여기서는 Astyanax mexicanus 의 표면 및 동굴 적응형 형태형에서 뇌와 장 전체를 해부하고 추출하는 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 전사체학, 대사체학, 장내 미생물군 분석 등 후속 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
여기서는 Astyanax mexicanus 의 표면 및 동굴 적응형 형태형에서 뇌와 장 전체를 해부하고 추출하는 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 전사체학, 대사체학, 장내 미생물군 분석 등 후속 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
강골철고기는 발달학부터 유전학, 신경과학에 이르기까지 다양한 연구 질문에 답하는 데 사용되며, 최근에는 장-뇌 축의 복잡성, 더 넓은 맥락에서 장-뇌-간 축의 복잡성을 이해하는 데 활용되고 있습니다. 멕시코 테트라( Astyanax mexicanus)는 형태학적·생리학적으로 구별되는 형태형(강에 서식하는 표면어류와 동굴에 적응한 맹목 동굴어류 등)이 존재함에 따라 비교 및 발달 진화 체계에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 동굴 서식지에 대한 적응은 형태학적 특성, 행동 특성, 장내 미생물군 다양성의 변화와 관련이 있으며, 이는 실험실 조건에서도 발견됩니다. 이로 인해 미생물군, 대사 활동, 신경 적응, 복잡한 행동 출력 간의 상호작용에 대해 질문할 수 있는 가능성이 열렸습니다. 이러한 상호작용은 이제 정화된 뇌를 이용한 전뇌 지도 작성 연구와 장내 미생물 시퀀싱을 통해 표면 및 동굴 적응 표현형과 관련된 박테리아 다양성을 탐지할 수 있습니다. 그러나 대부분의 연구는 온전하고 신중하게 해부되며 보존된 전체 장기와 조직이 후처리 후 적용 시 유용하게 활용될 수 있습니다. 이 프로토콜은 뇌와 장 해부를 단계별로 설명하며, 표면 어류와 동굴어류 형태형 모두에 대해 전체 뇌와 복부 장기를 제거하고 분리합니다.
척추동물 어류를 포함한 동물 모델은 비교적 단순하고 접근 가능한 시스템에서 생물학적 현상과 복잡한 병리를 모델링하는 데 중요한 도구입니다. 예를 들어, 제브라피시(Danio rerio)는 가장 널리 사용되는 철골어류 모델 중 하나로, 발달, 유전학, 생리학, 행동을 연구하는 데 다양한 방법을 적용하여 생의학 및 신경행동과학에 큰 영향을 미쳤습니다. 1,2,3,4,5,6,7,8. 현재 제브라피시를 사용하는 큰 장점은 기능 상실 돌연변이 계통에서 장기 및 조직 조직학과 병리학을 연구할 수 있는 다양한 방법이 있다는 점이며, 단계별 해부 프로토콜이 존재한다는 점입니다.
하지만 지난 수십 년간 진화생물학 분야 내 다른 유형의 질문을 던질 수 있는 여러 가지 강골병 어류 모델들이 등장해 왔는데, 여기에는 진화생물학 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21, 노 화 기전의 생물학적 메커니즘 등 다양한 질문을 던질 수 있습니다2,22, 독성학23,24, 그리고 기타25,26. 예를 들어, 멕시코 테트라(Astyanax mexicanus)는 멕시코 북동부에서 유래한 강골어류로, 강에 서식하는 표상어와 30개 이상의 시각장애 동굴 동굴 어류 개체군을 가지고 있습니다(그림 1)12.
동굴어는 눈 손실12,27, 색소 상실28, 감각 체계 확장(17,29,30), 지방 저장증가 12,31 등 다양한 형태학적 특징을 적응하여 적대적인 동굴 서식지에서도 생존할 수 있게 했습니다. 이 물고기들은 또한 수면 감소19,20, 불안32, 무리 생활33, 공격성 13,18,19,20,29,34,35,36,37 등 다양한 행동 특성에 적응했습니다조상 수상 어류와 비교해 말이죠. 이러한 특성의 대부분 적응은 유전적 변이와 환경적 압력(35, 36, 28, 강과 동굴 간 서식지 차이)의 결합에서 비롯된 것으로 보입니다. 형태학적 및 행동적 특성 적응에 대한 유전적 변이의 영향에 대해 질문할 수 있는 점점 더 유용한 모델입니다. 16,18,19,20,35,38,39 그리고 최근에는 장내 미생물군 다양성에 미치는 영향 14,15뇌, 장, 간 등 장기 수집이 필요할 수 있는 질문들에 대해, 커뮤니티 전반에서 사용할 수 있는 표준화된 대해부학 해부 프로토콜이 필요합니다. A. 멕시코누스의 전뇌 해리와 장기 해리는 이전에도 시행된 바 있지만, 이러한 해부를 시간 효율적으로 수행하는 방법을 이해할 수 있는 원스톱 포괄적 방법이 부족하며, 이는 대사체학40, 메타게노믹스41을 위한 샘플 수집이 필요한 많은 프로젝트에 매우 중요합니다. 또는 전체 장기 영상16,38. 저희의 목표는 이 모델에서 장기 접근에 대한 문제 해결의 장벽을 제거하여 커뮤니티 사용자들이 연구에 원활하게 집중할 수 있도록 하는 것입니다.
