방법 논문

담즙 중심의 간 재생을 연구하는 Zebrafish의에서 간세포 특이 절제

DOI:

10.3791/52785

⸱

2015년 5월 20일

 ,  ,  ,  , 
1Department of Developmental Biology, McGowan Institute for Regenerative Medicine, University of Pittsburgh

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

제브라피시 담즙 유도 간 재생의 기저에 있는 분자 메커니즘을 평가하는 데 도움이 되도록 우리는 니트로환원효소 발현 간세포가 메트로니다졸 처리 시 유전적으로 절제되는 간 손상 모델을 확립했습니다. 이 프로토콜에서는 간세포 절제 및 담즙 주도 간 재생을 능숙하게 조작, 모니터링 및 분석하는 방법을 설명합니다.

초록

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간은 재생 할 수있는 좋은 능력을 가지고있다. hepatocyte- 또는 담즙 중심의 간 재생 : 간세포, 간 실질 세포는 두 가지 방법 중 하나를 다시 생성 할 수 있습니다. 담즙 중심의 재생에, 재생 간세포가 담도 상피 세포 (BECS)에서 파생 된 반면 간세포 중심의 간 재생에 재생 간세포는, 기존의 간세포에서 파생됩니다. 간세포 중심의 간 재생에 크게 간 재생의 현재 이해에 기여한 우수한 설치류 모델이 있습니다. 그러나, 이러한 설치류 모델은 담즙 중심의 간 재생에 존재하지 않습니다. 우리는 최근에 BECS 광범위 심한 간세포 손실시 간세포을 야기하는 제브라 피쉬 간 손상 모델에보고했다. 이 모델에서, 간세포는 특히 약물 유전 학적 방법으로 절제되어있다. 여기에서 우리는 간세포를 브레이션과 BEC 중심의 간 재생 과정을 분석하는 상세 방법을 제시한다.이것은 간세포 특이 절제 모델은 또한 담즙 중심 간 재생의 기본 분자 세포 메커니즘을 발견하는데 사용될 수있다. 더욱이, 이러한 방법은 보강 또는 간 재생을 억제 작은 분자를 식별하는 화학 스크린에 적용될 수있다.

서론

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간은 고도로 회생 기관이다. 간 재생 중에 간세포를 재생, 간 실질 세포, 간세포 선재 (간세포 중심 간 재생) 또는 BECS (담도 중심 간 재생) -1,2-로부터 유도된다. 간 손상은 일반적으로 기존의 간세포의 증식을 유도한다; 간세포 증식가 손상된 경우에는, BECS 2-4 간세포에 기여할 수있다. 간 재생이 두 모드는 임상 적으로 중요하다. (인해 간 종양 또는 라이브 간 도너의 예), 인간 간 부분의 수술 제거하여 남은 간세포가 간에서 간 질량 손실을 복구하기 위해 증식. BECS 간 또는 전구 세포 (된 LPC)는 간세포의 재생에 기여하는 5,6- 나타나도록 반대로, 중증 간 질환 환자에서, 간세포 증식이 크게 손상된다. 설치류 2/3 부분 절제술 모델있는간세포가 잃어버린 간 질량을 복구 할 증식, 크게 간세포 중심의 간 재생 7,8의 현재 이해에 기여하고있다. 그러나, 재생 간세포가 주로 BECS에서 파생되는 유효한 설치류 모델이 없습니다. 여러 설치류 간 독소 모델 담즙 중심의 간 재생 2-4의 식별을 주도하지만, 생쥐에서 최근 혈통 추적 연구는 이러한 모델 9,10에서 간세포 재생에 BECS 최소한의 기여를 나타냅니다. 부분 간절 11-13 및 아세트 아미노펜 유도 간 손상을 포함 14,15 쥐 간 손상 모델의 일부는 제브라 피쉬인가 간 재생에 관여하는 유전자 또는 신규 경로의 식별을 주도하고있다. 그러나 간세포가 주도하지만, BEC-구동되지, 간 재생이 제브라 피쉬의 간 손상 모델에서 발생합니다. 따라서, 신규의 간 손상 모델되는 BECS 광범위 regenerat 기여간세포를 보내고하는 BEC 중심의 간 재생의 더 나은 이해를 위해 필요하다.

