En este trabajo se presenta un protocolo para trasplantar células con alta resolución espacial y temporal en embriones y larvas de pez cebra en cualquier etapa entre al menos 1 y 7 días después de la fertilización.
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Artículo de método
En este trabajo se presenta un protocolo para trasplantar células con alta resolución espacial y temporal en embriones y larvas de pez cebra en cualquier etapa entre al menos 1 y 7 días después de la fertilización.
El desarrollo y la regeneración se producen mediante un proceso de interacciones celulares dinámicas espacio-temporales codificadas genéticamente. El uso del trasplante de células entre animales para rastrear el destino de las células e inducir desajustes en las propiedades genéticas, espaciales o temporales de las células del donante y del huésped es un medio poderoso para examinar la naturaleza de estas interacciones. Organismos como los pollitos y los anfibios han hecho contribuciones cruciales a nuestra comprensión del desarrollo y la regeneración, respectivamente, en gran parte debido a su susceptibilidad al trasplante. El poder de estos modelos, sin embargo, se ha visto limitado por la baja trazabilidad genética. Del mismo modo, los principales organismos modelo genéticos tienen menor susceptibilidad al trasplante.
El pez cebra es un modelo genético importante para el desarrollo y la regeneración, y aunque el trasplante de células es común en el pez cebra, generalmente se limita a la transferencia de células indiferenciadas en las primeras etapas de desarrollo de la blástula y la gástrula. En este artículo, presentamos un método simple y robusto que extiende la ventana de trasplante de pez cebra a cualquier etapa embrionaria o larvaria entre al menos 1 y 7 días después de la fertilización. La precisión de este enfoque permite el trasplante de tan solo una célula con una resolución espacial y temporal casi perfecta tanto en animales donantes como huéspedes. Si bien destacamos aquí el trasplante de neuronas embrionarias y larvales para el estudio del desarrollo y la regeneración nerviosa, respectivamente, este enfoque es aplicable a una amplia gama de tipos de células progenitoras y diferenciadas y preguntas de investigación.
El trasplante de células tiene una larga historia como técnica fundamental en la biología del desarrollo. A principiosdel siglo XX, los enfoques que utilizaban manipulaciones físicas para perturbar el proceso de desarrollo, incluido el trasplante, transformaron la embriología de una ciencia observacional en una experimental 1,2. En un experimento histórico, Hans Spemann y Hilde Mangold trasplantaron ectópicamente el labio dorsal de blastoporo de un embrión de salamandra al lado opuesto de un embrión huésped, induciendo el tejido cercano a formar un eje corporal secundario3. Este experimento demostró que las células podían inducir a otras células a adoptar ciertos destinos y, posteriormente, el trasplante se desarrolló como un método poderoso para interrogar preguntas críticas en biología del desarrollo con respecto a la competencia y la determinación del destino celular, el linaje celular, la capacidad inductiva, la plasticidad y la potencia de las células madre 1,4,5.
Los avances científicos más recientes han ampliado el poder del enfoque de trasplante. En 1969, el descubrimiento de Nicole Le Douarin de que la tinción nucleolar podía distinguir las especies de origen en las quimeras de los polluelos de codorniz permitió el seguimiento de las células trasplantadas y su progenie6. Este concepto fue posteriormente potenciado por el advenimiento de los marcadores fluorescentes transgénicos y las técnicas avanzadas de imagen5, y ha sido aprovechado para rastrear el destino de las células 6,7, identificar las células madre y su potencia 8,9 y rastrear los movimientos celulares durante el desarrollo del cerebro10. Además, el auge de la genética molecular facilitó el trasplante entre huéspedes y donantes de genotipos distintos, lo que permitió una disección precisa de las funciones autónomas y no autónomas de los factores de desarrollo11.
El trasplante también ha hecho contribuciones importantes al estudio de la regeneración, particularmente en organismos con fuertes capacidades regenerativas como las planarias y el ajolote, al dilucidar las identidades celulares y las interacciones que regulan el crecimiento y el patrón de los tejidos en regeneración. Los estudios de trasplante han revelado los principios de la potencia12, el patrón espacial13,14, las contribuciones de tejidos específicos15,16 y el papel de la memoria celular12,17 en la regeneración.
