מאמר זה מציג שיטה נוחה ומהירה המאפשר הדמיה אוכלוסיות תאים עצביים שונים במערכת העצבים המרכזית של עוברי Xenopus באמצעות מכתים immunofluorescent על הסעיפים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מאמר זה מציג שיטה נוחה ומהירה המאפשר הדמיה אוכלוסיות תאים עצביים שונים במערכת העצבים המרכזית של עוברי Xenopus באמצעות מכתים immunofluorescent על הסעיפים.
נוירוגנזה ראשונית היא תהליך דינמי ומורכב במהלך ההתפתחות העוברית המגדיר את הפריסה הראשונית של מערכת העצבים המרכזית. במהלך תהליך זה, חלק מתאי גזע עצביים עוברים התמיינות ומולידים את האוכלוסיות הראשונות של נוירונים ראשוניים מובחנים בתוך מערכת העצבים המרכזית המתהווה. מספר אורגניזמים מודל של בעלי חוליות שימשו כדי לחקור את המנגנונים של אפיון, דפוס והתמיינות של גורל תאים עצביים. בין אלה ניתן למצוא את הצפרדע האפריקאית, Xenopus, המספקת מערכת רבת עוצמה לחקירת המנגנונים המולקולריים והתאים האחראים לנוירוגנזה ראשונית בשל התפתחותה המהירה והנגישה וקלות המניפולציות העובריות והמולקולריות. כאן, אנו מציגים שיטה נוחה ומהירה להתבוננות באוכלוסיות השונות של תאי עצב בתוך מערכת העצבים המרכזית של Xenopus. באמצעות צביעת נוגדנים ואימונופלואורסצנציה על מקטעים של עוברי קסנופוס, אנו מסוגלים לצפות במיקומים של תאי גזע עצביים ונוירונים ראשוניים מובחנים במהלך נוירוגנזה ראשונית.
בבעלי חוליות, התפתחות מערכת העצבים המרכזית מורכבת מכמה שלבים ייחודיים עדיין רצופים. הצעד הראשון הוא אינדוקציה עצבית, כאשר תאי ectodermal נאיביים מפורטים כלפי גורל עצבי ולא גורל אפידרמיס. מספר מנגנוני ויסות מחוברים מעורבים בשלב זה ב Xenopus ומערכות מודל אחר 1,2. תהליך זה מתואם בעיקר על ידי גורמים מופרשים המיוצרים על ידי mesoderm הבסיסי, כגון chordin, שגולגולת, ו follistatin 3-7. לאחר אינדוקציה עצבית, קבוצת משנה של אבות עצביים לצאת ממעגל התא מתחיל להבחין בתהליך המכונה נוירוגנזה ראשוני. לא כל מבשרי נוירונים להבדיל בשלב זה. התאים העצביים מבשרי הנותרים ממשיכים להתרבות, ובכך לשמר את הברכה תא גזע הדרושים להמשך צמיחה של מערכת עצבים המרכזית ברחבי פיתוח לבגרות.
אלה יחסי ציבורoliferating תאים עצביים מבשר מאופיינים הביטוי שלהם של Sry (Y באזור בקביעת מין) -box 3 (sox3) גן 8-11. אוכלוסיית אחרים של תאים, אשר היציאה מחזור התא ומתחייבים גורל הבדיל, מזוהים על ידי הביטוי של סמנים גן בידול, טובולין, בטא 2B בכיתה IIb (tubb2b, N-גיגית) ו גורם שעתוק המיאלין 1 (myt1) 12-14. כזה תאים עצביים הבדיל בסופו של דבר להצמיח קטגוריות שונות של נוירונים כולל, אך לא רק, מנוע, הבין, ואת עצב סנסורי ממוקם באזורים נפרדים בתוך הצינור העצבי 15-17.
בעוד מאמצים משמעותיים הוקדשו לחשוף את מנגנוני ויסות ששולטים דפוסי גורל קביעת אירועי neuroectoderm הקדמי, פחות תשומת לב נעשה על בחקירת אירועי נוירוגנית המתרחשים בעקבותבשלב דפוסים ראשוני. ואכן, הולך אותות, תקנות תעתיק, כמו גם שינויים שלאחר translational מעורבים כולם בפעילות בשלב מאוחר זה, זה לשלוט מפרט עיתוי שושלת במהלך הנוירוגנזה 18-20. בדיקות נוספות לתוך המנגנונים האלה דורשות שיטה אמינה לדמיין בקלות להבחין אוכלוסיות שונות של תאים עצביים. הנ"ל סמנים עצביים, כולל, Sox3, Myt1, ו- N-האמבטיה, יכולה לספק אמצעי לזיהוי אוכלוסיות תאים שונים אלה, ובכך לספק את היסודות הדרושים חושף את המנגנון הבסיסי של בידול עצבי 21-23.