이 프로토콜에서는 Astyanax mexicanus 종의 성체 표면어와 파촌 동굴어의 뇌 및 위장 해부를 위한 단계별 방법을 개략적으로 제시합니다. 이 방법론은 장내 미생물군, 조직 대사체학, 그리고 광선 현미경에서의 전뇌 영상화를 위한 뇌 정화 등 다양한 하위 프로토콜에 적용할 수 있습니다. 이 기술은 동일한 표본에 동시에 적용할 수 있도록 적용 가능합니다.
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이 프로토콜은 IACUC 승인 프로토콜 2024-0004 및 A790125에 따라 푸에르토리코 대학교 분자과학센터 및 의과학 캠퍼스에서 수행됩니다.
1. 사전 해부 설정
2. 성체 표면 어류 및 동굴어의 뇌 해부

그림 1: Astyanax mexicanus 형태형. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴물고기. 스케일 바: 10 mm 이 피규어의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 2: 머리 분리 . (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 3: 분리된 어류 머리에서 턱을 제거한 모습. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 4: 분리된 어류 머리에서 눈을 제거한 모습. 동굴어에서는 조직을 얇게 만들기 위해 해당 부위를 긁어내는 것을 시행할 수 있습니다. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 5: 어류 머리의 상부를 관통하는 시상면 . (A) 표면 어류. (B) 파촌 동굴물고기. 스케일 바: 5 mm 이 도형의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 6: 머리 측면 분리와 뇌 노출 현상. (A) 표면어류. (B) 파촌 동굴물고기. (C, D) 두개골 바닥에서 뇌를 제거했습니다. 스케일 바: 5 mm 이 도형의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 7: A. mexicanus 지역 뇌 해부학. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴물고기. 스케일 바: 5 mm 이 도형의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.
3. 성체 표면 어류 및 동굴어의 장 해부

그림 8: 위장관 박리용 핀 배치. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 9: 해부 전 절단 부위. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 10: 오페르큘럼 제거 및 창문 생성. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 11: 표면 측면 피부와 근육 제거. (A) 표면 어류. (B) 파촌 동굴 물고기 이 도표의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 12: 근육과 피부를 제거한 후 성체 어체 내 장 기들. (A) 복강이 노출되고 알을 제거하여 장기를 노출한 암컷 표면어. (B) 복강과 장기가 노출된 수컷 표면어. (C) 복강이 노출되고 알을 제거해 장기를 노출한 암컷 파촌 동굴물고기. (D) 복강과 장기가 있는 수컷 파쵸 동굴물고기. 검은 화살표는 위장관 다발이 발견되는 부위를 가리킵니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 13: 물고기 체강에서 제거된 위장 다발. (A) 표면 어류. (B) 파촌 동굴물고기. 스케일 바: 10 mm 이 피규어의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 14: 표면어류와 동굴어류의 분리된 위장 장기들. (A) 수상 어류. (B) 파촌 동굴물고기. 스케일 바: 10 mm 이 피규어의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.
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이 프로토콜에 따라 뇌와 장 내용물을 추출하고, 완전한 장, 텔레스팔론, 시카피 길이를 측정하여 표면어류와 파쵈 동굴어의 형태형을 비교했습니다(그림 15). 통계적 비교를 위해 독립 표본 웰치 t-검정을 사용했으며, 표본 크기는 n = 6마리의 표면 어류와 n = 6마리의 파촌 동굴 물고기였습니다. 수면 어류는 파촌 동굴어보다 시안의 시각막 크기가 유의미하게 커졌으며, 이는 이전에 발표된 뇌 등록 프로토콜16,38과 일치하며, 수상 어류의 길이가 더 컸습니다(수상 어류 = 2.53 ±± 0.30 mm; 파촌 동굴 물고기 = 1.82 ±± 0.25 mm; t = −4.44, p = 0.00137; 코헨 d = 2.56), 그리고 수상 어류의 폭도 더 넓습니다(수상 어류 = 4.29 ±± 0.49 mm; 파촌 동...
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진화에서 생의학 신경과학, 미생물학에 이르기까지 여러 분야에서 A. mexicanus의 연구 모델로서 점점 더 중요해지고 있으며, 표준화된 장기 해부 및 수집 방법이 필요하다. 이전에 시적 테크 톰16,38, 성체 심장11, 기타11,44 등 고립된 구조가 연구되고 문서화되었으나, 이 종의 표면 어류 및 동굴어에서 효율적으로 해부된 장기에서 재현 가능한 결과를 얻을 수 있는 체계적 지침은 부족하다. 이 지침들은 장기 채취를 위한 표준화된 프로토콜을 제공하고 멕시코 테트라의 두 형태형의 해부학에 대한 원스톱 자료를 제공함으로써 이러한 모델을 연구하는 연구 커뮤니티에 도움이 될 것입니다. 이러한 이유로, ...
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이해 상충은 없습니다. 모든 절차는 IACUC 승인 프로토콜 2024-0004를 따릅니다.
이 연구는 NIH 보조금 5R16EY037336-02, RCMI 보조금 U54 MD007600, NIH 보조금 1P20GM156713-01(COBRE 푸에르토리코 미생물 과학 센터)의 지원을 받고 있습니다.
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