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Les animaux sont des systèmes très complexes composés de centaines de types de cellules différents organisés en dizaines de tissus et d’organes distincts. L’étude de la façon dont les groupes de cellules interagissent les unes avec les autres et avec leur environnement au cours du développement embryonnaire nous permet non seulement de mieux comprendre comment les corps adultes sont construits, mais peut également révéler les fondements moléculaires et cellulaires des maladies et des malformations congénitales. Certains systèmes modèles sont mieux adaptés que d’autres pour répondre à des questions biologiques spécifiques, et les scientifiques emploient une grande variété d’espèces et de techniques expérimentales pour sonder toute la diversité de la biologie des organismes. Par exemple, une expérience de biologie du développement donnée peut impliquer le génie génétique, les dissections animales, la biologie moléculaire, la biochimie et la microscopie à haute résolution. De telles méthodes peuvent être difficiles à reproduire sur la base de descriptions écrites et de figures uniquement, et il est donc important de les documenter sous forme de vidéo pour favoriser la diffusion de la technique et des méthodes d’analyse appropriées.
La relation entre les mécanismes de développement et la régénération, en particulier dans le système nerveux, est un domaine d’intérêt intense, et le poisson-zèbre, Danio rerio, est devenu un modèle clé dans ce domaine en raison de sa croissance tout au long de la vie et de ses capacités de régénération. Notamment, il existe une interaction complexe entre les cellules de la rétine et du tectum optique, et cette interaction est nécessaire pour établir des connexions appropriées lorsque de nouveaux neurones sont ajoutés aux yeux et au cerveau1. Hagen et al. décrivent une technique pour caractériser comment la croissance et le développement neuronaux sont affectés par la dénervation après l’ablation de l’œil chez des embryons de poisson-zèbre vivants2. Ils décrivent en détail comment 1) effectuer une chirurgie d’ablation des yeux, 2) cultiver des larves après l’opération, 3) fixer, disséquer et stocker les échantillons de cerveau, 4) effectuer une immunofluorescence et 5) monter et imager correctement les échantillons. Cette technique peut être utilisée pour étudier une grande variété de processus neurodéveloppementaux dans les tissus fixés, et elle peut également être modifiée pour des expériences sur des embryons vivants.
Les cellules de la crête neurale (NCC) représentent une lignée développementale importante qui donne naissance aux cellules pigmentaires, au cartilage, aux os, aux muscles lisses, aux neurones et à la glie, et ces cellules sont impliquées dans de nombreux types de malformations congénitales3. En plus de leur impressionnante pluripotence, les NCC subissent également une transition épithéliale à mésenchymateuse suivie d’une migration extensive au cours du développement, ce qui en fait un paradigme fascinant pour comprendre l’interaction entre le destin cellulaire et la morphologie4. Les embryons de poussin sont un système puissant pour l’étude de la biologie des NCC, car les NCC peuvent être visualisés in vivo et cultivés ex vivo, permettant ainsi de nombreux types de traitements moléculaires qui sont difficiles avec d’autres systèmes. Jacques-Fricke et al. décrivent une méthode flexible de culture des plis neuraux crâniens afin de générer des cultures primaires de NCC sur des lamelles recouvertes de fibronectine, qui peuvent ensuite être suivies d’expériences d’imagerie fixe ou d’imagerie en direct5. Ils décrivent comment 1) incuber et isoler les embryons, 2) disséquer et plaquer les plis neuraux, 3) fixer et colorer les NCC, et 4) quantifier et analyser la morphologie des NCC.
La membrane basale – une matrice extracellulaire générée le long de la surface basale des cellules épithéliales – est essentielle à l’établissement de la morphologie des tissus et du fonctionnement des organes chez les animaux6. L’épithélium folliculaire de la drosophile , qui entoure l’ovule en formation, est un excellent modèle pour étudier la formation des membranes basales, car il sécrète tous les principaux composants conservés de la membrane basale7, et la matrice est orientée vers « l’extérieur » de la chambre de l’œuf, facilitant ainsi les analyses basées sur la microscopie8. Shah et Devergne décrivent l’utilisation de l’un des types les plus populaires de microscopie à super-résolution, Airyscan, pour examiner comment le trafic vésiculaire affecte la formation de la membrane basale9. Ils montrent comment 1) collecter et réparer les ovaires de la drosophile , 2) effectuer l’immunofluorescence, 3) monter correctement les échantillons et 4) capturer des ensembles de données de haute qualité à super-résolution pour une analyse tridimensionnelle. Nous notons que cet article comprend un tutoriel extrêmement utile et concis sur l’acquisition correcte d’ensembles de données confocales tridimensionnelles non saturées, qui devrait être d’intérêt général pour toute personne souhaitant quantifier des images de fluorescence.
Bien que les technologies de super-résolution basées sur les microscopes (par exemple, STED, SIM et Airyscan)10 deviennent de plus en plus courantes, elles sont plus chères que les microscopes confocaux standard et ne sont pas disponibles pour tous les chercheurs. Une autre technique pour obtenir des images à super-résolution est la microscopie à expansion (ExM), qui implique l’agrandissement physique d’un échantillon biologique en trois dimensions en l’intégrant et en le liant à un hydrogelgonflant 11. Les échantillons élargis peuvent ensuite être visualisés à l’aide d’un microscope confocal standard pour générer des images avec une résolution latérale de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, rivalisant avec d’autres types de microscopie à super-résolution12. Notre groupe décrit comment mettre en œuvre ExM dans des embryons de drosophile entiers pour révéler des caractéristiques subcellulaires du cytosquelette d’actomyosine et des réseaux mitochondriaux qui ne sont pas détectables avec la microscopie confocale standard13. Nous décrivons comment 1) sélectionner des embryons correctement stagés, 2) effectuer une immunofluorescence, 3) préparer et monter les embryons pour l’expansion, 3) digérer et développer les embryons, et 4) collecter des ensembles de données à super-résolution. Cette technique devrait être modifiable pour un large éventail d’échantillons biologiques de l’ordre de 1 mm, ce qui la rend accessible à un large éventail de laboratoires de biologie.
La biologie du développement est, par nécessité, un domaine hautement inventif et interdisciplinaire qui s’appuie sur des techniques de divers domaines scientifiques pour quantifier la biologie cellulaire telle qu’elle se produit chez l’animal. Ici, nous mettons en évidence quatre méthodes de biologie du développement chez le poisson zèbre, le poussin et la mouche des fruits qui présentent à la fois des techniques classiques et de pointe pour sonder la morphologie cellulaire et la localisation des protéines subcellulaires au cours du développement animal. Actuellement, le domaine se concentre sur la fusion d’analyses quantitatives de la morphologie et du comportement cellulaires avec des expériences transcriptomiques et protéomiques pour révéler toute la diversité des molécules et des forces biomécaniques qui contrôlent le développement animal.