우리는 심장 전구 세포의 3D + 시간 이미징을 가능하게 하는 마우스 배아 배양 및 이미징을 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 비디오 툴킷은 텍스트 전용 출판물에서 얻기 어려운 성공적인 라이브 이미징에 필요한 핵심 기술을 다룹니다.
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우리는 심장 전구 세포의 3D + 시간 이미징을 가능하게 하는 마우스 배아 배양 및 이미징을 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 비디오 툴킷은 텍스트 전용 출판물에서 얻기 어려운 성공적인 라이브 이미징에 필요한 핵심 기술을 다룹니다.
심장 발달의 첫 번째 단계는 세포 행동과 분화의 급격한 변화를 의미합니다. 고정된 배아를 분석하면 특정 발달 단계를 스틸 스냅샷에서 자세히 연구할 수 있지만, 라이브 이미징은 배아가 발달하는 과정을 이미징하여 세포 이동, 모양 변화 및 분화와 같은 동적 형태 발생 사건을 캡처합니다. 이것은 고정 분석을 보완하고 배아 발생 동안 장기가 어떻게 발달하는지에 대한 이해를 넓혀줍니다. 장점에도 불구하고 라이브 이미징은 기술적인 문제로 인해 마우스 모델에서 거의 사용되지 않습니다. 초기 마우스 배아는 생체 외에서 배양할 때 민감하며 효율적인 처리가 필요합니다. 마우스 발달 연구에서 라이브 이미징의 광범위한 사용을 촉진하기 위해 이 논문은 마우스 배아에서 장기간 획득할 수 있는 이광자 라이브 현미경에 대한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 프로토콜 외에도 배아 처리 및 배양 최적화에 대한 팁이 제공됩니다. 이것은 초기 마우스 기관 형성의 주요 사건을 이해하는 데 도움이 될 것이며, 심혈관 전구 생물학에 대한 이해를 높일 것입니다.
심장은 배아 발생 초기에 형성되어 전체 배아에 영양분을 펌핑하기 시작하면서 계속 발달합니다1. 마우스 배아에서, gastrulation이 시작된 지 1 일 반 후, 초보적인 심장 기관이 전극 2,3에 모입니다. 초기 줄무늬(ES) 단계에 이르면 상복부의 심장 전구체는 원시 줄무늬를 통해 초기 중배엽층 4,5,6으로 침투하고 전극으로 이동하기 시작하여 분화하여 원시 심장관을 형성합니다. 이 과정을 통해 초기 심장 전구체는 이동과 더불어 세포 재배열, 형태 변형, 분화를 겪는다7(그림 1).
초기 심장 전구체는 기능 기관을 동시에 구별하고 구축하는 놀라운 능력으로 인해 거의 한 세기 동안 연구자들을 매료 시켰습니다. 지난 20년 동안, 클론 분석 및 조건부 녹아웃 모델은 초기 심장 발달이 매우 역동적인 과정 8,9,10에서 뚜렷한 세포 공급원을 연루시킨다는 것을 보여주었다. 그러나 원시 심장관의 3D 구조와 형태 형성의 역동적인 특성으로 인해 연구하기가 어려우며(그림 1), 우리는 그것의 완전한 복잡성을 이해하는 것과는 거리가 멀다11.
이러한 동적 세포 과정을 연구하기 위해 라이브 이미징 방법은 이제 전례 없는 세부 정보를 제공합니다 7,12,13,14. 마우스 모델에서 실시간 접근 방식은 정적 분석 7,13,15로 다루기 어려운 발달 주제를 조사하는 데 핵심이었습니다. 장기간의 생체 외 배양과 강력한 현미경 설정이 빠르게 발전하고 있지만16,17, 살아있는 배아를 성공적으로 이미지화할 수 있는 전문 지식을 갖춘 연구자는 거의 없습니다. 종이 기반 출판물은 실시간 이미징 실험을 재현하기에 충분한 기술적 세부 정보를 제공하지만 일부 기술과 트릭은 시각적 예제나 피어 투 피어 지원 없이는 파악하기 어렵습니다. 이 학습 과정을 가속화하고 실험실 간에 실시간 이미징 사용을 확산하기 위해 우리는 가스를 배출하는 마우스 배아에 대한 라이브 이미징을 수행하는 데 필요한 기술을 수집하는 비디오 프로토콜(그림 2)을 조립했습니다.

