Method Article

Methoden voor het karakteriseren van celmorfologie en eiwitlokalisatie tijdens ontwikkeling en regeneratie

June 9th, 2023

In This Article

Abstract

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

BESPROKEN ARTIKELEN:

  1. Hagen, O. L., Kim, Y., Kushkowski, E., Rouse, H., Cerveny, K. L. Verwijdering van ogen bij levende zebravislarven om innervatie-afhankelijke groei en ontwikkeling van het visuele systeem te onderzoeken. Journal of Visualized Experiments. (180), e63509 (2022).
  2. Jacques-Fricke, B. T., Roffers-Agarwal, J., Gustafson, C. M., Gammill, L. S. Bereiding en morfologische analyse van kippenecrale neurale topcelcultures. Journal of Visualized Experiments. (184), e63799 (2022).
  3. Shah, H. P., Devergne, O. Confocale en super-resolutie beeldvorming van gepolariseerd intracellulair transport en secretie van basementmembraaneiwitten tijdens Drosophila oogenese. Journal of Visualized Experiments. (183), e63778 (2022).
  4. Parveen, S., Jones, N., Millerschultz, I., Paré, A. C. Gebruik van expansiemicroscopie om hele Drosophila-embryo's fysiek te vergroten voor superresolutiebeeldvorming. Journal of Visualized Experiments. (194), e64662 (2023).

Discussion

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

Dieren zijn zeer complexe systemen die zijn samengesteld uit honderden verschillende celtypen, georganiseerd in tientallen verschillende weefsels en organen. Het bestuderen van hoe groepen cellen met elkaar en hun omgeving interageren tijdens de embryonale ontwikkeling geeft ons niet alleen een beter begrip van hoe volwassen lichamen zijn opgebouwd, maar kan ook de moleculaire en cellulaire grondslagen van ziekten en aangeboren afwijkingen onthullen. Bepaalde modelsystemen zijn beter geschikt voor het beantwoorden van specifieke biologische vragen dan andere, en wetenschappers gebruiken een breed scala aan soorten en experimentele technieken om de volledige diversiteit van organismische biologie te onderzoeken. Een gegeven experiment in de ontwikkelingsbiologie kan bijvoorbeeld genetische manipulatie, dierdissisectie, moleculaire biologie, biochemie en hoge-resolutiemicroscopie omvatten. Dergelijke methoden kunnen uitdagend zijn om te reproduceren op basis van alleen geschreven beschrijvingen en figuren, en daarom is het belangrijk om ze in videovorm te documenteren om de verspreiding van de juiste techniek en analysemethoden te bevorderen.

De relatie tussen ontwikkelingsmechanismen en regeneratie, met name in het zenuwstelsel, is een gebied van intensief onderzoek, en de zebravis, Danio rerio, is een sleutelmodel op dit gebied geworden vanwege zijn levenslange groei en regeneratieve capaciteiten. Opmerkelijk is dat er een complexe interactie is tussen cellen in het netvlies en het optische tectum, en deze interactie is noodzakelijk voor het tot stand brengen van de juiste verbindingen wanneer nieuwe neuronen aan de ogen en hersenen worden toegevoegd1. Hagen et al. beschrijven een techniek voor het karakteriseren van hoe neurale groei en ontwikkeling worden beïnvloed door denervatie na oogverwijdering bij levende zebravis-embryo's2. Ze beschrijven in detail hoe 1) oogverwijderingschirurgie wordt uitgevoerd, 2) larven worden gekweekt na de operatie, 3) de hersenmonsters worden gefixeerd, gedissecteerd en opgeslagen, 4) immunofluorescentie wordt uitgevoerd, en 5) de monsters correct worden gemonteerd en afgebeeld. Deze techniek kan worden gebruikt om een breed scala aan neuro-ontwikkelingsprocessen in vaste weefsels te bestuderen, en kan ook worden aangepast voor experimenten in levende embryo's.

Neurale crestcellen (NCC's) vertegenwoordigen een belangrijke ontwikkelingslijn die aanleiding geeft tot pigmentcellen, kraakbeen, bot, gladde spieren, neuronen en gliacellen, en deze cellen zijn betrokken bij vele soorten aangeboren afwijkingen3. Naast hun indrukwekkende pluripotentie ondergaan NCC's ook een epitheel-naar-mesenchym overgang gevolgd door uitgebreide migratie tijdens de ontwikkeling, waardoor ze een fascinerend paradigma zijn voor het begrijpen van de interactie tussen celbestemming en morfologie4. Kippenembryo's zijn een krachtig systeem voor het bestuderen van NCC-biologie, omdat NCC's kunnen worden gevisualiseerd in vivo en gekweekt ex vivo, waardoor ze veel soorten moleculaire behandelingen mogelijk maken die moeilijk zijn met andere systemen. Jacques-Fricke et al. beschrijven een flexibele methode voor het kweken van craniale neurale plooien om primaire NCC-culturen op fibronectine-gecoate dekglasjes te genereren, die vervolgens kunnen worden gevolgd door vaste-beelden of live-beelden experimenten5. Ze beschrijven hoe 1) de embryo's worden geïncubeerd en geïsoleerd, 2) de neurale plooien worden gedissecteerd en geplateerd, 3) de NCC's worden gefixeerd en gekleurd, en 4) de NCC-morfologie wordt gekwantificeerd en geanalyseerd.

