$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Gastrulacja i towarzyszące jej ruchy morfogenetyczne są kluczowe dla kształtowania zarodka myszy1. Zmiany w kształcie i organizacji komórek podczas morfogenezy dyktują informacje o położeniu w celu regulowania losu komórki, a także pozwalają powstałym szlakom sygnałowym precyzyjnie wykonywać swoje funkcje w celu dywersyfikacji nowo powstałych listków zarodkowych1. Tworzenie przejściowych struktur organizacyjnych i centrów sygnalizacyjnych, takich jak węzeł i struna grzbietowa, jest niezbędne do realizacji programu rozwojowego2. Biolodzy rozwojowi wykorzystali różne techniki do badania morfogenezy tych struktur, z których najbardziej godną uwagi jest wykorzystanie reporterów komórkowych i obrazowania na żywo ex vivo w celu śledzenia dynamiki zachowania komórkowego i subkomórkowego2,3,4. W tym raporcie skupiamy się na opisaniu szczegółów naszych zoptymalizowanych protokołów dla dwóch z tych technik: skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i immunofluorescencji całej góry (WMIF), które były i nadal odgrywają zasadniczą rolę w badaniu morfogenezy węzła i płytki struny grzbietowej, prekursora struny grzbietowej.
Węzeł embrionalny myszy to miseczka komórek w kształcie łzy, która znajduje się na brzusznej powierzchni zarodka myszy wokół wczesnych do późnych etapów fałdowania głowy podczas gastrulacji i morfogenezy (dzień embrionalny, E7.5-E8)2,5,6,7. Płytka struny grzbietowej morfologicznie emanuje z przodu z węzła3. Każda komórka w węźle i płytce struny grzbietowej charakteryzuje się pojedynczą rzęską, która wystaje na zewnątrz, która jest dłuższa w komórkach węzłowych, ale której długość zmienia się w zależności od etapu rozwoju2. Wykazano, że rotacja rzęsek w dole węzła jest ważna dla sygnalizacji, która określa asymetrię lewo-prawo4. Płytka struny grzbietowej jest prekursorem struny grzbietowej, centrum sygnalizacyjnego, które jest ważne dla tworzenia wzorów sąsiednich somitów i leżącej nad nią cewy neuronowej3.
Ze względu na atrybuty lokalizacji (powierzchnia), kształt (kubek) i posiadanie odrębnych zewnętrznych struktur komórkowych (rzęsek), SEM jest tradycyjnie używany do wizualizacji węzła i płytki struny grzbietowej oraz badania ich powstawania i struktury2,7. SEM jest również używany do badania zmian w strukturze samego węzła lub rzęsek na jego komórkach w mutacjach, które wpływają na gastrulację, morfogenezę, a także tworzenie rzęsek8,9,10. SEM to technika, która wykorzystuje skupioną wiązkę elektronów do badania topologicznej ultrastruktury zewnętrznej powierzchni materiałów takich jak próbki biologiczne11. Próbka jest zwykle utrwalana, suszona, a następnie napylana metalami w celu obserwacji pod skaningowym mikroskopem elektronowym, jak opisaliśmy w kroku 1.
WMIF to technika barwienia służąca do wizualizacji produktów genów, takich jak białka, w trzech wymiarach (3D). WMIF tkanek, narządów, a nawet całych organizmów dostarcza informacji przestrzennych o rozkładzie sygnału i kształcie powstałej struktury w 3D. Technika opiera się na utrwaleniu próbki, a następnie barwieniu jej fluorescencyjnymi koniugatami. Zarodki myszy ~ E7,5 są małe i przezroczyste, dlatego idealnie nadają się do protokołów WMIF do wizualizacji węzła i płytki struny grzbietowej. Na przykład czynnik transkrypcyjny Barchyury (T) ulega ekspresji w jądrach węzła i płytki struny grzbietowej, a w mniejszym stopniu w prążku pierwotnym, wokół E7,5-E8 rozwoju embrionalnego, a dobrze działające przeciwciała przeciwko T firmy WMIF są dostępne na rynku i umożliwiają procedurę barwienia. Komórki węzła i płytki struny grzbietowej charakteryzują się również zwężonymi powierzchniami wierzchołkowymi, które są skierowane na zewnątrz, a zatem mogą być barwione falloidyną sprzężoną z fluorescencją w celu oznaczenia F-aktyny w zwężeniach wierzchołkowych. Używając tych odczynników jako przykładów, kombinacja barwienia T i F-aktyny przez WMIF zapewnia reprezentację węzła i płytki struny grzbietowej w 3D u gastrulatujących zarodków myszy, jak pokazujemy w kroku 2 8. Jednak markery rzęsek, takie jak ARL13B lub acetylowana tubulina, a także inne markery węzła i płytki struny grzbietowej, takie jak FOXA2, mogą być również używane do wykonywania WMIF na rozwijających się zarodkach myszy3,4.
Wykazaliśmy, że białko 1 (STRIP1) oddziałujące z prążkowiem jest niezbędne do prawidłowego gastrulacji i morfogenezy u zarodka myszy8. STRIP1 jest kluczowym składnikiem kompleksów fosfataz i kinaz oddziałujących z prążkowiem (STRIPAK), które my i inni zaangażowaliśmy w organizację cytoszkieletu aktynowego8,12. Główną wadą zarodków z mutacją Strip1 jest tworzenie mezodermy osiowej (węzeł i płytka struny grzbietowej) oraz wydłużenie przednio-tylnej osi ciała. Użyliśmy SEM i WMIF do analizy węzła i płytki struny grzbietowej w zarodkach z mutacją typu dzikiego (WT) i Strip1, jak pokazujemy w reprezentatywnych wynikach i odpowiednich rysunkach.