本研究は、ゼブラフィッシュ幼生の顔面構造変化を測定するために、無料ソフトウェア(tpsDigs2、MorphoJ、PAST)を用いて頭蓋顔面軟骨の形状を定量化するプロトコルを説明しています。
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本研究は、ゼブラフィッシュ幼生の顔面構造変化を測定するために、無料ソフトウェア(tpsDigs2、MorphoJ、PAST)を用いて頭蓋顔面軟骨の形状を定量化するプロトコルを説明しています。
胎児アルコールスペクトラム障害(FASD)は、出生前のエタノール曝露によって引き起こされるさまざまな身体的、認知的、行動的障害を特徴とし、顔の骨格に影響を与えるものも含まれます。エタノール感受性遺伝子座はFASDの高い変異性に寄与しており、顔の形状解析を複雑にしています。私たちは以前に、ゼブラフィッシュの遺伝子-エタノール相互作用からこれらの顔の形状変化を解析できることを示しました。ゼブラフィッシュは、いくつかの理由からこの変異を分析するのに理想的なモデルです。(i) 遺伝子の70%はヒトとゼブラフィッシュ間の直系同胞である;(ii) 外部受精により、研究者はエタノール処理のタイミングと投与量を制御することが可能です。(iii) 顔の骨格構造は脊椎動物によって保存されている;(iv) 半透明の幼虫は、発生過程における頭蓋顔面骨格構造の変化を直接観察することを可能にします。しかし、頭蓋顔面骨格の形状を分析することは、単純な線形測定では全体的な形状変化を捉えきれないため、完全に評価するのは難しい場合があります。さらに、頭部のサイズの変化はデータの解釈を複雑にすることがあります。これに対処するため、私たちは形態計測法を採用し、フリーウェアソフトウェア、tpsDigs2、MorphoJ、PASTを用いた主成分解析を通じて顔の形状全体を解析しました。このソフトウェアの組み合わせにより、顔の全体的な形態をペアワイズで比較することが可能です。ここでは、これらのプログラムを用いてエタノール処理されたゼブラフィッシュ変異株の顔形の分析とアプローチを概説し、一連の補完的な多変量統計解析を実施します。
胎児アルコールスペクトラム障害(FASD)は、行動的、神経学的、身体的障害を含む幅広い発達障害を特徴とします1,2。これらの身体的欠損には、顎の形成不全3,4,5,6などの頭蓋顔面欠損が含まれます。エタノール曝露のタイミングと用量がFASDの複雑な病因に寄与しますが、遺伝的寄与がFASDの病因に重要な役割を果たします。FASDの病因6,7,8,9,10,11,12。これらの要因の組み合わせにより、人間の集団における顔の欠陥の研究は困難です。出生前のエタノール曝露が発達に与える影響を調査するために、ゼブラフィッシュモデルを用います。ゼブラフィッシュはFASDの強力なモデルとして機能しており、ヒトと70%の遺伝子オルソログを共有し、既知の病原遺伝子の82%を共有しています。遺伝的保存に加え、ゼブラフィッシュは以下の通りです:(i) 高い繁殖率を持ち、同時に複数のゼブラフィッシュ幼虫を生産可能、(ii) 外部受精を受けてエタノール感受性の発生過程を直接研究可能、(iii) 高度に保存された典型的な脊椎動物の頭蓋顔面発生、(iv) 骨格構造の可視化を可能にする半透明の胚・幼生であること.私たちは以前に、多くの異なるゼブラフィッシュ遺伝子の変異が胚をエタノール誘発性の顔面異常に感作させることを示しており、これらの異常は微妙で目で識別しにくいことがあります10,18。さらに、エタノール処理済み野生型幼虫は未処理の野生型幼虫と比べて頭蓋顔面領域にわずかな変化があることも観察しましたが、これらの変化も目で識別するのは困難です。これらの変化は目視では検出されませんが、内臓頭蓋10の2D画像を用いた形態計測解析を用いて、エタノールによる顔の形状変化を示すことができました。
この面は複雑な3D構造であり、従来の線形測定では測定が困難です。これらの単一の線形測度は、測定された各構造と他の測定構造への相対的な位置や、それらが顔の他の測定構造に与える影響を考慮していません。形態計測解析は、測定されたすべての構造の相対位置を考慮し、全体の大きさ差まで制御するランドマークを用いた形状配置を用いてこれらの欠点を補う。このアプローチにより、より正確で解像度が高く、可視化が容易なデータが得られ、従来の線形測定では観測できない結果が得られる場合があります。さらに、形態計量的アプローチは多変量統計手法を用いてグループ間およびグループ内の直接比較を行うことができます。ここでは、フリーウェアの形態計測ソフトウェアtpsUtil、tpsDigs221、MorphoJ20、古生物学統計(PAST)22と、未処理かつエタノール処理された野生型および幼生ヘテロ接合体の内臓頭蓋骨の2D画像を組み合わせて、骨形態形成タンパク質(Bmp)遺伝子bmp7aの利用について説明します.これらのプログラムは主に古生物学や生態学に焦点を当てた分野で利用されてきましたが、組み合わせて使うことで顔の形状を徹底的に分析することができます。最終的に、このプロトコルでは、ゼブラフィッシュモデルにおける頭蓋顔面軟骨の形状変化を定量化するために、これらの無料で利用可能なソフトウェアアプリケーションをどのように活用するかを示します。