למרות תיוג הפרש של אוכלוסיות תאים עצביות הודגם באורגניזמים מודל שניים, מחקרים מעטים יחסית נצלו את מערכת Xenopus במלואם בעניין זה. זאת בעיקר בשל מחסור של נוגדנים תואמים באופן מהימן לזהות את neur השונהאוכלוסיות תאים onal בצינור העצבי. כאן, אנו מתארים שיטה המאפשר הדמיה והבחנה עצבית בעוברי Xenopus מוקדם באמצעות immunostaining, המספק גישה חזקה ונוחה לחקירת נוירוגנזה עיקרי Xenopus. פרוטוקול זה אמור לתת הדרכה מספקת לחוקרים המעוניינים בהתפתחות המוקדמת של מערכת העצבים המרכזית Xenopus בין שלב 26 ושלב 45.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו מאוניברסיטת מרכז צער בעלי חיים במנצ'סטר כוסו על ידי רישיון פרויקט משרד הפנים בבריטניה.
1. איסוף ו הקיבוע של עוברי Xenopus
2. התקנת Cryosectioning של עוברי Xenopus
3. Immunostaining של עוברים Xenopus מחולק
תוצאות הנציגים להראות בחתכים של עובר שלב 30 Xenopus ברמות שונות, כלומר המוח הקדמי, המוח התיכון, למוח האחורי, וחוט שדרה, מוכתמות נוגדנים שונים (איור 4). כאמור, Sox3 שכותרתו אוכלוסיית תא אב עצבית מאתרת הקרבה של לומן של הצינור העצבי, בעוד MyT1 שכותרתו נוירונים עיקרי בדיל נודד החוצה ולאתר ליד השכבה השולית (lamina בסיס) של הצינור העצבי. Anti-אצטיל-טובולין תוויות אקסונים בנוירונים הבדיל, אשר ניתן לצפות בתוך הצינור העצבי כולו.
תופעות ספציפיות מציאת גן או ביטוי יתר היא שיטה בשימוש נרחב בנוירוביולוגיה להעריך האם מודולציה של ההתבטאות של גנים ספציפיים (ים) משבשת את הצמיחה והתבדלות של תאים עצביים. במקרים כאלה, גם Morpholinos (MOS) או DNA מבנה (ים) נושאת פרו moter מונחה גן (הים) מוזרק לתוך אחד משני בלסטומרים בשלב שני תאים 23. לחלופין, הם יכולים להיות מוזרקים לתוך חדר המוח ואחריו electroporation, אשר יגרום מציאה או ביטוי יתר של גן רצוי (ים) 27. בשני המקרים, את ההשפעות תוגבלנה צד אחד של העובר, מה שהופך את הצד הנגדי של העובר כפי בקרה פנימית מטופל.
לאחר קיבוע, חתך, ו immunostaining, ההשפעות של מציאת גן / יתר ביטוי הם לכמת באמצעות ספירת השוואת המספרים הסלולרי של אוכלוסיות שונות משני צדי עובר. על ידי צבירת נתונים אלה מכמה עובריים, ניתוח סטטיסטי יכול להתבצע. בתוצאות הנציג שלנו, לא הפרעות נעשו העוברים. דוגמאות של הפרעות גן והשפיע על אוכלוסיות תאים עצביות שונות ניתן למצוא הפניות 20,23.
