このビデオの記事では、体系的かつ効率的に多くの無脊椎動物の胚では、複雑なシグナル伝達経路および制御ネットワークの構成要素を特徴付けるために使用することができるin vivoでの方法論に簡単な詳細を示します。
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このビデオの記事では、体系的かつ効率的に多くの無脊椎動物の胚では、複雑なシグナル伝達経路および制御ネットワークの構成要素を特徴付けるために使用することができるin vivoでの方法論に簡単な詳細を示します。
驚くほど、胚発生中に成人の体型で多種多様な細胞タイプと組織を生成するために必要な細胞間シグナル伝達経路はほとんどありません。しかし、毎年、個々のシグナル伝達経路のより多くの構成要素が発見されており、研究によると、状況によっては、これらの経路のほとんどで有意なクロストークが存在することが示されています。この複雑さにより、in vivo発生モデルシステムにおける細胞間シグナル伝達の研究は困難な作業となっています。さらに、次世代のディファレンシャルスクリーニングによって生成された大規模なデータセットから同定されたシグナル伝達経路に関連する分子を特徴付けるためには、効率的な機能解析が必要です。ここでは、ウニ胚の細胞運命と軸の仕様を支配するシグナル伝達経路の構成要素を効率的に同定する簡単な方法を示します。ウニと同様の胚のゲノム的および形態学的単純さは、複雑なシグナル伝達相互作用を理解するための強力なin vivo発生モデルとなっています。ここで説明する方法論は、個々の経路における新規シグナル伝達分子や、他の多くの生物におけるさまざまな経路における分子間の相互作用を同定するためのテンプレートとして使用できます。
遺伝子制御ネットワーク(GRNs)とシグナル伝達経路は、成体動物の体の計画を構築するために使用される胚発生の間の遺伝子の空間的および時間的発現を確立します。細胞から細胞へのシグナル伝達経路は、細胞が通信する手段を提供し、これらの調節ネットワークの重要な構成要素です。これらの細胞の相互作用は、胚発生1、2中の様々な地域でとの間の規制および分化遺伝子の発現を確立し、改良します。分泌された細胞外調節因子(リガンド、アンタゴニスト)、受容体および共受容体の間の相互作用は、シグナル伝達経路の活性を制御します。細胞内分子の品揃えは、遺伝子発現の変化、分割、および/または細胞の形で得られたこれらの入力を伝達します。主要な経路で細胞外および細胞内のレベルで使用する鍵分子の多くがあるが既知の、個々のシグナル伝達経路の複雑さに大部分の不完全な知識です。加えて、異なるシグナル伝達経路は、多くの場合、細胞外、細胞内での正または負のいずれかで互いに相互作用し、転写レベル3、4、5、6。重要なことには、シグナル伝達経路のコアコンポーネントは、非常にすべての後生動物種で保存され、特に密接に関連門の生物を比較する場合、著しく、主要なシグナル伝達経路の大部分は、多くの場合、多くの種において類似の発達機能を実行7、8、9、 10、11。
開発中にシグナル伝達の研究では、任意の生物で困難な作業であり、そしてそこに脊椎動物では、大きな可能性リガンドと受容体/共変調器の相互作用の数、細胞内伝達分子、ならびにがあります1):ほとんどの新口動物モデル(脊椎動物、無脊椎動物脊索動物、半索動物、および棘皮動物)でシグナル伝達経路を研究するためのいくつかの重要な課題がありますゲノム12の複雑さに起因する異なるシグナル伝達経路の間の潜在的な相互作用、13、14; 2)脊椎動物の複雑な形態および形態形成の動きは、多くの場合、それはより困難でかつシグナル伝達経路間の機能的相互作用を解釈することを可能にします。 3)ほとんどの非棘皮動物無脊椎動物の新口動物モデル種における分析は、いくつかのホヤ種15、16を除いて妊娠の短いウィンドウによって制限されています。
ザウニ胚は、上記制限のいくつかを持っており、 生体内でのシグナル伝達経路の詳細な分析を行うために多くのユニークな資質を提供しています。これらは、以下のものが挙げられる:1)ウニゲノムの相対的なシンプルさが大幅に可能なリガンド、受容体/共受容体と細胞内伝達分子の数を減少させる17の相互対話します。 2)胚葉および主要な胚軸の仕様およびパターニングを制御GRNsはよく信号18、19セル受信/地域の規制状況の理解を助ける、ウニ胚で確立されています。胚は、その形態を分析するのが容易である単層上皮で構成されたとき3)多くのシグナル伝達経路は、早期に切断し、原腸ステージ間で研究することができます。 4)分子が関与しますウニ内シグナル伝達経路中のdは、容易に操作されています。 5)多くのウニは、10〜11ヶ月〜1年( 例えばStrongylocentrotusのpurpuratusとLytechinusのvariegatus)のために妊娠しています。
ここでは、体系的かつ効率的に指定し、ウニ胚のパターン領土は、いくつかの無脊椎動物モデル系が複雑な分子メカニズムの研究に提供する利点を説明するためにシグナル伝達経路の構成要素を特徴づけるための方法を提示します。
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1.高スループットモルホリノデザイン戦略
モルホリノオリゴヌクレオチドの2マイクロインジェクション
