$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
동물은 수십 개의 서로 다른 조직과 기관으로 구성된 수백 가지의 서로 다른 세포 유형으로 구성된 매우 복잡한 시스템입니다. 배아 발달 과정에서 세포 그룹이 서로 상호 작용하는 방식과 환경과 상호 작용하는 방식을 연구하면 성인 신체가 어떻게 구성되는지 더 잘 이해할 수 있을 뿐만 아니라 질병과 선천적 결함의 분자 및 세포 토대를 밝힐 수도 있습니다. 특정 모델 시스템은 다른 모델보다 특정 생물학적 문제를 해결하는 데 더 적합하며 과학자들은 유기체 생물학의 전체 다양성을 조사하기 위해 다양한 종과 실험 기술을 사용합니다. 예를 들어, 주어진 발달 생물학 실험에는 유전 공학, 동물 해부, 분자 생물학, 생화학 및 고해상도 현미경이 포함될 수 있습니다. 이러한 방법은 서면 설명과 그림만으로는 재현하기 어려울 수 있으므로 적절한 기술과 분석 방법의 보급을 촉진하기 위해 비디오 형식으로 문서화하는 것이 중요합니다.
특히 신경계에서 발달 메커니즘과 재생 사이의 관계는 매우 중요한 관심 분야이며, 제브라피쉬인 Danio rerio는 평생 성장과 재생 능력으로 인해 이 분야의 핵심 모델이 되었습니다. 특히, 망막의 세포와 시신경 질관 사이에는 복잡한 상호 작용이 있으며, 이러한 상호 작용은 눈과 뇌에 새로운 뉴런이 추가됨에 따라 적절한 연결을 설정하는 데 필요합니다1. Hagen et al. 살아있는 제브라피쉬 배아에서 눈 제거 후 신경 성장과 발달이 신경 제거에 의해 어떻게 영향을 받는지 특성화하는 기술을 설명합니다2. 그들은 1) 눈 제거 수술을 수행하는 방법, 2) 수술 후 유충 배양, 3) 뇌 샘플을 고정, 해부 및 보관하는 방법, 4) 면역형광 수행, 5) 샘플을 적절하게 장착하고 이미지화하는 방법을 자세히 설명합니다. 이 기술은 고정 조직에서 다양한 신경 발달 과정을 연구하는 데 사용할 수 있으며 살아있는 배아에서의 실험을 위해 수정될 수도 있습니다.
신경능선 세포(NCC)는 색소 세포, 연골, 뼈, 평활근, 뉴런 및 아교세포를 생성하는 중요한 발달 계통을 나타내며, 이러한 세포는 많은 유형의 선천적 결함과 관련이 있습니다3. 인상적인 다능성 외에도 NCC는 발달 중에 상피에서 중간엽으로의 전환에 이어 광범위한 이동을 거치므로 세포 운명과 형태 사이의 상호 작용을 이해하는 데 매혹적인 패러다임이 됩니다4. 병아리 배아는 NCC를 생 체 내에서 시각화하고 생체 외에서 배양할 수 있어 다른 시스템에서는 어려운 다양한 유형의 분자 처리가 가능하기 때문에 NCC 생물학을 연구하기 위한 강력한 시스템입니다. Jacques-Fricke et al. 피브로넥틴으로 코팅된 커버슬립에서 1차 NCC 배양을 생성하기 위해 두개골 신경 주름을 배양하는 유연한 방법을 설명한 다음 고정 이미징 또는 라이브 이미징 실험을 수행할 수 있습니다5. 그들은 1) 배아를 배양 및 분리하고, 2) 신경 주름을 해부 및 도금하고, 3) NCC를 고정 및 염색하고, 4) NCC 형태를 정량화하고 분석하는 방법을 설명합니다.
기저막(상피 세포의 기저 표면을 따라 생성되는 세포외 기질)은 동물 전체의 조직 형태 및 장기 기능을 확립하는 데 중요합니다6. 형성 난자를 둘러싸고 있는 초파리 여포 상피는 기저막7의 모든 주요 보존 성분을 분비하고 매트릭스가 난실의 "외부"를 향하여 현미경 기반 분석을 용이하게 하기 때문에 기저막이 어떻게 형성되는지 연구하기 위한 훌륭한 모델입니다8. Shah와 Devergne은 소포 트래피킹이 기저막 형성에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해 가장 널리 사용되는 유형의 초고해상도 현미경 중 하나인 Airyscan을 사용하는 방법을 설명합니다9. 그들은 1) 초파리 난소를 수집 및 고정하고, 2) 면역형광을 수행하고, 3) 샘플을 적절하게 장착하고, 4) 3차원 분석을 위해 고품질 초고해상도 데이터 세트를 캡처하는 방법을 보여줍니다. 이 기사에는 형광 이미지를 정량화하려는 모든 사람에게 일반적으로 관심을 가질 수 있는 포화되지 않은 3차원 공초점 데이터 세트의 적절한 획득에 대한 매우 유용하고 간결한 자습서가 포함되어 있습니다.
현미경 기반 초고해상도 기술(예: STED, SIM 및 Airyscan)10 이 점점 보편화되고 있지만 표준 공초점 현미경보다 비싸고 모든 연구자가 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 초고해상도 이미지를 얻기 위한 대체 기술은 팽창 가능한 하이드로겔(11)에 포매 및 결합하여 생물학적 샘플을 3차원으로 물리적으로 확대하는 팽창 현미경(ExM)입니다. 그런 다음 확장 된 샘플을 표준 공초점 현미경을 사용하여 시각화하여 다른 유형의 초해상도 현미경12에 필적하는 수십 나노미터 정도의 측면 해상도를 가진 이미지를 생성할 수 있습니다. 우리 그룹은 표준 공초점 현미경으로 검출할 수 없는 액토미오신 세포골격 및 미토콘드리아 네트워크의 세포내 특징을 밝히기 위해 전체 마운트 초 파리 배아에 ExM을 구현하는 방법을 설명합니다13. 우리는 1) 적절하게 단계화된 배아를 선택하고, 2) 면역형광을 수행하고, 3) 확장을 위해 배아를 준비 및 장착하고, 3) 배아를 분해 및 확장하고, 4) 초해상도 데이터 세트를 수집하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 1mm 정도의 광범위한 생물학적 표본에 대해 수정할 수 있어야 하며 광범위한 생물학 실험실에서 접근할 수 있어야 합니다.
발달 생물학은 필연적으로 동물에서 발생하는 세포 생물학을 정량화하기 위해 다양한 과학 분야의 기술을 활용하는 매우 독창적이고 학제간 분야입니다. 여기에서는 동물 발달 중 세포 형태와 세포 내 단백질 국소화를 조사하는 고전적 기술과 최첨단 기술을 모두 특징으로 하는 제브라피시, 병아리 및 초파리의 네 가지 발달 생물학 방법을 강조합니다. 현재 이 분야는 세포 형태 및 행동의 정량적 분석을 전사체 및 단백질체 실험과 결합하여 동물 발달을 제어하는 분자와 생체역학적 힘의 전체 다양성을 밝히는 데 중점을 두고 있습니다.