t "FO: keep-together.within-page =" 1 ">

איור 2:. האורינטציה ואת המיקום של גוש הג'לטין על דיסק ההחזקה המדגמת (א) תיאור קריקטורה המראה את הרכבת בלוק סעיף, לב עוברי נמצא בעמדת "ראש בראש" ואת גוש הג'לטין קבוע בחוזקה on כדי הדיסק ההחזקה מדגם ידי המדיום הקפאת רקמות בבסיס (ראה תרשים 2B). (ב) תמונה המציגה את המראה הטבעי של הרכבת בלוק הסעיף, לב ההצטברות של המדיום הקפאה רקמות בין גוש הג'לטין ודיסק ההחזקה המדגמת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3:. רציף חתך (א) דגם של תא סעיף. דיסק החזקת המדגם צריך לסובב וקבוע למצב שצד העובר הוא פונה כלפי מעלה. אחרי כמה (6-10) חלקים, הרצועה הארוכה של אריחי סעיף רציפים מופרד בעדינות מן הלהב (הכחול) בעזרת מברשת בסדר, ואז פונה 90 מעלות על הצלחת החזקה. ואז זמני בחדר טעון חיובי שקופיתצמוד בלחץ על רצועת הסעיף פונה כלפי מטה ומייד הרים עד רצועות מוגמרות שנאספו. (ב) בדרך כלל, כל שקופית יכולה להכיל 2 קווים מקבילים של רצועות, כפי שמוצג. זכור להכין תיעוד מפורט על התווית לשקופית באמצעות עיפרון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4: חתך של שלב 30 X. laevis ראשנים מכתימים הרקמה העצבית, 20X. (א) שרטוטים המציינים את מיקומם היחסי (מוח קדמי, מוח תיכון, למוח אחורי, וחוט שדרה) של מטוסים בפרק ראשני Xenopus. (ב) על סמך חתכים מקבילים מוכתם אנטי Sox3 (אדום), אנטי-acetylated טובולין (Green), ו DAPI (הכחול), המראה את המיקום היחסי של ברכות תאי גזע עצביות כמו גם neurofilaments בתוך הצינור העצבי. (C) מקביל בחתכים מוכתמים אנטי MyT1 (אדום) ו DAPI (כחול), המראים את המיקום היחסי של נוירונים עיקרי מובחן בתוך הצינור העצבי. סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
כאן אנו מדגימים שיטה נוחה ויעילה המאפשרת הדמית נוירוגנזה עיקרית בעוברי Xenopus. שיטה זו מאפשרת הערכה של סוגים שונים של תאים עצביים, כולל תאי גזע עצביים ועל נוירונים העיקרי מובחן באמצעות סמנים סוג תא ספציפי.
הפרוטוקול הוא איתן בדרך כלל עם רמה גבוהה מאוד של שחזור. עבור עוברים נמצאים בשלבים טרום בקיעה (כלומר עד לשלב 28), אנו ידניים ממליצים להסיר את קרום vitelline לפני הקיבוע כמו זו מאפשרת עוברת כדי ליישר באופן מלא לפני הקיבעון. זה חשוב במיוחד בעת איסוף עוברים בשלבים מוקדמים יחסית (לפני הבקיעה), מאז עוברים כפוף קשה מאוד לארגן את הכיוון הרצוי בתוך החדר גובר. אנחנו לא חווינו אובדן של immunogenicity לאחר קיבוע MEMFA או PFA ומכאן צעד יחזור אנטיגן נוסף אינו הכרחי בפרוטוקול זה. בנוסף, זההליך immunostaining יכול להתבצע דגימות chromogenic / ניאון הכלאה באתרה. בתרחיש כזה, מומלץ לדלג על שלב הטיפול K פרוטאז במהלך הפרוטוקול הכלאה באתרו. לאחר תגובת מצע chromogenic / פלורסנט, דגימות ניתן לכבס עם TBS ו מוטבעות פתרון ג'לטין דגים בצורה דומה דגימות קבועות MEMFA / PFA. בקבוקונים לדוגמא יכולים להיות מוגנים מפני אור על ידי עטיפת הבקבוקונים בנייר אלומיניום אם ניאון הכלאה באתרו יהיה צלם יחד עם מכתים immunofluorescent מאוחר יותר.
במקרים מסוימים, עובר עלולים להתכווץ בצורה מוגזמת אחרי חדירת ג'לטין. זו נגרמת ככל הנראה על ידי אחד קיבעון מספיק או מיצוי TBS-טריטון מספיק. ודא כי עוברי תוקנו PFA / MEMFA לפחות 2-3 שעות או רצוי לילה ב 4 מעלות צלזיוס. אם הבעיה נמשכת, להגדיל את זמן הכביסה של TBS-טריטון 3 עבור שעה 1.
במהלך קריו-sectioנינג, הנוקשות של לחסום מדגם עשוי להשתנות כמו קבוצות שונות של ג'לטין דגים יש מאפיינים שונים. בעיה זו ניתן לפצות באופן חלקי על ידי התאמת הטמפרטורה של microtome. טמפרטורה נמוכה יותר תגרום גוש "קשה" מדגם אולם מתחת לטמפרטורה נמוכה מוגזמת בלוק הדגימה נעשה פריך וקשה סעיף. חלק כיוונון עדין או בפועל (באמצעות בלוקי מדגם מדומים ללא עוברי) לפני כל חתך עשויה להועיל לפני השימוש על במיוחד דגימות יקרות.
