このプロトコールは、簡単な in vitro 培養技術を使用して細胞動態を研究する方法を提供します。ゼブラフィッシュの研究者や教育者は、スケール内の蛍光核とアポトーシス細胞を視覚化することにより、骨の恒常性や基本的な細胞生物学に関連する細胞プロセスを研究する機会を提供します。
方法論記事
このプロトコールは、簡単な in vitro 培養技術を使用して細胞動態を研究する方法を提供します。ゼブラフィッシュの研究者や教育者は、スケール内の蛍光核とアポトーシス細胞を視覚化することにより、骨の恒常性や基本的な細胞生物学に関連する細胞プロセスを研究する機会を提供します。
ゼブラフィッシュの鱗は、標準的な研究室で教育や研究に使用するためのさまざまな利点があります。スケールは安楽死を必要とせずに簡単に収集でき、数週間以内に再生し、半透明で小さいため、標準的な顕微鏡で見ることができます。ゼブラフィッシュのウロコは、特に細胞動態や in vitro 培養方法を理解するために、学生が実践的な学習体験に取り組むユニークな機会を提供するため、教育環境で特に役立ちます。このプロトコルの主な目的は、基本的な実験装置を使用して、さまざまな生物学的研究で使用するために、培養中のゼブラフィッシュの鱗屑を収集し維持する方法を説明することです。さらに、プロトコルは、骨の吸収と沈着に関与する骨細胞の活動を調べることにより、骨の恒常性を理解するためのそれらの使用について詳しく説明します。また、核やアポトーシス細胞の可視化など、一般的な技術のための追加のプロトコルも含まれています。 in vitro 培養プロトコルは、最小限の試薬と機器で信頼性の高い結果をもたらします。この記事では、ゼブラフィッシュの鱗の in vitro 培養を使用して科学的な調査を促進する利点について説明し、教育環境への統合をサポートするために必要なリソースの概要を説明します。
近年、ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、遺伝学、発生生物学、毒物学など、さまざまな科学分野で貴重なモデル生物として浮上しています1,2,3。ゼブラフィッシュは、東南アジアの河川に自生する小さな熱帯淡水魚です4。それらは、メンテナンスが容易で、サイズが小さく、生殖周期が速く、半透明の胚があるため、生物学で人気のあるモデル生物になりました1。これにより、それらの内部発達を容易に観察することができ、発生生物学におけるさまざまな生物学的プロセスを研究するのに理想的です。ゼブラフィッシュはヒトと遺伝的類似性を共有しています。ヒトの遺伝子の約70%は、少なくとも1つのゼブラフィッシュに対応するものを持っており、ヒトの遺伝性疾患や疾患を研究するための優れたモデルとなっています5,6。ゼブラフィッシュの特定の遺伝子を操作することで、研究者は遺伝子の機能と挙動に関する貴重な洞察を得ることができ、それをヒトの健康研究6、遺伝子編集、トランスジェニック系統7,8の作成に適用することができます。
ゼブラフィッシュの鱗は除去後に再生し9,10、実験に使用されながら、塩基性(非CO2)インキュベーターで1〜3日間培養することができる11。ゼブラフィッシュの鱗の使用は、安楽死を必要とせずに麻酔をかけた魚からゼブラフィッシュを除去できるため、基本的な実験室で有利です。ゼブラフィッシュの鱗屑は真皮骨格の構成要素であり、主に2つの層で構成されています:コラーゲン線維の層によって形成された厚く、部分的に石灰化した組織でできている内部層と、高度にミネラル化され、コラーゲン線維が織り交ぜられたネットワークを含む外部層12,13).スケールのこれらの形態学的および細胞的特徴は、標準的な化合物顕微鏡で容易に観察できます。これらの特性により、ゼブラフィッシュの鱗は細胞および分子の研究に適したモデルとなっています。例えば、ゼブラフィッシュの鱗は、骨細胞の活性を含む骨の恒常性を研究するために使用されてきた11,12。また、組織再生9,14,15、遺伝子経路とシグナル伝達14,16、代謝17、微生物叢研究18などを理解するためにも使用されています。ゼブラフィッシュは、他の魚類と同様に、汚染物質や毒素などの環境要因に対しても非常に敏感である19,20,21,22。そのため、魚の鱗は、魚の個体群の毒素への曝露を研究するために使用されます。これらの特性により、スケールは、環境要因が生物に与える影響について学生に教えるための優れたモデルとなっています。さらに、Tg(osterix:mCherry)やTg(runx2a:GFP)などのトランスジェニックゼブラフィッシュ系統の鱗は、学生の実験に別のレベルの複雑さを加える可能性があります。
