se puede realizar para modular la expresión génica. Por ejemplo, se puede inyectar un MO antisentido que se une específicamente al codón de iniciación del ARNm de Tie2 endógeno, inhibiendo la traducción del mRNA diana de Tie2 por impedimento estérico. Un MO puede conjugarse con fluoresceína para el fácil rastreo visual de embriones inyectados con éxito. Alternativamente, un mRNA trazador ( por ejemplo, ARNm que codifica EGFP) puede co-inyectarse con MO. Además, los fármacos pueden ser tratados mediante aplicación de baño después de la eclosión (fase de la cola corta, alrededor de la etapa 26 de NF). Disolver el medicamento en 0.1x MBS y añadirlo a los embriones. Para el tratamiento anterior, los embriones pueden ser liberados de las membranas con un par de fórceps. DiI-AcLDL puede inyectarse en el corazón alrededor de la etapa 33/34 para investigar la dinámica de la forma del vasoPero típicamente se inyectan en la etapa 37/38 o posterior ( Figura 2 , regiones coloreadas).
Ejemplos típicos de inyecciones exitosas e infructuosas (paso 4.3) (Figura 3)
La imagen estereoscópica es apropiada para el cribado visual. Si se inyecta una cantidad suficiente de DiI-AcLDL en el corazón, el PCV debe ser inmediatamente visible bajo un estereoscopio de fluorescencia ( Figura 3A y 3B ). Los embriones inyectados de forma insuficiente o incorrecta son fáciles de identificar ( Figura 3C y 3D ). Los embriones con una cantidad insuficiente de DiI-AcLDL ( Figura 3C ) se pueden inyectar de nuevo con el mismo colorante hasta que los vasos sean claramente visibles. La imagen inyectó con éxito embriones bajo un microscopio confocal, vivo o después de la fijación.
Desarrollo del posteriO vena cardinal (PCV) y las venas intersomíticas (ISVs)
El PCV se extiende en la dirección rostal a caudal, y esta extensión termina alrededor de la fase 37/38. Los ISVs emergen dorsalmente del PCV en una onda anterior a posterior. Esta ola de formación de ISV comienza en la etapa 36 y termina alrededor de la etapa 40/41; ISVs siguen creciendo y se ligeramente ramificado hasta la etapa 43 ( Figura 3A y 3B ).
La señalización Tie2 controla la ramificación ISV de desarrollo (Figura 4)
El PCV y ISVs crecen en un patrón estereotípico, y su desarrollo está bajo control estricto ( Figura 4A ]. La formación de los ISVs del PCV se puede describir como angiogénesis, y por lo tanto es un modelo útil para investigar los mecanismos moleculares subyacentes a la angiogénesis. Presentamos el resultado de nuestro reciente estudio showiNg que las señales de desarrollo inhibir Tie2 señalización en ISVs para limitar su ramificación 5 . El desmontaje de Tie2 señalización por MO antisense disminuye la longitud y la complejidad de ISVs (Figura 4B], y expresando la forma activa constitutiva de Tie2 (caTie2) provoca excesiva ramificación ISV ( Figura 4C ].
La cuantificación de la complejidad ISV (Figura 5]
Además de las longitudes y números de rama de los ISVs, el "índice de complejidad de la vena" (VCI) se puede calcular para evaluar su complejidad ( Figura 5A ]. Hemos adoptado el "índice de complejidad" desarrollado por Cohen-Cory y colegas, que fue diseñado para cuantificar la complejidad de neuronal axonal o dendríticas arcos [ 13] . En este índice, un embrión con ramas de mayor orden recibe una puntuación más alta que un embrión con el mismo número de salvado totalPero con ramas más bajas. Por lo tanto, un VCI más alto indica que este embrión tiene una red venosa más compleja. El "trazador simple de la neurita" es software útil para no perder de vista el orden y la longitud de ramas individuales. También es posible generar "trayectorias renderizadas", que es una manera útil de visualizar la arquitectura global de la vasculatura ( Figuras 5B-5D , paneles de la derecha).

