בהירות אופטית היא יתרון משמעותי לעבודה הביולוגית והפיזיולוגית של התא בדגי זברה. מתוארות שיטות חזקות למדידת צמיחת תאים בבעלי חיים בודדים המאפשרות תובנות חדשות על האופן שבו צמיחת שרירי השלד והרקמות השכנות משולבת עם צמיחת כל הגוף.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
בהירות אופטית היא יתרון משמעותי לעבודה הביולוגית והפיזיולוגית של התא בדגי זברה. מתוארות שיטות חזקות למדידת צמיחת תאים בבעלי חיים בודדים המאפשרות תובנות חדשות על האופן שבו צמיחת שרירי השלד והרקמות השכנות משולבת עם צמיחת כל הגוף.
ניתן להשתמש במספר שיטות כדי לדמיין תאים בודדים בכל הגוף של דגי זברה עובריים, זחליים או צעירים. אנו מראים כי דגים חיים עם קרומי פלזמה המסומנים בפלואורסצנטיות יכולים להיסרק במיקרוסקופ סריקת לייזר קונפוקלי על מנת לקבוע את נפח רקמת השריר ואת מספר סיבי השריר הקיימים. גישות יעילות למדידת מספר וגודל התאים בבעלי חיים חיים לאורך זמן מתוארות ומאומתות מול שיטות סגמנטציה מפרכות יותר. מתוארות שיטות המאפשרות שליטה על פעילות חשמלית השרירים, ובכך התכווצות. אובדן פעילות התכווצות שרירי השלד הפחית מאוד את צמיחת השרירים. בזחלים, מתואר פרוטוקול המאפשר הכנסה מחדש של פעילות התכווצות חשמלית מעוררת. השיטות המתוארות ממזערות את השפעת השונות הבין-אישית ויאפשרו ניתוח של השפעת גירויים חשמליים, גנטיים, תרופתיים או סביבתיים על מגוון פרמטרים של גדילה תאית ופיזיולוגית בהקשר של האורגניזם החי. לאחר מכן ניתן לבצע מעקב ארוך טווח אחר ההשפעות הנמדדות של התערבות מוגדרת בתחילת החיים על אנשים.
צמיחת רקמות מוסדרת, הכוללת גידול במספר התאים (היפרפלזיה) ו/או בגודל התא (היפרטרופיה), היא גורם מכריע בהתפתחות, התחדשות והסתגלות אקולוגית ואבולוציונית. למרות ההתקדמות העצומה בהבנה הגנטית המולקולרית של ביולוגיה תאית והתפתחותית בעשורים האחרונים, ההבנה המכניסטית של ויסות גודל הרקמות והאיברים עדיין בחיתוליה. אחת הסיבות ללקונה זו בידע היא הקושי לכמת צמיחת רקמות באורגניזמים חיים בדיוק המרחבי והזמני הדרוש.
היבטים שונים של גדילה של אורגניזמים שלמים ניתנים למדידה חוזרת ונשנית לאורך זמן, וחושפים עקומות גדילה עבור כלאדם 1,2,3,4,5. שיטות סריקה מתוחכמות יותר ויותר, כגון אבסורפטיומטריה של קרני רנטגן כפולות (DXA), טומוגרפיה ממוחשבת (CT) והדמיית תהודה מגנטית (MRI), מאפשרות מעקב אחר צמיחה של איברים שלמים ואזורי גוף אחרים (לדוגמה, שרירי שלד שזוהו על ידי יחידים) אצל אנשים בודדים, הן בבני אדם והן באורגניזמים מודל 6,7,8,9,10 . עם זאת, לשיטות אלה עדיין אין את הרזולוציה לחשוף תאים בודדים ולכן קשה היה להבחין בקשרים בין התנהגויות תאיות לצמיחה ברמת הרקמה. כדי ליצור קשרים כאלה, מחקרים מסורתיים הסתמכו לעתים קרובות על קבוצות של בעלי חיים בודדים דומים, שכמה מהם מוקרבים בנקודות זמן עוקבות ולאחר מכן מנותחים בפירוט ציטולוגי. גישות כאלה דורשות ממוצע של השינויים הנצפים בין קבוצות של פרטים (רצוי דומים, אך בכל זאת משתנים) ולכן סובלות מהיעדר רזולוציה טמפורלית ומרחבית, מה שמקשה על מציאת אירועים מתואמים ברמה התאית המרמזים על סיבה ותוצאה.