간세포 절제 모델의 전체적인 목적은 (1) BECS 광범위 재생 간세포에 기여하고, (2) BEC 중심 간 재생을 기본 분자 세포 메커니즘을 규명 된 간 손상 모델을 생성하기 위해 여기에 설명. 우리는 부상의 정도가 간 재생의 모드를 결정한다는 가정; 따라서, 우리는 담즙 중심의 간 재생이 심한 간세포 손상에 시작할 것이라고 예측했다. 이 가설을 테스트하기 위해, 우리는 유전자 변형 라인을 생성하여 제브라 피쉬의 간 손상 모델을 개발, Tg는 (fabp10a : CFP-NTR) S931, 즉 높은 간세포 특이 fabp10a에서 시안 형광 단백질 (CFP)와 융합 박테리아 Nitroreductase (NTR)를 표현 발기인. NTR은 세포 독성 약물에 비 독성 전구 약물, 메트로니다졸 (MTZ)를 변환하기 때문에, 단지 의도 절제한다 NTR-이 경우에는, 세포를 16-18을 발현, 간세포. MTZ 치료의 지속 시간을 조작함으로써, 간세포 박리의 정도를 제어 할 수있다. 이 모델을 사용하여, 우리는 최근 심한 간세포 손실시 BECS 광범위 또 다른 두 개의 독립적 인 연구에 의해 확인 하였다 (20, 21)의 재생 간세포 (19)을 야기한다는보고. 따라서, 상기 설치류 및 지브라 피쉬 간 손상 모델에 비해, 우리 간세포 절제 모델 BEC 중심 간 재생을 연구하는데 더욱 유리하다.

이 프로토콜은 제브라 간세포 절제 모델을 사용하여 간 재생 실험을 수행하기위한 절차를 설명한다. 이 모델은 담즙의 중심 간 재생을 기본 메커니즘을 결정하기위한 화학 화면을 억제 또는 간 재생을 보강 할 수 있습니다 작은 분자를 식별하기에 적합합니다.

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프로토콜

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Zebrafish의 표준 절차에 따라 제기 자란; 실험은 피츠버그 기관 동물 관리 및 사용위원회의 대학에 의해 승인되었습니다.

배아 / 애벌레 1. 준비

  1. 시간 제한 교배, 설정 성인 남성과 여성의 Tg (fabp10a : CFP-NTR) 수행 S931 hemizygous 또는 동형 접합체 물고기 O / N과 그들 사이에 디바이더를 배치합니다. 상대가 요구 될 때이 분할에게 다음 아침을 제거합니다. 미세 플라스틱 메쉬 스트레이너를 사용하여 물을 긴장에 의해 배아를 수집합니다.
  2. 거꾸로 스트레이너를 켜고 스퀴즈 병에서 분배 계란 물 좋은 스트림과 메쉬 표면을 씻어. 계란 물 25 ㎖로 100mm 배양 접시에 100 배아를 전송합니다. 페트리 접시 당 최대 100 배아를 유지하지 않고 28 ℃에서을 올립니다.
  3. 색소 침착을 억제하기 위해, 10 시간 포스트 수정 (HPF) 이전에 배양 접시에 페닐 티오 (PTU)를 추가, 전자를 제기80 HPF까지 mbryos / 애벌레. PTU의 최종 농도는 0.2 mm이다. 주의 : PTU 독성이다. 적절한 처리 지침에 따라 사용합니다.
  4. 배양 접시에, 0.016 %의 최종 농도에서 3- 아미노 벤조산 에틸 에스터 (Tricaine)을 첨가하여 애벌레를 마취. 그런 다음, 표면 형광 현미경 종류 CFP 양성 유충을 사용. 비슷한 간 크기의 애벌레를 사용하여 작거나 큰 간을 가진 사람을 버린다.
    주 : hemizygous 동형 접합체 유충 사이 간세포 박리의 정도에 차이가 없기 때문에 어떤 CFP 양성 유충 관계없이 강도를 사용할 수있다. 주의 : tricaine 독성이다. 적절한 처리 지침에 따라 사용합니다.
  5. Tricaine을 포함하는 계란 물을 제거하고 0.2 mM의 PTU 보충 계란 물을 추가합니다. 28 ° C에서 배아 / 애벌레를 유지합니다.

2. MTZ 치료

  1. 1 MTZ 분말 0.171 g을 용해하여 신선한 10 mM의 MTZ 솔루션을 준비00 ml의 달걀 물은 0.2 % DMSO 0.2 mM의 PTU 보충. 완전히 MTZ를 해산하기 위해 20 ~ 30 분 동안 신속하게 교반하면서 실온에서 솔루션을 섞는다. MTZ를 준비 할 때 MTZ을 용해하기 위해 및 유충에 MTZ 투과을 향상시키기 위해, DMSO를 추가합니다. 주의 : 장기간 노출 또는 MTZ의 증가 농도는 독성이다. 적절한 처리 지침에 따라 사용합니다.
  2. 두 개의 서로 다른 100mm 페트리 접시 또는 멀티 웰 플레이트에 유충의 원하는 번호를 전송하여 제어 및 실험 그룹으로 유충을 분리합니다. 실험군의 경우, 10 mM의 MTZ 용액 유충을 유지; 대조군을 위해, 0.2 % DMSO를 함유하는 달걀 물에 보관.
  3. 플레이트 또는 MTZ의 광 불 활성화를 막기 위해 알루미늄 호일로 MTZ 용액을 함유하는 페트리 접시를 커버하고, 28 ° C에서 배양한다. MTZ 치료 기간은 애벌레 단계 및 형질 전환 라인에 의존한다.
  4. 비슷한 심한 간세포 절제를 관찰하려면 의 Tg (fabp10a : CFP-NTR) 라인은 (36 시간의 기간 동안) 또는 5 DPF에서 (24 시간의 기간 동안) 중 3.5 일 이후 수정 (DPF)에서 MTZ 솔루션 유충을 취급합니다.