בעיה בדרך נתקלה במהלך החתך היא החלקים הדקים לפעמים נוטים להדביק על צלחת זכוכית העבה ולא להישאר שטוחים על במת הפלדה. זה יכול להיות במיוחד לשבש שכן הוא כל זמן קוטע את תהליך החתך הרציף. במקרים כאלה בדרך כלל נגרמים על ידי אחת משתי סיבות: תא הסעיף ו (בעיקר) צלחת הזכוכית העבה לא להיות קר מספיק, או מוגזם מטען סטטי על המכונית ואת operator, במיוחד במזג אוויר יבש. הראשון ניתן לפתור על ידי לכבות את הטמפרטורה של חדר הסעיף ולהשאיר צלחת הזכוכית בתוך תוספת זמן (אולי הלילה); ואת האחרון על ידי הארקת cryostat כראוי. חיבור משטח המתכת של cryostat לברז מתכת או מערכת צינורות מים דומה עשויה מתכת יכולה להיות דרך חלופית כדי לשחרר את המטענים סטטיים. לאחר כל שימוש, צלחת זכוכית עבה יש לשטוף היטב עם חומר ניקוי שאינו מאכל (כגון נוזל כלים), שטופים במים ultrapure, ריססו עם אתנול טהור, עטוף בנייר מגבת כדי להגן על פני השטח ואת הקצוות מפגיעה.
הנוגדנים המפורטים בפרוטוקול הם ספציפיים בדרך כלל רק לעתים נדירות אנו נתקלים ספיחה לא ספציפית או אות רקע גבוהה. יצוין כי, אם באמצעות מומת חום בסרום עיזים / טלה כסוכן חסימה,-איון חום מוגזם (כמו דמיינו כתוצאה מהיווצרותם של נמהר פלאפי בנסיוב) צריךלהימנע ככל נמהר זה מאוד אטרקטיבי כדי נוגדנים משני ועשוי לתרום מקור רקע גבוה.
זה אפשרי, ולפעמים רצוי, כדי לבצע מכתים כפול לדמיין אוכלוסיות שונות של תאים עצביים בו זמנית. כזה מכתים כפול אפשרי ובאופן כללי נותן תוצאות משביעות רצון עם השילובים הבאים: Sox3 / N-אמבט או Myt1 / N-אמבט. עם זאת, פעמים המכתימות של Sox3 ו Myt1 מסתבך בשל העובדה כי שני נוגדנים הם ממקור ארנב. בדקנו כמה ערכות תיוג ישירות נוגדנים, אולם לא נצפו תוצאות משביעות רצון (אות לרעש ברמה נמוכה), ככל הנראה בשל חוסר הגברת אות מ נוגדנים משני. גישה אפשרית אחת לעקוף בעיה זו תהיה להעלות קווים מהונדסים Xenopus, כמפורט להלן.
אחת המגבלות העיקריות של פרוטוקול זה הוא, כי בעוד פרוטוקול זה יכול מספיק distinguish שתי ברכות עיקריות של תאים עצביים, כלומר, ברכת תא גזע העצבית להביע Sox3 ואת נוירונים הבדילו להביע Myt1, היא חסרו את היכולת לחשוף תת-אוכלוסיות שונות של נוירונים בדיל. כזה תת אוכלוסיות, אשר כוללות, אך אינם מוגבלות, הנוירונים מוטוריים עיקריים, interneurons, ואת עצב סנסורי, בדרך כלל מאופיינים הגנים סמנו דיפרנציאלי הביע שלהם 28-30. כאמור, התקדמות בפיתוח ססגוניות הכלאה באתרו בשילוב עם שיטת זיהוי immunofluorescence מבוסס נוגדנים בעוברי Xenopus יכולה למלא את הפער לחשוף תת-אוכלוסיות אלו של נוירונים בדיל לחקירת פוטנציאל 31. לחלופין, כפי הודגם במודל עכברים, זה היה גם להיות רצוי להעלות מערך מקיף יותר של נוגדנים מסוג התא ספציפי להבחין אוכלוסיות תאים שונות כגון Xenopus.