מחקרים על אורגניזמים מודל חסרי חוליות, בתחילה ב- C. elegans ו- D. melanogaster, עקפו את הבעיות הללו על ידי פיתוח מיקרוסקופיה אופטית כדי להשיג רזולוציה תאית ולמדוד במדויק צמיחה לאורך זמן אצל פרטים בודדים. מחקרים כאלה חשפו התנהגויות של שושלת תאים אינווריאנטית להפליא בגדילתם של אורגניזמי מודל קטנים אלה 11,12,13,14,15,16,17. עם זאת, לבעלי חיים רבים, כולל כל בעלי החוליות, יש שושלות תאים לא מוגדרות, והם שולטים בצמיחת רקמות על ידי תהליכי משוב מסתוריים המשמשים להפיכת תוכנית הגדילה המקודדת גנטית לאורגניזם תלת-ממדי פונקציונלי שכל הרקמות והאיברים המרכיבים אותו תואמים את גודלו. כדי להבין את תהליכי הצמיחה המורכבים האלה, רצוי לדמיין רקמות שלמות או איברים לאורך זמן אצל אנשים בודדים שניתן לתמרן אותם בניסוי על ידי התערבויות גנטיות, פרמקולוגיות או אחרות בזמן בחירה וההשפעה נותחה לאחר מכן.
לכל שרירי שלד בעלי חוליות יש גודל, צורה ותפקוד מוגדרים, ואינטראקציות מאופיינות היטב עם רקמות סמוכות, כגון עצם, גיד ועצבים. חלק מהשרירים קטנים, שוכבים ממש מתחת לעור ולכן הם מועמדים טובים למחקרי הדמיה ברזולוציה גבוהה. בדומה לרוב האיברים, כל שריר גדל במהלך החיים העובריים, לאחר הלידה והנעורים, לפני שהוא מגיע לגודל בוגר יציב. לשריר, לעומת זאת, יש גם יכולת ייחודית לשנות גודל במהלך החיים הבוגרים, תלוי בשימוש ובתזונה18, ולתכונה זו יש השפעה רבה על הכושר האורגניזמי, הביצועים הספורטיביים והחיים העצמאיים. אובדן מסת שריר ותפקוד בגיל מבוגר, סרקופניה, הוא נושא של דאגה גוברת עבור חברות המתמודדות עם אוכלוסייה מזדקנת 19,20,21.
אנחנו ואחרים התמקדנו בצמיחה של בלוקים מוגדרים של רקמת שריר השלד בגוף החוזר על עצמו באופן סגמנטלי של זחלי דגי זברה, כמערכת סגורה לכאורה המכילה כמה מאות תאים שבהם ניתן לצפות בצמיחה, תחזוקה ותיקון של רקמות ולתפעל אותן 22,23,24,25,26. בעוד שעבודה כמותית מסוימת דווחה בעבר 25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35, אין שיטה מפורטת ומאומתת למדידת צמיחת שרירים בפרטים תאיים באורגניזמים בעלי חוליות בודדים לאורך זמן. כאן מתואר פרוטוקול יעיל כיצד לבצע מדידות חוזרות כאלה, יחד עם אימות, ודוגמה לשימוש בו לניתוח שינויים בצמיחה היפרטרופית והיפרפלסטית בתגובה לפעילות חשמלית שהשתנתה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל המחקרים המתוארים בוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות ותחת רישיונות מתאימים ממשרד הפנים הבריטי בהתאם לחוק בעלי החיים (נהלים מדעיים) 1986 והשינויים שבאו בעקבותיו. יש לגדל עוברים/זחלים בטמפרטורה של 28.5 מעלות צלזיוס עד להשלמת הקיבה, אך לאחר מכן ניתן לשמור אותם בטמפרטורה של 22-31 מעלות צלזיוס כדי לשלוט בקצב ההתפתחות. ניתן לסרוק או לעורר דגים בטמפרטורת החדר.
