Zdolność do wizualizacji ważnych procesów rozwojowych u kręgowców in vivo przyczyniła się do tego, że danio pręgowany stał się kluczowym modelem do badania warunków normalnych i chorobowych (recenzowane w 1,2). W szczególności siatkówka nerwowa jest dostępną częścią ośrodkowego układu nerwowego. Siatkówka nadaje się do łatwego przeprowadzania badań neurogenezy ze względu na jej wysoce zorganizowaną, ale stosunkowo prostą strukturę i wysoce konserwatywne typy neuronów u różnych gatunków kręgowców 3. Dynamika zachowań komórkowych, takich jak proliferacja, wyjście z cyklu komórkowego, asymetryczny podział komórki, specyfikacja losu, różnicowanie i tworzenie obwodów nerwowych, może być śledzona przez cały proces retinogenezy, który kończy się w centralnej siatkówce danio pręgowanego przez 3-dniowe zapłodnienie (dpf) 4,5,6,7.
Ponadto, wymagania funkcjonalne różnych genów w każdym z wyżej wymienionych etapów mogą być jednocześnie oceniane w siatkówce danio pręgowanego, co daje przewagę nad innymi modelami kręgowców, w których fenotypy wynikające z zastosowania technik nokautowania genów mogą być oceniane tylko na podstawie pośmiertnego badania utrwalonych tkanek. W szczególności zastosowanie linii transgenicznych, w których możemy wizualizować i monitorować ekspresję białek fluorescencyjnych jako transgenów reporterowych w siatkówce, pozwala nam uzyskać czasową rozdzielczość ekspresji genów, która leży u podstaw genezy określonego typu komórki neuronalnej. Ze względu na szybki rozwój danio pręgowanego, zdarzenia te można wizualizować przez cały okres rozwojowy, zapewniając w ten sposób głębszy wgląd w czasowe znaczenie ekspresji genów w odniesieniu do nabywania tożsamości komórek neuronalnych i zachowania komórek.
Wreszcie, te podejścia mogą być efektywnie połączone u danio pręgowanego z generowaniem chimer poprzez przeszczepy, co daje wgląd w dwa kluczowe aspekty funkcji genów. Po pierwsze, badanie komórek przeszczepionych z zarodka dawcy, w którym dany gen został powalony podczas ich rozwoju w nieoznakowanym środowisku typu dzikiego, pozwala nam uzyskać istotne informacje na temat funkcji genu w sposób autonomiczny dla komórki. Prowadzi to do ważnych spostrzeżeń na temat funkcji czynników determinujących los siatkówki w komórkach progenitorowych, w których normalnie ulegają ekspresji. Przykładem tego jest badanie losów rozwojowych przodków, którzy nie mogą już wytwarzać funkcjonalnego białka z tych genów 4,6,8,9. Wykorzystując to podejście, wykazaliśmy, że wiele czynników determinujących los (np. Vsx1, Atoh7, Ptf1a, Barhl2) działa autonomicznie komórkowo, kierując określonymi losami neuronów siatkówki; Brak ekspresji genów prowadzi przede wszystkim do zamiany losu, tak że komórki z knockdownem genu zachowują żywotność poprzez przyjęcie alternatywnego losu komórki 4,6,7,10. Po drugie, takie chimeryczne eksperymenty można wykorzystać do oceny, jak zachowują się przodkowie typu dzikiego, gdy rozwijają się w różnych środowiskach genetycznych. Na przykład, porównując rozwój komórek WT, które zwykle wyrażają gen będący przedmiotem zainteresowania (i transgen reporterowy) w WT w porównaniu ze zmanipulowanym środowiskiem gospodarza (np. nokaut / knockdown genu), można ocenić wynikający wpływ na ekspresję genów i los komórki. Wykazano na przykład, że brak pewnych typów neuronów w środowisku gospodarza wpływa na zachowanie progenitorów typu dzikiego w sposób nieautonomiczny komórki, skłaniając je do różnicowania się w niedostatecznie reprezentowane lub brakujące typy neuronów 4,7,11,12. Biorąc pod uwagę, że neurony siatkówki rodzą się w konserwatywnej kolejności histogennej przez sekwencyjną ekspresję określonych genów determinujących los neuronów (ekspresja genu losu) (przejrzane w 13), użyliśmy tych metod, aby pokazać, jak wpływa na czas ekspresji genu losu u progenitorów typu dzikiego, gdy takie progenitory rozwijają się w środowisku gospodarza siatkówki z indukowanym nieprawidłowym składem komórkowym. W tym miejscu przedstawiamy te podejścia jako dowód na to, w jaki sposób połączenie stosunkowo standardowych i szeroko stosowanych technik umożliwia badanie czasu ekspresji genów losu w rozwoju komórek progenitorowych siatkówki 8,9.
Ten protokół opisuje eksperymentalne podejście łączące obrazowanie poklatkowe z łatwością przeprowadzenia przeszczepu w rozwijającym się ex vivo zarodku danio pręgowanego, aby śledzić poszczególne mozaikowo znakowane komórki przez cały okres rozwojowej retinogenezy. Wykonując funkcjonalne manipulacje genami w zarodku gospodarza, zarodku dawcy, obu lub żadnym z nich, można ocenić autonomię funkcji genów w komórkach. Podejście to można w szerokim zakresie zaadaptować do podobnych pytań badawczych w każdym innym systemie, dla którego odpowiednie są poszczególne opisane tutaj komponenty.