El pez cebra es un modelo de vertebrado líder para el estudio del desarrollo y la regeneración, incluso en el sistema nervioso, debido a sus programas genéticos conservados, alta manejabilidad genética, fertilización externa, gran tamaño de nidada y claridad óptica 18,19,20. El pez cebra también es muy susceptible al trasplante en las primeras etapas de desarrollo. El enfoque más destacado es el trasplante de células de un embrión donante marcado a un embrión huésped en la etapa de blástula o gástrula para generar animales en mosaico. Las células trasplantadas durante la etapa de blástula se dispersarán y dispersarán a medida que comienza la epibolía, produciendo un mosaico de células y tejidos marcados a lo largo del embrión21. Los trasplantes de gástrula permiten seleccionar las células trasplantadas de acuerdo con un mapa de destino aproximado a medida que se forma el escudo y se pueden determinar los ejes A-P y D-V21. Los mosaicos resultantes han sido valiosos para determinar si los genes actúan de forma autónoma de las células, probar el compromiso celular y mapear el movimiento de los tejidos y la migración celular a lo largo del desarrollo 5,11. El pez cebra mosaico se puede generar de varias maneras, incluida la electroporación22, la recombinación23 y la transgénesis F024 y la mutagénesis25, pero el trasplante proporciona la mayor manipulabilidad y precisión en el espacio, el tiempo y el número y los tipos de células. El estado actual del trasplante de pez cebra se limita en gran medida a las células progenitoras en etapas tempranas, con algunas excepciones que incluyen el trasplante de neuronas motoras espinales26,27, células ganglionares de la retina28,29 y células de la cresta neural en las primeras 10-30 h después de la fertilización (hpf)30, y de células hematopoyéticas y tumorales en peces cebra adultos 5,31. La expansión de los métodos de trasplante a una amplia gama de edades, etapas de diferenciación y tipos de células mejoraría en gran medida el poder de este enfoque para proporcionar información sobre los procesos de desarrollo y regeneración.
Aquí, demostramos una técnica flexible y robusta para el trasplante de células de alta resolución efectiva en embriones y larvas de pez cebra hasta al menos 7 días después de la fertilización. Los peces transgénicos huéspedes y donantes que expresan proteínas fluorescentes en los tejidos diana pueden utilizarse para extraer células individuales y trasplantarlas con una resolución espacial y temporal casi perfecta. La claridad óptica de los embriones y larvas de pez cebra permite obtener imágenes de las células trasplantadas en vivo a medida que el animal huésped se desarrolla o se regenera. Este enfoque se ha utilizado previamente para examinar cómo la dinámica de señalización espacio-temporal influye en la identidad neuronal y la guía de los axones en el embrión32, y para examinar la lógica por la cual los factores intrínsecos y extrínsecos promueven la guía de los axones durante la regeneración en las larvasde peces 33. Si bien nos centramos aquí en el trasplante de neuronas diferenciadas, nuestro método es ampliamente aplicable tanto a tipos de células indiferenciadas como diferenciadas en muchas etapas y tejidos para abordar cuestiones de desarrollo y regeneración.
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Todos los aspectos de este procedimiento relacionados con el trabajo con peces cebra vivos han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Minnesota (IACUC) y se realizan de acuerdo con las pautas de IACUC.
1. Configuración inicial única del aparato de trasplante (Figura 1)
2. Prepara empujadores de embriones.
3. Preparar soluciones.
4. Preparar a los animales donantes y huéspedes para el trasplante.
5. Prepare la aguja de trasplante.
6. Trasplante
NOTA: Todos los movimientos de la aguja deben realizarse utilizando el micromanipulador fino para esta sección.
7. Recuperación del animal huésped
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Los resultados de los experimentos de trasplante se observan directamente mediante la visualización de células donantes marcadas con fluorescencia en animales huéspedes en los momentos apropiados después del trasplante utilizando un microscopio de fluorescencia. Aquí, trasplantamos neuronas vagas anteriores individuales a 3 dpf. A continuación, se incubaron los animales huéspedes durante 12 o 48 h, se anestesiaron, se montaron en LMA en un cubreobjetos de vidrio y se obtuvieron imágenes con un microscopio confocal (
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Durante más de un siglo, la biología del desarrollo y la regeneración se ha basado en experimentos de trasplante para examinar los principios de la señalización celular y la determinación del destino celular. El modelo del pez cebra ya representa una poderosa fusión de enfoques genéticos y de trasplante. El trasplante en las etapas de blástula y gástrula para generar animales en mosaico es común, pero limitado en cuanto a los tipos de preguntas que puede abordar. El trasplante en etapas ...