De basale membraan—een extracellulaire matrix die langs het basale oppervlak van epitheliale cellen wordt gegenereerd—is cruciaal voor het tot stand komen van weefselmorfologie en orgaanfunctie bij dieren6. Het Drosophila folliculaire epitheel, dat de vormende ei omringt, is een uitstekend model voor het bestuderen van hoe basale membranen worden gevormd, omdat het alle belangrijke geconserveerde componenten van het basale membraan afscheidt7, en het matrix is georiënteerd naar de “buitenkant” van de eicellen, waardoor microscopie-gebaseerde analyses worden vergemakkelijkt8. Shah en Devergne beschrijven het gebruik van een van de meest populaire soorten superresolutiemicroscopieAiryscanom te onderzoeken hoe vesiculaire verkeer de vorming van basale membranen beïnvloedt9. Ze laten zien hoe 1) Drosophila ovaria worden verzameld en gefixeerd, 2) immunofluorescentie wordt uitgevoerd, 3) de monsters correct worden gemonteerd, en 4) hoogwaardige superresolutiegegevens worden vastgelegd voor driedimensionale analyse. We merken op dat dit artikel een uiterst nuttige en beknopte tutorial bevat over de juiste verwerving van niet-verzadigde, driedimensionale confocale datasets, wat van algemeen belang zou moeten zijn voor iedereen die fluorescentiebeelden wil kwantificeren.

Terwijl microscoopgebaseerde superresolutietechnologieën (bijv. STED, SIM en Airyscan)10 steeds gebruikelijker worden, zijn ze duurder dan standaard confocale microscopen en niet voor alle onderzoekers beschikbaar. Een alternatieve techniek voor het verkrijgen van superresolutiebeelden is expansiemicroscopie (ExM), die de fysieke uitbreiding van een biologisch monster in drie dimensies omvat door het in te bedden en te binden aan een zwellend hydrogel11. De uitgebreide monsters kunnen vervolgens worden gevisualiseerd met behulp van een standaard confocale microscoop om afbeeldingen te genereren met een laterale resolutie in de orde van tientallen nanometer, die concurreert met andere soorten superresolutiemicroscopie12. Onze groep beschrijft hoe ExM kan worden geïmplementeerd in

Disclosures

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

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

We willen graag de genereuze financiering erkennen van het National Institute of General Medical Science (NIGMS), onderdeel van de National Institutes of Health (NIH), dat de generatie van deze collectie en redactie mogelijk heeft gemaakt. Het Paré-lab wordt gefinancierd door een AREA-subsidie (1R15GM143729-01) aan Dr. Paré, en we maken ook deel uit van het Arkansas Integrative Metabolic Research Center (1P20GM139768-01 5743), een NIH Center of Biomedical Research Excellence.

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cerveny, K. L., Varga, M., Wilson, S. W. Continued growth and circuit building in the anamniote visual system. Developmental Neurobiology. 72 (3), 328-345 (2012).
  2. Hagen, O. L., Kim, Y., Kushkowski, E., Rouse, H., Cerveny, K. L. Eye removal in living zebrafish larvae to examine innervation-dependent growth and development of the visual system. Journal of Visualized Experiments. (180), e63509(2022).
  3. Pla, P., Monsoro-Burq, A. H. The neural border: Induction, specification and maturation of the territory that generates neural crest cells. Developmental Biology. 444, S36-S46 (2018).
  4. Piacentino, M. L., Li, Y., Bronner, M. E. Epithelial-to-mesenchymal transition and different migration strategies as viewed from the neural crest. Current Opinion in Cell Biology. 66, 43-50 (2020).
  5. Jacques-Fricke, B. T., Roffers-Agarwal, J., Gustafson, C. M., Gammill, L. S. Preparation and morphological analysis of chick cranial neural crest cell cultures. Journal of Visualized Experiments. (184), e63799(2022).
  6. Sekiguchi, R., Yamada, K. M. Basement membranes in development and disease. Current Topics in Developmental Biology. 130, 143-191 (2018).
  7. Lerner, D. W., et al. A Rab10-dependent mechanism for polarized basement membrane secretion during organ morphogenesis. Developmental Cell. 24 (2), 159-168 (2013).
  8. Wu, X., Tanwar, P. S., Raffery, L. A. Drosophila follicle cells: Morphogenesis in an eggshell. Seminars in Cell & Developmental Biology. 19 (3), 271-282 (2008).
  9. Shah, H. P., Devergne, O. Confocal and super-resolution imaging of polarized intracellular trafficking and secretion of basement membrane proteins during Drosophila oogenesis. Journal of Visualized Experiments. (183), e63778(2022).
  10. Heintzmann, R., Ficz, G. Breaking the resolution limit in light microscopy. Briefings in Functional Genomics. 5 (4), 289-301 (2006).
  11. Chen, F., Tillberg, P. W., Boyden, E. S. Optical imaging. Expansion microscopy. Science. 347 (6221), 543-548 (2015).
  12. Wassie, A. T., Zhao, Y., Boyden, E. S. Expansion microscopy: Principles and uses in biological research. Nature Methods. 16 (1), 33-41 (2019).
  13. Parveen, S., Jones, N., Millerschultz, I., Paré, A. C. Using expansion microscopy to physically enlarge whole-mount Drosophila embryos for super-resolution imaging. Journal of Visualized Experiments. (194), e64662(2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cell MorphologyProtein LocalizationDevelopmentRegenerationZebrafish LarvaeVisual SystemCranial Neural Crest CellsMorphological AnalysisConfocal ImagingSuper resolution ImagingIntracellular TraffickingBasement Membrane ProteinsDrosophila OogenesisExpansion MicroscopyWhole mount Embryos

Related Articles