1. הרדמת זחלי דגי זברה
2. הרכבת דגים לסריקה קונפוקלית
3. סריקה קונפוקלית
4. ניתוח
5. שיטה אופציונלית: הסרה והצגה מחדש של הפעילות החשמלית של השרירים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מדידה מהירה ומדויקת של נפח הסומיט
מתוארת שיטה להכנת דגימה, איסוף נתונים וניתוח נפחי המאפשר מדידה מהירה של צמיחת שרירים בזחלי דגי זברה. ניתן למדוד את גודל השרירים בבעלי חיים באמצעות דגים המסומנים על קרומי הפלזמה שלהם באמצעות GFP ממוקד ממברנה (β-אקטין:HRAS-EGFP) או mCherry (α-אקטין:mCherry-CAAX). הזחלים הוחרמו באופן ארעי באמצעות טריקאין, הורכבו באגרוז בעל נקודת התכה נמוכה והצטלמו באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית קונפוקלית. סומיט 17 נבחר לניתוח גודל השריר לאור נגישותו בממשק תא המטען-זנב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כאן אנו מדווחים על שיטה להערכה מדויקת ויעילה של נפח השריר של זחלי דגי זברה חיים בשלבים או בגרסאות גנטיות שבהן פיגמנטציה אינה מהווה מכשול גדול להדמיה וכאשר הרדמה חולפת ו/או אימוביליזציה נסבלת היטב. בעוד שהשתמשנו במיקרוסקופיה קונפוקלית לסריקת לייזר, הגישות המתוארות ישימות למיקרוסקופיה קונפוקלית של דיסק מסתובב או גיליון אור ולכל שיטה אחרת היוצרת ערימות של תמונות במישורי מוקד נפרדים. מתוארת סדרה של גישות מתוחכמות יותר ויותר להערכת גודל רקמות ותכולת תאים. לכל שיטה יש יתרונות ומגבלות, שאנו מראים שניתן לכמת. מגבלה מרכזית בחקר ג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין אינטרסים מתחרים.
המחברים חבים חוב עמוק למאמציהם של חברי המעבדה של יוז, ד"ר סיטראמיה אטילי, יאנה קות', פרננדה בג'נקה, ויקטוריה ויליאמס, יניב היניטס, ג'ורג'יה ברגמין וולדימיר סנטקוב לפיתוח הפרוטוקולים המתוארים, ולהנרי רוהל, כריסטינה האמונד, דייוויד לנגנאו ופיטר קארי על שיתוף פלסמידים או קווי דגי זברה. SMH הוא מדען של המועצה למחקר רפואי (MRC) עם מענק תוכנית G1001029, MR/N021231/1 ו-MR/W001381/1. תואר שני החזיק בתוכנית הכשרה לדוקטורט MRC מקינגס קולג 'בלונדון. עבודה זו נהנתה מהקלט הטריגונומטרי של דייוויד מ. רובינסון, חוקר, מנטור וחבר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| דבק, Blu Tack | Bostik | -שואב | |
| אירוסול | - | -- | |
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539-Agarose | |
| , טמפרטורת ג'ל נמוכה | Sigma-Aldrich | A9414 | לאחר ההמסה, יש לשמור בטמפרטורה של 37oC בתנור בלוק כדי להישאר בצורה נוזלית לשימוש חוזר. |
| מחמם בלוק | Cole-Parmer | SBH130-BODIPY | |
| FL C5-ceramide | Thermo Scientific | D3521 | לדילול במי דגים ולשימוש ב-5 ומיקרו; M לדגירה למשך הלילה. |
| קליפסים וחוטי תנין | - | -- | |
| פיג'י / imageJ | המכונים הלאומיים לבריאות, NIH | - | |
| מדיום דגים, מי דגים | - | מי מערכת מחזור שנאספו ממתקן הדגים. | |
| מדיום דגים, E3 בינוני | - | E3 מתואר בספר דג הזברה. http://zfin.org (5 מ"מ NaCl, 0.17 מ"מ KCl, 0.33 מ"מ CaCl<תת>2, ו-0.33 מ"מ MgSO<תת>4 במים מזוקקים). | |
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי | Leica Leica | MZ16F | מיקרוסקופ פלואורסצנטי מסוג אחר צפוי גם הוא להתאים. |
| מחט זכוכית | World Precision Instruments, Inc. | 1B100-6 | לליטוש אש כדי למנוע נזק לעוברים במהלך מניפולציה. |