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Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Agradecemos a Cecilia Moens por capacitarse en trasplante de pez cebra; Marc Tye por su excelente cuidado de los peces; y a Emma Carlson por sus comentarios sobre el manuscrito. Este trabajo fue apoyado por la subvención de los NIH NS121595 a A.J.I.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 10 mL "jeringa de depósito" | Fisher Scientific | 14-955-459 | |
| 150 mL filtro de vacío desechable, .2 y micro; m, PES | Corning 431153 | ||
| bloque calefactor de 20 x 12 mm | Corning | 480122 | |
| llave de paso de 3 vías | Braun Medical Inc. | ||
| 3 x 1 Corredera de vidrio esmerilado | VWR | 48312-004 | |
| 40x Objetivo de inmersión en agua | Nikon MRD07420 | ||
| Cloruro de calcio dihidratado | Sigma-Aldrich | C3306 | |
| Manipulador grueso | Narishige | MN-4 | |
| Bomba de microjeringa personalizada | Universidad de Oregón | N/A | Fabricado por el taller mecánico de la Universidad de Oregón (tsa.uoregon@gmail.com). A continuación se enumera una alternativa disponible en el mercado. |
| Dumont #5 Pinzas | Fine Science Tools | 1129500 | |
| Eclipse FN1 "Microscopio de trasplante" | Nikon | N/A | |
| mango de electrodo | World Precision Instruments | 5444 | |
| Pluma Cuchilla quirúrgica estéril, #11 | VWR | 21899-530 | |
| Micromanipulador fino, tres ejes Hidráulico de aceite | Narishige | MMO-203 | |
| HEPES pH 7.2 | Sigma-Aldrich | H3375-100G | |
| Alta Precisión #3 Estilo Mango de Bisturí | Fisher Scientific | 12-000-163 | |
| Kimble Pipeta Pasteur Desechable de Borosilicato, Punta Ancha, 5.75 en | DWK Life Sciences | 63A53WT | |
| KIMBLE Adaptador de Cromatografía | DWK Life Sciences | 420408-0000 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34120 | |
| Aceite Mineral Ligero | Sigma-Aldrich | M3516-1L | |
| LSE Calentador digital de baño seco, 1 bloque, 120 V | Corning | 6875SB | |
| Bomba de microjeringa manual | World Precision Instruments | MMP | Alternativa comercial a la bomba de microjeringa personalizada |
| Soporte de microelectrodo | World Precision Instruments | MPH310 | |
| MicroFil Relleno de pipetas | World Precision Instruments | MF28G67-5 | |
| Esmalte de uñas | Electron MIcroscopy Sciences | 72180 | |
| Agua sin nucleasas | VWR | 82007-334 | |
| P-97 Extractor de micropipetas de tipo flameado/marrón | Sutter Instruments | P-97 | |
| Penicilina-estreptomicina | Sigma-Aldrich | p4458-100ML | 5.000 unidades de penicilina y 5 mg de estreptomicina/mL |
| bomba de pipeta 10 mL | Bel-Art | 37898-0000 | |
| Cloruro de potasio | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| Professional Super Glue | Loctite | LOC1365882 | |
| Tubos de ensayo de | poliestireno de fondo redondoFalcon | 352054 | |
| Cloruro de sodio | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| Micrómetro de etapa | Meiji Techno America | MA285 | |
| Jeringas sin aguja, 50 mL | BD Medical | 309635 | |
| Tricaína Metanosulfonato | Syndel USA | SYNCMGAUS03 | |
| Trilene XL Hilo de pescar | Berkley | XLFS6-15 | |
| Tubo de polietileno Nº 205 | BD Medical | 427445 | |
| UltraPure Low Melting Point Agarose | Invitrogen 16520050 | ||
| Micropipetas calibradas Wiretrol II | Drummond 50002010 |
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