Figura 1: Cronología de los experimentos. En el día de la fecundación, se pueden inyectar morfolinos (MOs), ADN, ARN o proteína en huevos fertilizados en NF estadio 1 (st1) o 2 (st2). Si se inyecta sólo en el blastómero en st2, el reactivo inyectado afectará sólo un lado lateral. El lado no inyectado puede usarse como control. Co-inyectar un trazador ( por ejemplo, EGFP mRNA) para identificar el lado inyectado. En el segundo día, eaRly tailbud-stage (~ st24) los embriones pueden ser tratados con reactivos farmacológicos por aplicación de baño. El corazón es claramente visible en el tercer día. DiI-AcLDL se puede inyectar en el corazón y los vasos sanguíneos se pueden imaginar poco después de la inyección. Utilice embriones st33-37 para imagen de la dinámica del crecimiento de los vasos o embriones ST42 para imagen de vasos completamente desarrollados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Ubicación de la inyección DiI-AcLDL en st42. Lateral ( AB ' ) y ventral ( CD ) de la etapa 42 del embrión. El corazón está coloreado en rosa en AC , en imágenes tomadas de Xenbase (www.xenbase.org). Las imágenes estereoscópicas representativas se muestran en A ' , <strOng> B ', y D. Para la inyección, puntee la piel que cubre el corazón ( C , flecha sólida), haga una incisión lineal, y abra la piel lateralmente para exponer el corazón (flechas rojas). Después de realizar la incisión, el corazón se distinguirá claramente por la inyección ( D ' ). Barras de escala = 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Resultados esperados (imágenes estereoscópicas). Imágenes de fluorescencia representativas de los embriones de las etapas 37/38 ( A ) y 42 ( B ). Se muestran los lados izquierdos de los embriones. La vena cardinal posterior (PCV) se extiende caudalmente, de la cual las venas intersomíticas (ISVs) se ramifican dorsalmente en un wav rostral a caudalmi. Sólo los ISV rostrales son visibles en la etapa 37/38 ( A ), y la mayoría de los ISV se han formado por la etapa 42 ( B ). Si se inyecta una cantidad insuficiente de DiI-AcLDL, el PCV no será claramente visible, incluso después de 30 min ( C ). En este caso, se puede inyectar más DiI-AcLDL. Si DiI-AcLDL se inyecta accidentalmente en otros órganos ( D ), descarte los embriones. Barra de escala = 500 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Efectos de la señalización Tie2 en el desarrollo de ISV. La expresión del gen Tie2 fue anulada por la inyección de blastómero de oligonucleótidos morfolino antisentido de traducción-bloqueo (Tie2MO). El morfolino de control (CoMO) tiene el mismo peso molecular, pero nOt objetivo cualquier gen en Xenopus tropicalis . ARNm codificante constitutivamente activa Tie2 mutante (caTie2) fue co-inyectado para rescatar el Tie2 knockdown fenotipo. En contraste con el control ( A ), la inyección de Tie2MO condujo a una disminución dramática en la longitud y número de ISVs ( B ). Este fenotipo fue sobre-rescatado por caTie2, que mostró ISVs con ramas colaterales exuberantes ( C ). La complejidad de los ISVs en las regiones indicadas por cuadros de rayas azules se cuantifica en la Figura 5. Barra de escala = 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Cuantificación de la complejidad de las venas. ( A ) La complejidad de ISV puede ser representada por el índice de complejidad de la vena (VCI).( BD ) Las VCI se calcularon a partir de los embriones mostrados en la Figura 4. Barra de escala = 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este protocolo demuestra un método basado en la fluorescencia para visualizar la vasculatura y para cuantificar su complejidad en Xenopus tropicalis . Los vasos sanguíneos pueden visualizarse minutos después de la inyección de un colorante fluorescente en el corazón de un embrión después de manipulaciones genéticas y / o farmacológicas para estudiar el desarrollo cardiovascular in vivo .
Este estudio se inspiró en el trabajo de Levine et al. , Que describió este método experimental y proporcionó una descripción completa del desarrollo vascular en Xenopus laevis. Damos las gracias a los miembros de nuestro laboratorio por su aporte. Este estudio fue apoyado por la Iniciativa de Investigación Futura de la Universidad de Yonsei de 2015 (2015-22-0095) y el Programa de Desarrollo de Tecnología Biológica y Médica de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) financiado por el ministerio de Ciencia, TIC y Planificación del Futuro NRF - 2013M3A9D5072551)
| Placa de Petri de 35 mm | SPL | 10035 | Marco de molde Sylgard Placa |
| Petri de 60 mm | SPL | 10060 | Bandeja de cría de embriones |
| Vidrio de borosilicato | Instrumento Sutter | B100-50-10 | Aguja inyectable |
| BSA | Sigma | A3059-10G | Reactivo de recubrimiento |
| CaCl2 | D.S.P.GR Reactivo | 0.1x MBS componente | |
| Coverslip | Superior | HSU-0111520 | Para imagen confocal |
| DiI-AcLDL | Thermo Fisher Scientific | L3484 | Solución de tinción |
| recipientes FBS | Hyclone | SH.30919.02 | Para el almacenamiento de testículos |
| Iluminador de fibra óptica | World Precision Instruments | Z-LITE-Z | Light |
| Ficoll | Sigma | F4375 | Tampón de inyección |
| Tirador de micropipetas aplanado/marrón | Instrumento Sutter | P-97 | Tirador de aguja de inyección |
| Pinza | Fine Science Tool | 11255-20 | Para la eclosión de embriones y corte de la punta de la aguja |
| Plato con fondo de vidrio | SPL | 100350 | Para imágenes confocales |
| hCG | MNS Korea | Para el cebado de ranas | |
| HEPES | Sigma | H3375 | Agente amortiguador |
| Incubadora | Lab. Companion | ILP-02 | Para la cría de embriones |
| KCl | DAEJUNG | 6566-4400 | MBS componente |
| L15 medio | Gibco | 11415-114 | Para el almacenamiento de testículos |
| L-cisteína | Sigma | 168149-100G | Reactivo desgelatinizante |
| MgSO4 | Sigma | M7506 | MBS component |
| Microtubo | Axygen | MCT-175-C-S | Para el almacenamiento de testículos |
| MS222 | Sigma | E10521 | Polvo anestésico |
| NaCl | DAEJUNG | 7647-14-5 | MBS componente |
| NaOH | Sigma | S-0899 | Reactivo de ajuste de pH |
| Paraformaldehído | Sigma | P6148 | Fijadores |
| PBS | BIOSESANG | P2007 | Tampón para la imagen |
| papel pH | Sigma | P4536-100EA | Para confirmar |
| pH INYECTOR DE PICOLITROS | Waner instruments | PLI-100A | Para inyección |
| Pin | Pinservice | 26002-10 | Para incisión |
| Pinholder | Scitech Korea | 26016-12 | Para incisión |
| Microscopio binocular de precisión con zoom estéreo | World Instrumentos de precisión | PZMIII | para el cribado visual |
| Micromanipulador de control manual estándar | Instrumentos Waner | W4 64-0056 | Para microinyección |
| SYLGARD 184 Kit | Dow Corning | Para inyección de DiI | Pipeta|
| transferencia | Korea Ace Scientific Co. | Ym. B78-400 | Para la recolección de óvulos y embriones |