要約すると、ゼブラフィッシュの鱗を使用することで、研究者は細胞メカニズムから環境変化まで、生物学のさまざまな側面を研究するための実験を設計し、実施することができます。ゼブラフィッシュは、実験計画、データ収集、分析の実践的な経験を提供できるため、高等教育においても貴重なリソースです。ゼブラフィッシュは、特定の関心領域を探求するために、上級コースや研究に焦点を当てたプログラムでも利用できます。この記事では、研究や教室での学習環境でゼブラフィッシュの鱗を使用するためのプロトコルについて説明します。
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ここに記載されているすべてのプロトコルは、カナダ動物管理評議会のガイドラインに従っており、セントメアリーズ大学/マウントセントビンセント大学動物管理委員会によってプロトコル番号20-14および21-12の下で毎年承認されています。このプロトコルを実行する前に、ユーザーは、研究または教育における動物の使用に関する連邦および州のガイドラインが守られていることを確認しなければならない23。本試験で使用した試薬および装置の詳細は、 材料表に記載されています。
1. スケール培養用試薬の調製
2.生きた魚の鱗を取り除く
3. スケールの固定
4. 骨の恒常性
注:2つの骨恒常性維持手順を以下に説明します。酒石酸耐性酸性ホスファターゼ(TRAP)およびアルカリ性リン酸(AP)染色は、通常、それぞれ活性破骨細胞および骨芽細胞を同定するために使用されます。破骨細胞は骨基質を吸収し、骨芽細胞は骨基質を沈着させます。APは骨形成中に骨芽細胞によって放出される主要な酵素であり、TRAPは破骨細胞によって破骨細胞と骨基質の間の酸性空間に分泌され、骨の破壊と吸収を助けます24,25,26。このプロトコルは、ゼブラフィッシュ情報ネットワーク27および以前に公開された28でも利用可能です。アルカリホスファターゼは、代謝過程の一部として複数の細胞タイプによって産生される酵素です。このプロセスは骨芽細胞に完全に特異的なものではありませんが、骨組織では骨芽細胞機能のマーカーとして使用されます。
5. ゼブラフィッシュのスケールにおける細胞動態の可視化
注:スケール間の違いを視覚化し、スケール内の細胞を標識するために、さまざまな染色方法を使用できます(図3B)。例えば、スケールの細胞内の核とリソソームを染色する方法を以下に概説します。
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最近、このスケール培養プロトコルは、骨の恒常性を研究するために使用されました11。鱗は、培養液中で少なくとも2日間生存することができます。アポトーシス細胞の数は、標識細胞をカウントすることにより、培養の各日、最大3日間まで分析しました。これらの結果から、培養3日目にはアポトーシス細胞が有意に増加することが示され、ここで述べた方法では培養時間を2日間に限定すべきであることが示されました。
スケールの形状と細胞分布を比較すると、スケールは対称的な形状を持ち、表皮切片11に細胞が集中している細胞が規則的に分布していることが示されました(図3A-C)。形態測定解析により、スケールサイズと細胞数の間に直接的な関係があることが明らかになりました。DAPIは細胞の核を観察するために使用でき、カウンティング細胞は実験的治療の効果を評価するために使用できます。さらに、Pasqua...