S. purpuratus胚で24時間ポスト受精(HPF)で3固定とその場プロトコルで
注:このプロトコルは、アレナス・メナらから変更されています。 2000年23およびセティら。 2014年24。
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ウニ胚では、3つの異なるWntシグナル支店(のWnt /βカテニンは、Wnt / JNK、およびWnt / PKC)4、25相互作用は前後(AP)パターニングを支配するWntシグナル伝達ネットワークを形成することが示されています。これらのシグナル伝達イベントの中で最も重要な結果の一つは、初期広く発現し、前方神経外胚葉(ANE)GRNは、原腸形成の開始( エス・purpuratusで24 HPF)によって前極の周りの小さな領土に限定になるということです。これらの結果は、Wnt /βカテニンシグナル伝達は32細胞期によって胚の後半にANE遺伝子の活性化を防ぐことを示しています。そして、この経路は次第にダウン60細胞期と初期の原腸形成の間の胚の前半分にANE GRNを調節する非標準的なWnt / JNKシグナル伝達経路に信号を中継します。最後に、第3の非標準Wnt pathwaYは、Wnt / PKCは、シグナル伝達経路のWnt / JNKに拮...
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ここで紹介する方法は..多くのラボが分析する早期ウニ開発時に同様のアッセイを使用している基本的な発達のメカニズムを支配するシグナル伝達経路とGRNsを理解するために、脊椎動物未満ゲノムおよび形態学的な複雑さに胚を使用してのパワーを示している例です。他の細胞運命指定イベント( 例えば、ノッチ、ヘッジホッグ、TGF-βの、及びFGFシグナリング)に関与する経路27、28、29、30、31シグナリング 。これらのウニの研究では、多くの興味深いと新規なシグナル伝達機構を明らかにした、と早期ウニの開発を支配するこれらのシグナル伝達機構の多くの側面は、<30、27、...
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著者らは開示するものは何もない。
原稿を注意深く読み、編集してくださったロバート・アンジェラー博士に感謝いたします。NIH R15HD088272-01、ミシシッピ州立大学研究開発室、生物科学部がRCRにこのプロジェクトを支援しました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 翻訳ブロッキングモルフォリノおよび/またはスプライスブロッキングモルフォリノ | Gene Tools LLC | カスタマイズ | 詳細情報 |
| www.gene-tools.com Glycerol | Invitrogen | 15514-011 | |
| FITC (デキストランフルオレセインイソチオシアネート) | Invitrogen, Life Technologies | D1821 | Make 25 mg/mL Stock solution |
| Paraformaldehyde 16% solution EM Grade | Electron顕微鏡科学 | 15710 | |
| MOPS | Sigma Aldrich | M1254-250G | |
| Tween-20 | Sigma Aldrich | 23336-0010 | |
| ホルムアミド | Sigma Aldrich | 47671-1L-F | |
| 酵母 tRNA | Invitrogen | 15401-029 | |
| 正常ヤギ血清 | Sigma Aldrich | G9023-10mL | |
| アルカリホスファターゼ標識抗ジゴキシゲニン抗体 | Roche | 11 093 274 910 | |
| テトラミソール塩酸塩(レバミゾール) | Sigma Aldrich | L9756-5G | |
| Tris Base UltraPure | Research Products Internationall | Corp 56-40-6 | |
| Nadium | Chloride Fisher Scientific | BP358-10 | |
| Magnesium chloride | Sigma Aldrich | 7786-30-3 | |
| BCIP (5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-リン酸 | ロシュ | 11 383 221 001 | |
| 4 ニトロブルー塩化テトラゾリウム (NBT) | ロシュ | 11 383 213 001 | |
| ジメチルホルムアミド | Σ Aldrich | D4551-500mL | |
| 塩化カリウム | Σ Aldrich | P9541-5KG | |
| 重炭酸ナトリウム | Σ Aldrich | S5761-500G | |
| 硫酸マグネシウム | Σ Aldrich | M7506-2KG | |
| 塩化カルシウム Σ | Aldrich | C1016-500G |
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