| ממריץ דשא | מכשירי דשא | S88 | ממריצים מסוג אחר צפויים גם הם להתאים. |
| Kimwipes, מגבי משימות עדינים | Kimberly-Clark Professional | 13258179-לייזר | |
| מיקרוסקופ סריקת לייזר (LSM) | Zeiss | Zeiss LSM 5 Exciter Zeiss LSM 880 | LSM מסוג אחר צפויים גם הם להתאים. |
| Nunc Cell-Culture מטופל, צלחת 6 בארות | תרמו מדעי | ||
| 140675-אובייקטיבי, 20 פעמים;/1.0W טבילה במים | Zeiss | - | |
| פיפטה פסטר, בוגר 1 מ"ל | Starlab Group | E1414-0100-Pasteur | |
| Pipette, מיקרו קצה דק 1 מ"ל | Starlab Group | E1414-1100-צלחת | |
| פטרי, 60 מ"מ | Sigma-Aldrich | P5481 | - |
| פלסמיד, CMV-Cerulean | כריסטינה ל. המונד (אוניברסיטת בריסטול) | pCS2+_cerulean_kanR פלסמיד המוזרק ב-25-75 pg בשלב של תא אחד. ציטוט: Bussman J, and Schulte-Merker S. (2011) פיתוח 138: 4327-4332. doi: 10.1242/dev.068080. | |
| פלסמיד, pCS-mCherry-CAAX | הנרי רוהל (אוניברסיטת שפילד) | - | לשעתוק במבחנה באמצעות מקדם SP6 (ניתן להשתמש בפלסמידים המכילים סמני תיוג ממברנה אחרים); mRNA מסונתז שיוזרק ב-100-200 pg בשלב של תא אחד. |
| בקר דופק | Hoefer Scientific Instruments | PC750-מלחם | |
| ברזל - | -- | ||
| טריקאין | סיגמא-אולדריץ' | E10521 | אתיל 3-אמינובנזואט מתאן סולפונאט / MS-222; יש להמיס במי דגים ולהשתמש ב-0.6 מ"מ. |
| Volocity | Perkin Elmer/Quorum Technologies Inc | - | |
| מלקחיים לשענים, מס' 5 | - | -- | |
| חוט, פלטינה | גודפלו | PT005142/12 | בקוטר 0.40 מ"מ; חלופה יקרה של כסף. |
| חוט, כסף | Acros Organics | 317730010 | קוטר 0.25 מ"מ (נבדק טווח קוטר כלומר 0.25-0.5 מ"מ, שהניב תוצאות דומות). |
| דג זברה, myog:H2B-mRFP | דיוויד מ. לנגנאו (בית החולים הכללי של מסצ'וסטס; השם הרשמי של מכון תאי הגזע של הרווארד) | - | ZFIN: Tg(myog:Hsa.HIST1H2BJ-mRFP), fb121Tg. http://zfin.org/ZDB-ALT-160803-2 ציטוט: טאנג קיו, מור ג'יי סי, איגנטיוס MS, טננטה IM, הייז MN, גרסיה EG, טורס יורד á n N, Bourque C, He S, Blackburn JS, Look AT, Houvras Y, Langenau DM. הדמיית הטרוגניות של תאי גידול לאחר השתלת תאים לדג זברה חסר חיסון ברור אופטית. נאט קומון. 2016 ינואר 21;7:10358. doi: 10.1038/ncomms10358. |
| דג הזברה, α-actin:mCherry-CAAX | פיטר ד. קורי (ARMI, אוניברסיטת מונאש) | - | ZFIN שם רשמי: Tg(actc1b:mCherry-CAAX), pc22Tg. http://zfin.org/ZDB-ALT-150224-2 ציטוט: ברגר ג'יי, טרקצ'י ה, ברגר ס, לי מ, הול TE, ארנר א, וקארי PD. אובדן טרופומודולין4 במוטציה של דג הזברה trä GE גורם להיווצרות מוטות ציטופלזמיים ולחולשת שרירים המזכירה מיופתיה של נמלין. Dis Model Mech. 2014 דצמבר; 7(12):1407-15. doi: 10.1242/dmm.017376. |
| דג זברה, β-actin:HRAS-EGFP | - | - | ZFIN שם רשמי: Tg(Ola.Actb:Hsa.HRAS-EGFP), vu119Tg. http://zfin.org/ZDB-ALT-061107-2 ציטוט: Cooper MS, Szeto DP, Sommers-Herivel G, Topczewski J, Solnica-Krezel L, Kang HC, Johnson I ו- Kimelman D. הדמיית מורפוגנזה בעוברי דג זברה טרנסגניים באמצעות צבע מתיל אסטר BODIPY TR ככתם נגד חיוני ל- GFP. דב דין. פברואר 2005; 232(2):359-68. doi: 10.1002/dvdy.20252. |
| תוכנת ZEN | Zeiss | - | - |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.