עבודה זו מתארת פרוטוקול לכימות צורת הסחוס הקרניופציאלי באמצעות תוכנה חופשית (tpsDigs2, MorphoJ ו-PAST) למדידת שינויים במבנה הפנים של זחלי דגי זברה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
עבודה זו מתארת פרוטוקול לכימות צורת הסחוס הקרניופציאלי באמצעות תוכנה חופשית (tpsDigs2, MorphoJ ו-PAST) למדידת שינויים במבנה הפנים של זחלי דגי זברה.
הפרעות ספקטרום האלכוהול העוברי (FASD) מאופיינות במגוון מוגבלויות פיזיות, קוגניטיביות והתנהגותיות הנגרמות מחשיפה לאתנול טרום-לידתית, כולל אלו המשפיעות על שלד הפנים. לוקוסים גנטיים רגישים לאתנול תורמים לרמת השונות הגבוהה הזו ב-FASD, מה שמסבך את ניתוחי צורת הפנים. כבר הראינו בעבר שניתן לנתח את השינויים הללו בצורת הפנים כתוצאה מאינטראקציות בין גנים לאתנול בדגי זברה. דגי זברה הם מודל אידיאלי לניתוח שונות זו ממספר סיבות; (i) 70% מהגנים הם אורתולוגיים בין בני אדם לדגי זברה; (ii) הפריה חיצונית מאפשרת לחוקרים לשלוט בתזמון ובמינון של טיפולי אתנול; (iii) מבנה השלד של פניהם נשמר על ידי חולייתנים; (iv) זחלים שקופים מאפשרים צפייה ישירה בשינויים במבנה השלד הקרניופציאלי במהלך ההתפתחות. עם זאת, ניתוח צורת שלד הקרניופציאלי יכול להיות קשה להערכה מלאה באמצעות מדידות ליניאריות פשוטות, שכן הן אינן תופסות שינויים כלליים בצורה. בנוסף, שינויים בגודל הראש עלולים להקשות על פרשנות הנתונים. כדי להתמודד עם זה, נקטנו בגישה מורפומטרית, שבה ניתחנו את צורת הפנים הכוללת באמצעות ניתוחי רכיבים עיקריים באמצעות תוכנה חינמית, tpsDigs2, MorphoJ ו-PAST. השילוב של תוכנה זו מאפשר השוואה זוגית של מורפולוגיית הפנים הכוללת. כאן, אנו מתארים את הגישה והניתוח שלנו של צורת הפנים במוטנטים של דגי זברה שטופלו באתנול, תוך שימוש בתוכניות אלו לביצוע סדרת ניתוחים סטטיסטיים משלימים רב-משתניים.
הפרעות ספקטרום האלכוהול העוברי (FASD) מאופיינות במגוון רחב של ליקויים התפתחותיים, כולל התנהגותיים, נוירולוגיים ופיזיים 1,2. בין הפגמים הפיזיים הללו נכללים ליקויים קרניופציאליים, כגון היפופלזיה של הלסת 3,4,5,6. בעוד שמועד ומינון החשיפה לאתנול תורמים לאתיולוגיה המורכבת של FASD, התרומה הגנטית ממלאת תפקיד משמעותי באטיולוגיה של FASD 6,7,8,9,10,11,12. שילוב זה של גורמים הופך את חקר ליקויי הפנים בקרב קבוצות אנושיות למאתגר. כדי לחקור את השפעת החשיפה לאתנול בהריון על ההתפתחות, אנו משתמשים במודל דג הזברה. דגי זברה מהווים מודל חזק ל-FASD שכן הם חולקים 70% אורתולוגים גנים עם בני אדם, 82% מהגנים הידועים הגורמים למחלות 13,14,15,16. בנוסף לשימור גנטי, דגי זברה: (i) בעלי פוריות גבוהה, מה שמאפשר לייצר מספר זחלים של דגי זברה בו זמנית, (ii) עוברים הפריה חיצונית, המאפשרת חקר ישיר של תהליכי התפתחות רגישים לאתנול, (iii) התפתחות גולגולת-פנים של חולייתנים שמורה וסטריאוטיפית מאוד, ו-(iv) הם עוברים/זחלים שקופים המאפשרים ויזואליות של מבני שלד17. הראינו בעבר שמוטציות בגנים שונים של דגי זברה מרגישות עוברים למומים בפנים שנגרמו מאתנול, ופגמים אלו יכולים להיות עדינים וקשים לזיהוי בעין10,18. בנוסף, שמנו לב שגם לזחלים מסוג בר שטופלו באתנול יש שינויים קלים באזור הגולגולת-פנים בהשוואה לזחלים לא מטופלים, אם כי שוב, שינויים אלה קשים לזיהוי בעין10. למרות ששינויים אלו אינם מזוהים בצפייה ויזואלית, הצלחנו להראות את השינויים הללו בצורת הפנים שנגרמו על ידי אתנול באמצעות ניתוחים מורפומטריים הזמינים בתמונות דו-ממדיות של הוויסרוקרניום10.