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この手技に用いられたすべてのゼブラフィッシュ幼虫は、ルイビル大学が承認したIACUCの確立プロトコルに従って飼育・繁殖されました。
注:本研究ではゼブラフィッシュ系 bmp7aty68a24 および野生型兄弟(いずれもAB系)を用い、成魚は28.5°Cに維持し、14/10時間の明暗サイクルで維持しました。望ましい実験結果に応じた適切な線を使いましょう。逆浸透圧で滅菌された水を使いましょう。生物学的変数としての性別は研究対象の発生段階には当てはまらず、ゼブラフィッシュでは受精(dpf)25後、すべての解析の結果、性別が初めて検出されます。
1. エタノール処理
2. 顔の染色と画像診断
3. 遺伝子型分け
4. 形状解析に用いられるソフトウェア
5. 分析対象のすべてのサンプルに対して顔骨格を一貫して画像化すること
6. tpsソフトウェアによる画像準備
7. tpsソフトウェアへの画像入力
8. 画像にランドマークを追加する
9. MorphoJを用いたProcrustes ANOVAによる形状解析
10. データセットの標準的変量解析
11. 過去のソフトウェアにおけるマノバ
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ゼブラフィッシュのエタノール誘発的な顔形変化を特定するために、私たちは無料で利用可能なソフトウェアアプリケーションを組み合わせて顔骨格の形態学的データを生成・定量化しました。bmp7aヘテロ接合体成体保因魚の胚を生成し、6〜24 hpfのエタノール処理を行いました。これらの交配から得られた幼虫は5 dpfに固定され、顔面軟骨はアルシアンブルーで染色されました。各遺伝子型および処理群の幼虫ごとに内臓頭蓋の画像が撮影されました(図1A-D)。内臓頭蓋骨の軟骨は代表的な画像でラベル付けされています(図1E)。tpsDigs2を使って各画像にランドマークを配置し保存しました(代表画像、図1E')。この「ランドマークラベル付き」画像のデータセットはMorphoJにインポートされました。形状の変動に基づいて個体の分布を可...
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FASDは、顎の低形成などの頭蓋顔面障害を含む幅広い発達障害を特徴とします。ゼブラフィッシュは、人間に遺伝的に保存されていること、高い繁殖率、半透明の幼生、外部受精によりFASDの強力なモデルです。ゼブラフィッシュは数十年にわたり頭蓋顔面骨格の形成とエタノールが発生に与える影響を研究するために用いられてきました。6,12,13,15,18,28,29。より最近の研究では、エタノールが顔の発達に与える影響が探求されています。この研究の鍵は顔の形状の適切な分析です。本論文では、FASDにおける顎の形状の有意な形態変...
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著者たちは何も明かすことはありません。
本記事で紹介された研究は、国立衛生研究所/国立アルコール乱用研究所(NIH/NIAAA)からのC.B.L.への助成金R01AA031043支援を受けています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| tpsUtil, tpsDig2, MorphoJ | https://sbmorphometrics.org | フリーウェアソフトウェア - ダウンロードには管理者権限が必要な場合があります | |
| 過去 | https://www.nhm.uio.no/english/research/resources/past/ | フリーウェアソフトウェア - ダウンロードには管理者権限が必要な場合があります | |
| 複合ブライトフィールド顕微鏡 | オリンポス | BX53 |
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