그림 1: 마우스 배아에서 심장 전구 세포의 초기 분화는 위축의 시작부터 원시 심장관 형성 이전 단계까지 진행됩니다. 심장 전구 세포는 gastrulation이 시작된 직후 중배엽으로 침투하여 배아의 반대쪽으로 이동합니다. 형태학적 및 배아일(E) 단계가 다이어그램 위에 기록됩니다. 점선 화살표는 gastrulation 동안 원시 심장 튜브 전구 세포의 이동 궤적을 나타냅니다. 이 수치는11에서 채택되었습니다. 약어: ES = Early Streak; MS = 중간 줄무늬; EHF = 초기 머리 접기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 초기 심장 전구체의 실시간 이미징을 위한 워크플로 다이어그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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모든 동물 절차는 CNIC 동물 실험 윤리 위원회, 마드리드 커뮤니티(참조 PROEX 220/15)의 승인을 받았으며 실험 및 기타 과학적 목적으로 사용되는 동물 보호에 관한 EU 지침 2010/63EU 및 권장 사항 2007/526/EC를 준수했으며, Real Decreto 1201/2005에 따라 스페인 법률에서 시행되었습니다.
이 프로토콜에는 NOTCH 활성 Tg(CBF:H2BVenus,+)18를 보고하는 형광 형질전환 마우스 라인에서 두 마리의 수컷을 사용하는 것이 포함됩니다. 이 프로토콜에 사용된 재료, 동물 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오.
1. 공구 및 홀더 사용자 정의
2. 매체 준비
3. 배아 해부
4. 현미경 준비
5. 배아 장착
6. 이미지 획득

그림 3: 실시간 이미징 도구 및 설정 . (A) 실체현미경 하에서 아가로스 코팅된 접시로 마우스 배아를 해부합니다. (B) 라이브 이미징을 위해 마우스 배아를 해부하는 단계의 다이어그램. (C) 홀더의 배아 위치. (D) 배아 홀더 디자인 및 기능. (F) 침지 목표 주변의 인큐베이터 챔버. (G) 타임랩스 획득을 위한 최종 설정 다이어그램. 스케일 바 = 500 μm (A). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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우리는 원시 심장관 형태 형성 동안 내피 세포로 분화하려는 초기 심장 전구체에서 NOTCH 신호 활성화를 시각화하기 위해 프로토콜을 사용했습니다. 이를 위해 야생형 C57BL/6-N 마우스와 Tg(CBF:H2BVenus,+) 마우스18 을 교배하여 노란색 형광 단백질 Venus를 통해 NOTCH 활성을 보고하는 배아를 얻었습니다. E7.5에서 금성 형광은 신경 외배엽 전체에 존재하며 내장 및 배아 외 중배엽에 몇 개의 양성 핵이 있습니다. 4시간 후, 내피 전구체는 금성을 활성화하고 조립하여 심내막관과 기저 대동맥을 형성하며, 이는 7시간 후에 밀폐된 구조가 됩니다(그림 4).
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초기 심장 전구 세포는 원시 심장 관을 조직하여 아직 형성되는 동안 박동하기 시작합니다. 이 과정이 어떻게 일어나는지 이해하는 것은 특정 형태 발생 사건에 대한 선천성 심장 결함의 광범위한 스펙트럼을 정확히 찾아내는 데 중요합니다. 이를 위해 라이브 이미징은 시간적 해상도가 증가하여 정상 및 결함 있는 배아 발달을 연구할 수 있는 기회를 제공합니다. 이것은 초기 심장 전구 세포가 여러 분화 및 이동 행동을 통해 빠르게 전환되기 때문에 연구하는 데 특히 유용합니다7.