담즙 중심의 간 재생 3. 분석

  1. 절제 기간의 끝에서, 판에서 MTZ 용액을 제거한다. 계란 물 25 ㎖를 추가하여 MTZ 처리 유충을 씻으십시오. 계란 물을 폐기하기 전에 유충을 씻어 판을 2 ~ 3 회 소용돌이 친다. 세 번 반복 한 후 다시 한 번 달걀 물에 애벌레를 체험. 유충 고정화, 0.008 %의 최종 농도에서 Tricaine의 낮은 농도를 추가 MTZ 처리 된 유충 심장 부종 및 유생 사망을 방지한다.
  2. 간 기능 분석을 위해, CFP 필터 표면 형광 현미경 MTZ 처리 된 유충의 간 크기를 조사한다. 간 상대적인 크기에 기초하여 간세포 박리 수준을 평가 : 대 (비 절제 0-10 %의 유충), 중간 (부분적으로 절제하는 단계; 10-20 %), 및 완전히 절제 (매우 작은; 80~90%).
  3. 비 절제된 또는 부분적으로 절제 간와 유충을 제거합니다. 만 심각한 간세포 절제 나타내는 작은 간으로 유충을 유지합니다. 재생 0 시간 시점 (R0H)에서 간 분석을 위해, MTZ의 세척 및 CFP 정렬 후 유충을 수확. 그렇지 않으면, 수확에 대한 준비가 될 때까지 0.2 mM의 PTU 보충 달걀 물에 정렬 된 유충을 유지합니다.
  4. 1.5 ml의 microcentrifuge 관에 수확 유충을 전송하고 PEM 버퍼에 3 %의 포름 알데히드의 고정 솔루션 계란 물을 교체합니다. 회 전자의 O / N에서 4 ° C의에 튜브를 품어.
  5. PBSDT 1 ㎖​​로 고정 솔루션을 교체하고 5 분 동안 회전에 애벌레가 들어있는 튜브를 회전.
  6. 수동으로 해부 현미경 노른자와 가슴 지느러미를 제거, 100mm 페트리 접시 PBSDT를 포함하고 집게를 사용으로 고정 된 유충을 전송합니다. 1.5 ML 튜브에 20 해부 유충 TP까지 전송합니다.
    7. <리> 차단 솔루션 1 ml의 PBSDT 솔루션을 교체하고 2 시간 동안 실온에서 회 전자에 튜브를 바위.
  7. 일차 항체를 함유 용액을 차단 100 ㎕로 차단 솔루션 교체합니다. 천천히 회전의 O / N에서 4 ° C의에 튜브를 바위.
  8. 10 분마다 5 회 차 항체 용액을 제거하고 PBSDT 씻어. 그런 다음 차 항체를 포함하고 2 시간 동안 실온에서 회 전자에 바위 차단 솔루션의 100 UL를 추가합니다.
  9. 회 전자에 흔들어 실온에서 10 분마다에 대한 PBSDT 5 회 반복한다.
  10. 현미경 슬라이드에 옆으로 유충의 방향과 설치 미디어의 한 방울을 추가합니다. 조심스럽게 커버 유리로 커버 및 손톱 광택제와 커버 글래스를 밀봉. 지금, 그것은 공 초점 현미경에 대한 준비가되어 있습니다.

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결과

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3.5 DPF 5에 극적으로 감소 간 크기 (그림 1B)에서 36 시간 (A36h,이 절제를 의미)에 대한 MTZ 처리. CFP-NTR 및 fabp10a : MTZ의 세척 한 후, 간 재생 (R), 강한 fabp10a의 시작으로 간주을 DsRed 발현 30 시간 (그림 1B)에서 다시 나타났다. 간내 담즙 네트워크 BECS (22)의 막에 존재 ALCAM의 발현에 의해 평가로, 초기 붕괴 그러나 54 시간의 후 세척 (R54h) (그림 1C)에 다시 설립되었다. 이러한 데이터는 간 재생과 회복이 빠른 속도로 우리의 간 손상 모델에서 발생하는 것을 나타냅니다.