זהגם ראוי להזכיר כי, כתוספת בשיטה זו, התקדמות הדמיה אופטיות ניתוח תמונה, כגון מיקרוסקופיה multiphoton, שחזור 3D, ופילוח, ניתן ליישם גם לאחר הערכות ראשוניות להשיג תצפיות מקיפות יותר של ביציות Xenopus וכן עוברי מוקדם, במיוחד תחת חיה הגדרת 32,33. לכן, כדי לעקוב אחר התפשטות, בידול, ותנועה של תאים עצביים בבעלי חיים, זה היה להיות רצוי להקים אחד או יותר קווים מהונדסים כי נמל חלבוני ניאון מונעים על ידי אמרגן סוג תא ספציפי כדי לאפשר תצפית חיים של אוכלוסיות תאים כאלה בתחילת Xenopus עוברי. הקמת X. laevis קו עם אמרגן נוירו-ספציפי β טובולין נהיגת tauGFP ושימושיה ספק דוגמא יפה 23,34. עם רצפי אמרגן מלאים הוא sox3 ו myt1 המאופיין בבעלי חוליות 35-37, זה shולד להיות יחסי קל להקים קווי מהונדס נוספים Xenopus שאמור לתרום בהרחבה לשתי קהילת Xenopus ושדה כללי יותר של מחקר נוירוגנזה העיקרי.
החוקרים אין לי מה לחשוף.
אנו מודים פרופ 'מיכאל Klymkowsky באוניברסיטת קולורדו בבולדר ופרופ' ננסי Papalopulu באוניברסיטת מנצ'סטר למתן חביב אנטי Sox3 ואנטי Myt1 נוגדנים, בהתאמה. אנו מודים לחברים במעבדת Papalopulu לקבלת הצעות תובנה שלהם בפיתוח פרוטוקול זה. עבודה זו נתמכה על ידי שני קרן ריפוי Studentships כדי SZ ו JL, שתי מלגות הפרויקט מטעם קרן ריפוי כדי SZ / EA ו JL / EA בהתאמה, מענק תוכנית אחת של קרן Wellcome כדי EA (WT082450MA), ומענק אחד אסטרטגית לתמיכה מוסדית מן קרן Wellcome [097,820 / Z / 11 / Z].
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| גנטמיצין | סיגמא-אולדריץ' | G1397 | |
| Tris-HCl | סיגמא-אולדריץ' | T3253 | |
| טריס-בסיס | סיגמא-אולדריץ' | T1503 | |
| NaCl | סיגמא-אולדריץ' | S7653 | |
| KCl | סיגמא-אולדריץ' | 746436 | |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | 746452 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 793639 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| MOPS | Sigma-Aldrich | RDD003 | |
| EGTA | סיגמא-אולדריץ' | E3889 | |
| 37% פורמלדהיד | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| ג'לטין מעור דגי מים קרים | Sigma-Aldrich | G7765 | |
| סוכרוז | Sigma-Aldrich | S7903 | |
| עובש בסיס חד פעמי 15 מ"מ x 15 מ"מ x 5 מ"מ Simport | VWR | EMB-200-015A | |
| תבנית בסיס חד פעמית 7 מ"מ x 7 מ"מ x 5 מ"מ Simport | VWR | EMB-200-010K | |
| Superfrost Plus שקופיות | ThermoFisher | 12-550-15 | |
| מדיום הקפאת רקמות (OCT) | Leica | ||
| Cryostat | Leica | CM3050 | |
| כפפות | |||
| קרח | |||
| טריטון X-100 | סיגמא-אולדריץ' | X100 | |
| 85-90 מעלות; C בלוק | |||
| חום עט PAP | סיגמא-אולדריץ' | Z377821 | |
| אצטון, צנצנת מכתים בדרגה | |||
| עם מדפי | |||
| קופסת מזון בלחיצה בגודל מתאים (בעלת יכולת להחזיק 1-2 צלחת 6 בארות בפנים) | |||
| טובולין אנטי אצטילציה | Sigma-Aldrich | T7451 | |
| IgG נגד עכבר (H+L), F(ab')2 שבר (Alexa Fluor® 488 מצומד) | איתות תאים | 4408 | |
| אנטי-ארנב IgG (H+L), F(ab')2 שבר (Alexa Fluor® 555 מצומד) | איתות תאים | 4413 | |
| Alexa Fluor® 647 איתות | תאי | 8940 | |
| DAPI | איתות תאים | 4083 | |
| ProLong Gold Antifade | Mountant Life Technologies | P36930 |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה