$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Hoewel het gebruik van melanine voor fotoprotectie verschillende keren in het dierenrijk is geëvolueerd, hebben gewervelde dieren het proces schijnbaar geperfectioneerd. Speciale pigmentproducerende cellen met een uitgebreide machinerie om melanine te synthetiseren en te bevatten, worden bewaard van vis tot mens1. Het resultaat van pigmentatie is echter dramatisch gevarieerd, variërend in de kleur tot recipience en presenteert zich als levendige patronen op integumenten, de huid en het haar2. Ondanks de diversiteit is het repertoire van genen die betrokken zijn bij pigmentatierespons opvallend bewaard gebleven. De kerncomponenten van de melanine-synthetiserende machinerie, zoals de belangrijkste melanine-synthetiserende enzymen, de componenten van de melanosomen en de stroomopwaartse connectiviteit met de signaalroute, blijven in wezen identiek tussen organismen. Subtiele genetische verschillen veroorzaken dramatische veranderingen in de patronen van pigmentatie die worden waargenomen bij soort3. Vandaar dat een omgekeerde genetische benadering in een lager gewerveld organisme, de zebravis (Danio rerio), een uitstekende gelegenheid biedt om de betrokkenheid van genen bij het weergeven van de gepigmenteerde toestand te ontcijferen4.
Zebravisembryo's ontwikkelen zich van een eencellige bevruchte zygote tot een larve binnen een tijdspanne van ~24 uur na de bevruchting (hpf)5. Opvallend is dat de melanocyt-equivalente cellen - de melanoforen - grote cellen zijn die aanwezig zijn in de dermis en opvallen door het donkere melaninegehalte6. Deze van neurale top afgeleide cellen stralen ~11 hpf uit en beginnen ~24 hpf 6,7 te pigmenteren. Geconserveerde genexpressiemodules hebben de identificatie mogelijk gemaakt van sleutelfactoren die melanocytenfuncties orkestreren en hebben geleid tot de ontwikkeling van transgene fluorescerende reporterlijnen Tg (sox10: GFP), Tg (mitfa: GFP) en Tg (ftyrp1: GFP) 8,9,10 die selectieve stadia van melanocytenontwikkeling labelen. Het gebruik van deze transgene vislijnen maakt de ondervraging van celbiologie van melanocyten op organismaalniveau in de weefselcontext mogelijk met geschikte aanwijzingen volgens de ontwikkelingstijdlijnen. Deze reporters vullen pigmentgebaseerde kwantificering van melanocyten aan en maken een duidelijke beoordeling van melanocytenaantallen mogelijk, ongeacht het melaninegehalte.
Dit artikel biedt een gedetailleerd protocol voor het ontcijferen van de biologie van melanocyten door twee kritische parameters te beoordelen, namelijk melaninegehalte en melanocytenaantallen. Terwijl de eerste een veel voorkomende functionele uitlezing is die voortkomt uit een hypopigmentatierespons, wordt de laatste geassocieerd met een vermindering van de specificatie of overleving van melanocyten en wordt vaak geassocieerd met genetische of verworven depigmentatieomstandigheden. De algemene strategie van deze omgekeerde genetische screening is om geselecteerde genen het zwijgen op te leggen met behulp van een morfolino en de melanocyt-specifieke uitkomsten te onderzoeken. Het melaninegehalte wordt geanalyseerd met behulp van beeldgebaseerde kwantificering van gemiddelde grijswaarden, gevolgd door bevestiging met behulp van een melaninegehaltetest. Het aantal melanocyten in verschillende stadia van rijping wordt geanalyseerd met behulp van beeldgebaseerde kwantificering en verder bevestigd met behulp van FACS-analyse. Hier wordt het screeningsprotocol gedemonstreerd met behulp van twee kandidaatgenen, namelijk koolzuuranhydrase 14, betrokken bij melanogenese, en een histonvariant H2AFZ.2 die betrokken is bij de specificatie van melanocyten uit de neurale topvoorloperpopulatie. Terwijl de eerste het melaninegehalte verandert en niet het melanocytenaantal, verandert het laatste het aantal gespecificeerde melanocyten en bijgevolg het melaninegehalte in het embryo. Al met al biedt deze methode een gedetailleerd protocol om de rol van een kandidaat-gen in pigmentatie te identificeren en zijn rol te onderscheiden bij het beheersen van melanocytenaantallen versus melaninegehalte.