단일 표본에서 다양한 배아 단계를 연구할 수 있기 때문에 여기에 제시된 라이브 이미징 프로토콜을 사용하여 정적 분석에서 연구된 형태 발생 사건의 보간을 확증할 수 있습니다. 이것은 발달 사건의 순서를 지속적으로 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 또한, 실시간 분석은 다차원 데이터를 산출하며, 이를 통해 세포 행동을 측정함으로써 전례 없는 정밀도로 세포 유형을 분류할 수 있다<...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
저자는 이 방법에 대한 이전 연구에 대해 Kenzo Ivanovitch 박사와 배아 장착에 대한 초기 전문 지식을 제공한 Shigenori Nonaka 박사(일본 국립 자연 과학 연구소) 그룹에 감사를 표합니다. 이 연구는 스페인 Ministerio de Ciencia e Innovación의 Grant PGC2018-096486-B-I00 및 EU Horizon 2020 프로그램의 Grant H2020-MSCA-ITN-2016-722427에서 MT로, FEDER Andalucía 2014-2020 운영 프로그램에서 JND로의 Grant 1380918의 지원을 받았습니다. MS는 La Caixa Foundation PhD 펠로우십(LCF/BQ/DE18/11670014)과 The Company of Biologists 여행 펠로우십(DEVTF181145)의 지원을 받았습니다. CNIC는 스페인 과학부와 ProCNIC 재단의 지원을 받습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| #55 포셉스 | 뒤몽 | 11295-51 | |
| 35 mm 접시와 유리 커버슬립 바닥 14 mm 지름 | Mattek | P35G-1.5-14-C | |
| 35 mm 바이스 테이블 | Grandado | SKU 8798771617573 | |
| 50 mL 튜브 | BD Falcon | 352070 | |
| 증류수 | |||
| DMEM - Dulbecco의 수정된 독수리 중간 | Gibco | 11966025 | L-글루타민 포함, 글루코스 없음, Na Pyruvate |
| 없음 태아 소 혈청 | Invitrogen | 10438-026 | |
| 형광 리포터 형질전환 마우스 (Tg(CBF:H2BVenus,+) | JAX | ||
| 플루오로브라이트 DMEM | 써모피셔 | A1896701 | 라이브 셀 이미징을 위한 DMEM |
| 고진공 실리콘 그리스 | Dow Corning | Z273554-1EA | |
| 홀더 와이어용 | Perlen Pressen | pwb1 | |
| LSM 780 Upright 현미경 | Zeiss | ||
| MaiTai Deepsee의 원적색 펄스 레이저는 980nm | Spectra-Physics | ||
| Non Descanned Detectors에 장착되어 있습니다 청록색-노란색 (BP450-500/BP520-560), 녹색-빨간색 (BP500-520/BP570-610) 및 노란색-빨간색 (BP520-560/BP645-710) | Zeiss | ||
| 대상: 20x water dipping 1.0 NA, 긴 작동 거리 | Zeiss | ||
| P1000 및 P200 피펫 | |||
| 파라핀 오일 | Nidacon | VNI0049 | |
| 페니실린 스트렙토 마이신 | Invitrogen | 15070-063 | (최종 농도는 50 &mu이어야합니다. g/mL 페니실린 및 50 μ g/mL 스트렙토마이신) |
| 페트리 접시 35 mm x 10 mm | BD 팔콘 | 351008 | |
| 피펫 팁 | |||
| 폴리메틸 메타크릴레이트 | 오래된 실험실 장비에서 재사용 | ||
| 혈청 배양 배아, 수컷 쥐 SPRAGUE DAWLEY RjHan SD | Janvier Labs | 9979 | |
| 160 mm 미세 RS | PRO | 541-6933 | |
| 표준 1.0 mm 유리 모세관 | Anima Lab | ; 1B100F-3 | |
| 멸균 0.22 & m 주사기 필터 | Corning | 431218 | |
| 멸균 5 mL 주사기 | Fisher Scientific | 15809152 | |
| 텅스텐 바늘 | |||
| 초음파 균질화 장치 (초음파 발생기) | Bandelin | BASO_17021 |
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