그림 2는 재생 간세포가 BECS에서 파생 된 것을 알 수있다. Tg는 (TP1 : H2B-mCherry) s939 라인은...

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토론

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심각한하지만 온화한하지, 간세포 절제는 담즙의 중심 간 재생을 유도한다. CFP-NTR 트랜스 : 따라서 MTZ 처리 및 세척을 다음, 그것은 fabp10a에서 극한 CFP 형광에 의해 평가 될 수 MTZ 처리 된 유충의 간 크기를 조사하는 것이 중요하다. 절제된 비 (0~5%) 또는 부분 (10 내지 20 %의) 간 절제를 표시 MTZ 처리 애벌레의 적은 비율 때문에, 소트 및 매우 작은 간으로 유충을 분석하는 것이 필수적이다 심한 간세포 절제를 나타낸다.

우리의 프로토콜에서, 우리는 5 DPF (36 시간 처리주기)에서 3.5으로 MTZ 제브라 유충을 처리하지만, 다른 단계 및 MTZ 처리 시간도 가능하다. 예를 들면, 애벌레는 5 내지 36 시간, 상기 처리 기간 유사한 6 DPF (24 시간 치료 기간)도 나타냈다 심한 간세포 절제로 처리 하였다. 두 개의 추가 그룹은 독립적으로 생성비슷한 fabp10a : NTR 형질 ...

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공개 사항

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저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

감사의 글

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저자는 Hukriede 박사와 Tsang 박사의 토론에 감사를 표합니다. M.K.는 NIH 교육 보조금(T32EB001026)의 지원을 받았습니다. 이 연구는 미국 간 재단(American Liver Foundation), 다임스 행진 재단(March of Dimes Foundation, 5-FY12-39) 및 NIH(DK101426)의 보조금으로 부분적으로 지원되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
3-아미노 벤조산 에틸 에스테르(트리카인) 분말시그마-알드리치A50400.4%(15mM) 트리카인 육수 만들기 : 트리카인 0.4g을 달걀 물과 함께 100mL에 넣습니다. pH 7로 조정하십시오.
디메틸 설폭사이드 (DMSO)시그마 - 알드리치D8418
메트로니다졸시그마 - 알드리치M1547
트리톤 X-100시그마 - 알드리치T8532
포름 알데히드시그마 - 알드리치252549
황산 칼슘 이수화물시그마 - 알드리치C3771
N- 페닐 티오우레아 (PTU)시그마 알드리치P7629
마운팅 미디어 (Vectashield)Vector LaboratoriesH-1000
100 x 15 mm 페트리 디쉬 덴빌 사이언티픽 Inc.M5300
클리어 네일 폴리Fisher Scientific50949071
파인 펜치파인 사이언스 도구11251-20Dumont #5 
유리 슬라이드Fisher Scientific12-544-1
유리 커버 슬립Fisher Scientific12-540-A 및 12-542-A18 x 18 mm
zn-5 (마우스 안티 Alcam)ZIRCzn-51:10 희석
염소 안티 Hnf4aSanta Cruzsc-6556 (C-19)1:50 희석
쥐 안티 RFP대립 유전자 생명 공학ACT-CM-MRRFP101:300 희석
AlexaFluor 647 AffiniPure 당나귀 안티 염소 IgG (H + L)Jackson laboratories705-605-1471 : 500 희석
AlexaFluor 647 AffiniPure Goat Anti-mouse IgG (H + L)InvitrogenA212401 : 500 희석
Cy3 당나귀 안티 쥐 IgGJackson laboratories712-165-1501 : 500 희석
해부 현미경Leica MicrosystemsS6F
상피 형광 현미경라이카 마이크로 시스템M205FA
컨포칼 현미경칼 자이스LSM700
달걀 물0.3 g/L 바다 소금 ' 인스턴트 오션' 및 0.5mM CaSO4 증류수.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[헤더]
10X PBS25.6 g Na2HPO4· 7H2O, 80g NaCl, 2g KCl, 2g KH2PO4.  증류수와 함께 1L에 넣으십시오.  pH 7을 조정합니다. 121°C에서 20분 동안 오토클레이브합니다.
1 X PBS에 1X PBSDT, 0.2% Triton X-100 및 0.2% DMSO.
PEM 버퍼30.2 g PIPES, 761 mg EGTA, 1 mM MgSO4.  증류수와 함께 1L에 넣으십시오.  pH 7을 조정합니다.
차단 용액: 열 비활성화 호스 세럼 1ml와 1X PBSDT 9ml를 혼합합니다.
시 즈

참고문헌

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