$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rozwój skóry ptasiego zarodka jest doskonałym modelem do badania mechanizmów morfogenezy ze względu na wyraźne wzorce i dostępność do mikrochirurgii i manipulacji1,2. Jednak ocena zdarzeń komórkowych i molekularnych w nienaruszonych tkankach może być trudna, ponieważ obecność obcych tkanek może komplikować obserwacje mikroskopowe. Co więcej, możliwość manipulowania ekspresją genów w celu zbadania ich roli w morfogenezie skóry nie zawsze jest prostym zadaniem. Odkryliśmy, że możemy testować funkcje genów za pomocą transdukcji retrowirusowej z wyższym wskaźnikiem powodzenia przy użyciu modeli eksplantatów skóry. Tutaj omawiamy zalety trzech opracowanych modeli eksplantacji skóry.
Hodowla embrionalnej skóry ptaków to potężny system do oceny zachowania komórek, regulacji genów i funkcji podczas rozwoju pąków piór skóry3,4,5,6. Pozwala na ocenę molekularnych mechanizmów rozwoju pąków piór poprzez globalne dodawanie czynników wzrostu umieszczonych w pożywkach hodowlanych lub ich lokalne uwalnianie z kulek pokrytych czynnikiem wzrostu. Rozwojowymi genami regulatorowymi można również manipulować za pomocą transdukcji genów wirusa w nienaruszonych lub dominujących formach ujemnych do badań funkcjonalnych oceniających ich rolę w określonych zdarzeniach morfogenetycznych 7,8.
Kultura rekombinacji nabłonkowo-mezenchymalnej ptaków umożliwia badaczom określenie udziału każdego składnika skóry we wczesnych stadiach morfogenezy skóry. Zastosowanie tego podejścia przez Rawlesa ujawniło, że interakcje między mezenchymą a nabłonkiem są niezbędne do tworzenia przydatków skóry9. Mezenchyma może tworzyć kondensacje, a nabłonek jest potrzebny do indukowania i utrzymywania mezenchymalnych formacji kondensacji2. Później podejście to wykorzystano do oceny, dlaczego kurczaki bezłuskowe nie tworzą piór. Odkryto, że wada występuje w mesenchyme10. Dhouailly przeprowadził badania rekombinacji tkankowo-mezenchymalnej na zarodkach różnych gatunków. Badania te dostarczyły rozwojowych i ewolucyjnych informacji na temat komunikacji nabłonkowo-mezenchymalnej, która sprzyja morfogenezie skóry3.
To badanie zostało wykorzystane do lepszego zrozumienia czynników kontrolujących wzrost piór. Metoda poprawia również wizualizację zdarzeń komórkowych i molekularnych związanych z modelowaniem skóry, które mają miejsce podczas inicjacji, rozwoju i wydłużania piór wzdłuż osi przednio-tylnej. Kiedy nabłonek zostanie oddzielony od mezenchymy, a następnie oba składniki zostaną ponownie połączone, nowe interakcje przywracają wzór skóry. Takie podejście pozwala nam ocenić mezenchymalne sygnały indukujące i cząsteczki kompetencji nabłonkowej, które umożliwiają naskórkowi reagowanie na sygnały mezenchymalne11. Można również zbadać późniejszą ekspresję molekularną, która jest wymagana do rozwoju pąków piór i tworzenia wzoru. Badania te wykazały, że lokalizacja pąków jest kontrolowana przez mezenchymę. Rotacja nabłonka o 90o przed rekombinacją z mezenchymą pokazuje, że kierunek wydłużania się pąków piór jest kontrolowany przez nabłonek. Ta metoda była dla nas niezbędna do zbadania mechanizmu molekularnego regulującego orientację pąków piór12.
Kultura rekonstytucji ptasiej skóry, w której mezenchyma skóry jest dysocjowana na pojedyncze komórki przed posiewem o dużej gęstości komórek i pokryta nienaruszonym nabłonkiem, resetuje komórki skóry właściwej do stanu pierwotnego. Następnie eksplant samoorganizuje się, tworząc nowy okresowy wzorzec niezależny od poprzednich cues13. Ten model rekonstytucji skóry może być wykorzystany do badania początkowych procesów okresowego modelowania piór. Zastosowaliśmy to podejście, aby zbadać, w jaki sposób modulowanie stosunku komórek mezenchymalnych do pojedynczego fragmentu nabłonka może wpływać na rozmiar lub liczbę pąków piór. Stwierdzono, że liczba pąków wzrosła, ale nie wielkość pąków, ponieważ zwiększył się stosunek komórek mezenchymalnych. Kolejną zaletą tego podejścia jest to, że transdukcja wirusa w komórkach mezenchymalnych wykazuje wyższą skuteczność niż w pozostałych dwóch warunkach hodowli i może wytwarzać bardziej oczywiste fenotypy.