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ゼブラフィッシュの鱗は、自然環境をシミュレートするための培養方法とインキュベーターを使用して最大2日間維持できるさまざまな生物学的プロセスを研究するための、簡単にアクセスできる in vitro モデルです11。スケールは、存在する細胞が規則的かつ比例して分布しているため、研究者は細胞の観察、カウント、標識、および基本的な実験装置を使用した簡単な細胞生物学実験を行うことができます。さらに、4倍対物レンズでスケール全体を簡単に確認できるため、実験中の細胞の測定と定量が容易になります。この簡単にアクセスできるプロトコルで in vitro で細胞を研究することができるため、ゼブラフィッシュスケールをさまざまな細胞生物学研究に使用したり、さまざまな処理を使用して細胞を評価したりすることができます。野生型魚や蛍光トランスジェニック魚を使用してゼブラフィッシュの鱗を可視化できることは、学生の細胞生物学トレーニングを拡大するためのさらなる利点です。
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著者は、利益相反がないことを宣言します。
著者は、マウントセントビンセント大学の水生施設のスタッフと、必要な魚の世話を提供してくれたフランツ・オデンダール骨開発研究所のすべてのメンバーに感謝します。特に、一部のプロトコルの最適化を支援してくれたAlisha McNeil、Keely A. MacLellan、Shirine Jeradiに感謝します。この研究は、カナダ宇宙庁 (CSA) [19HLSRM01] とカナダ自然科学工学研究評議会 (NSERC) からの資金提供によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.2 mLチューブ | n/a | n/a | |
| 37% HCl | EMD | HX0603-4 | pHの安定化とPRS |
| コンケーブスライド | n/a | n/a | |
| DAPI | Vectashield | H-1200 | 細胞核の可視化用 |
| ジアゾニウム塩(Fast Blue B) | Sigma | D9805 | AP基質溶液用 |
| ダルベッコのモディファイドイーグルメディウム(DMEM)粉末 | シグマ | D5523 | スケール培養培地用 |
| 3-アミノ安息香酸エチルメタンスルホン酸(MS222) | シグマ | E10521 | 0.1% MS222 |
| ウシ胎児血清の調製用 | シグマ | F4135 | スケール培養培地用 |
| 蛍光顕微鏡 | n/a | n/a | |
| 氷酢酸 | フィッシャー | A38 212 | 酢酸緩衝液用 |
| グリセロール | VWR | BDH1172-4LP | 80% グリセロール用 - 貯蔵スケール |
| HEPES | サーモフィッシャー | 15630106 | スケール培養培地用 |
| ホットプレート | n/a | n/a | |
| KCl | Sigma | P217-10 | PBS |
| Lysotracker | ThermoFisher | L7528 | ソソーム用 可視化 |
| マレイン酸 | ΣM0375 | トリス-マレイン酸バッファー用 | |
| マイクロピペット | n/a | n/a | |
| N,N-ジメチルホルムアミド | シグマ | 319937 | AP基質溶液 |
| 用 N,N-ジメチルホルムアミド | 酵素基質溶液 | ||
| Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | PBS NaClの調製 |
| 用 | シグマ | S9888 | PBS |
| NaNO2 | Sigma | S-2252 | 4% NaNO2 |
| >NaOH | Sigma | S5881 | 4% PFA |
| NaOHの調製用 | シグマ | S5881 | スケール固定とpH安定化用 |
| ナプトール-AS-TR-リン酸 | シグマ | N6125 | AP基質溶液用 |
| ナプトール-AS-TR-リン酸 | 酵素基質溶液 | シグマ | N6125 |
| PRSペ | シグマ | P3750 | |
| ニシリン5000ユニットおよび5mgストレプトミオシン/ ml | サーモフィッシャー | 15140122 | スケール培養培地用 |
| 個人用保護具(PPE):使い捨てニトリル手袋、安全メガネ/スプラッシュゴーグル、白衣。 | 該当なし | 該当なし | |
| PFA | シグマ | P6148 | スケール固定用 |
| 酸ナトリウム | シグマ | S2889 | アセテート緩衝液用 |
| 標準複合顕微鏡 | n/ | a n/a | |
| 攪拌板 | n/ | a | |
| 酒石酸 | Σ | T6521 | 酒石酸緩衝液用 |
| トリスベース | Roche | 03 118 142 001 | トリス-マレイン酸緩衝液用 |
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