הפאה היא מבנה תלת-ממדי מורכב שקשה למדוד באמצעות מדידות ליניאריות קונבנציונליות. מדדים ליניאריים בודדים אלו אינם מתחשבים במיקום היחסי של כל מבנה הנמדד והשפעתה על המבנים הנמדדים האחרים של הפנים. ניתוחים מורפומטריים מתמודדים עם ליקויים אלו באמצעות תצורות צורה באמצעות נקודות ציון שמסבירות את המיקום היחסי של כל המבנים שנמדדו, ואף שולטות בהבדלים הכלליים בגודל 18,19,20. גישה זו מניבה נתונים מדויקים יותר, בעלי רזולוציה גבוהה יותר וקלים יותר להמחשה, מה שיכול להניב תוצאות שאינן נצפות באמצעות מדידות ליניאריות קונבנציונליות 18,19,20. בנוסף, גישות מורפומטריות יכולות לבצע השוואות ישירות בין ובתוך קבוצות באמצעות שיטות סטטיסטיות רב-משתניות. כאן אנו מתארים את השימוש בתוכנת המורפומטריה החינמית, tpsUtil, tpsDigs221, MorphoJ20, ו-Paleontological Statistics (PAST)22, בשילוב עם תמונות דו-ממדיות של הוויסרוקרניום בהטרוזיגוטים מסוג בר וזחלים לא מטופלים ומטופלים באתנול עבור גן החלבון המורפוגני לעצם (Bmp) bmp7a. בעוד שתוכניות אלו שימשו בעיקר בפלאונטולוגיה ובתחומים המתמקדים באקולוגיה, כאשר הן משולבות הן מספקות ניתוח מעמיק של צורת הפנים. בסופו של דבר, בפרוטוקול זה, אנו מראים כיצד ניתן להשתמש בתוכנות הזמינות בחינם כדי לכמת שינויים בצורת סחוס הגולגולת-פנים במודל דג הזברה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל זחלי דגי הזברה ששימשו בהליך זה גודלו והורבעו בהתאם לפרוטוקולי IACUC שאושרו על ידי אוניברסיטת לואיוויל23.
הערה: זן דגי הזברה bmp7aty68a24 ואחים מסוג בר (כולם ברקע AB) שימשו במחקר זה, כאשר דגים בוגרים נשמרו בטמפרטורה של 28.5 מעלות צלזיוס עם מחזור אור/חושך של 14/10 שעות. השתמש בקווים המתאימים בהתאם לתוצאות הניסוי הרצויות. השתמש במים שעברו עיקור באוסמוזה הפוכה. המין כמשתנה ביולוגי אינו חל על שלבי ההתפתחות הנחקרו, שכן המין ניתן לזיהוי לראשונה בדגי זברה בסביבות 20-25 ימים לאחר ההפריה (dpf)25, לאחר כל הניתוחים.
1. טיפול באתנול
2. צביעת פנים והדמיה
3. גנוטיפינג
4. תוכנה המשמשת לניתוחי צורה
5. הדמיית שלד הפנים באופן עקבי לכל הדגימות שיש לנתח
6. הכנת תמונות באמצעות תוכנת ה-TPS
7. הזנת תמונות לתוכנת TPS
8. הוספת נקודות ציון לתמונות
9. שימוש ב-MorphoJ לניתוח צורה באמצעות Procrustes ANOVA
10. ניתוח משתנים קנוני של מאגר הנתונים
11. MANOVA בתוכנות PAST
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי לזהות שינויים בצורת הפנים בדג זברה שנגרמו מאתנול, שילבנו תוכנות זמינות בחינם כדי ליצור ולכמת נתונים מורפולוגיים של שלד הפנים. עוברים מדגים בוגרים הטרוזיגוטיים bmp7a נוצרו וטופלו באתנול בין 6 ל-24 hpf. הזחלים מההכלאות הללו היו קבועים בעוצמה של 5 DPF, וסחסי הפנים הוכתמו בכחול אלקי. צולמו תמונות של הוויסרוקרניום עבור כל זחל בכל גנוטיפ וקבוצת טיפול (איור 1A-D). סחוס הוויסרוקרניום מסומן בתמונה מייצגת (
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
FASD מאופיין במגוון רחב של ליקויים התפתחותיים, כולל ליקויים קרניופציאליים כגון היפופלזיה בלסת. דגי זברה הם מודל חזק ל-FASD בשל שימורם הגנטי אצל בני אדם, פוריות גבוהה, זחלים שקופים וההפריה החיצונית. דגי זברה משמשים כבר עשרות שנים לחקר היווצרות שלד הקרניופציאלי והשפעת האתנול על התפתחות 6,12,13,15,18,28,29.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המחקר שהוצג במאמר זה נתמך במענק מהמכון הלאומי לבריאות/המכון הלאומי לשימוש לרעה באלכוהול (NIH/NIAAA) R01AA031043 ל-C.B.L.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| tpsUtil, tpsDig2, MorphoJ | https://sbmorphometrics.org | תוכנה חינמית - ייתכן שתידרש הרשאות ניהול להורדה | |
| עבר | https://www.nhm.uio.no/english/research/resources/past/ | תוכנה חינמית - ייתכן שתידרש הרשאות ניהול להורדה | |
| מיקרוסקופ ברייטפילד מורכב | אולימפוס | BX53 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.