O embrião C. elegans é um importante sistema modelo para biologia celular mecanicista e análise da especificação do destino celular e eventos morfogenéticos que impulsionam o desenvolvimento embrionário1,2,3,4 ,5,6,7,8,9. Até o momento, grande parte da caracterização de eventos de nível celular e especificação do destino celular no embrião foi alcançada usando experimentos de imagem de resolução de imagem de resolução única (ou seja, aquisição a cada 10 a 100 s) de embriões expressando marcadores fluorescentes. Embora bem adequado para eventos na ordem de segundos a dezenas de minutos, essa abordagem torna-se tecnicamente limitante para a caracterização de processos mais longos, na ordem de horas a dias. O desenvolvimento embrionário desde a primeira clivagem até o fim do alongamento leva cerca de 10 h. Nesta escala de tempo, semi-alta-geração de métodos que permitiriam simultaneamente menor resolução de tempo de imagem (ou seja, aquisição em intervalos de tempo de 5-20 minutos) de coortes maiores de embriões, de diferentes condições, abriria uma nova gama de experimentos; por exemplo, permitindo esforços sistemáticos de triagem em larga escala e a análise de um número suficiente de embriões para comparações das consequências das perturbações moleculares.
Aqui, descrevemos um método de semi-alta-alta-entrada para monitorar c. elegans embrigenesis que permite a imagem de desenvolvimento simultânea de lapso de tempo 3D em 80-100 embriões, de até 14 condições diferentes, em uma única corrida noturna. O protocolo é simples de implementar e pode ser realizado por qualquer laboratório com acesso a um microscópio com capacidades de visita de ponto. Os principais passos deste protocolo são descritos na Figura 1. Em suma, os embriões são dissecados de adultos gravid expressando marcadores fluorescentes de interesse e transferir embriões jovens (estágio de 2-8 células) para poços de uma placa de 384 poços para imagem. Neste formato, o tamanho relativamente pequeno do poço canaliza embriões em uma área estreita, que facilite a identificação dos campos que contêm embriões múltiplos para a imagem latente do time-lapse. Para manter o desenvolvimento aproximadamente síncrono em toda a coorte de embriões, dissecções são realizadas em meios de comunicação refrigerados e a placa é mantida no gelo, o que impede o desenvolvimento significativo durante a janela de tempo de dissecação de uma hora de duração. A placa é transferida para o microscópio e embriões são filmados em uma sala com temperatura controlada durante a noite, em intervalos de tempo de 20 minutos, usando uma imersão de óleo 60x 1,35 NA lente, para coletar a gama z completa em 2 passos μm. Cinquenta campos, cada um contendo entre 1-5 embriões, são imagemdos em uma única corrida durante a noite. Dependendo do experimento desejado, a resolução de tempo pode ser aumentada (por exemplo, imagens em intervalos de 5 a 10 minutos) diminuindo proporcionalmente o número de campos de imagem.
Com este protocolo, mesmo uma única corrida noturna gera uma quantidade significativa de dados (80-100 embriões espalhados por 50 campos) e experimentos maiores podem rapidamente se tornar incontroláveis no que diz respeito à análise de dados. Para facilitar o processamento, visualização e racionalização da análise desses dados, um programa foi construído para cortar e orientar embriões e realizar etapas de pré-processamento (opcional) e uma macro ImageJ que compila os dados para simplificar a visualização. Esses programas podem ser usados para processar imagens coletadas usando abordagens convencionais, pois são independentes do método de imagem, exigindo apenas um único plano de campo brilhante. O primeiro programa leva em um campo 4D contendo vários embriões (opção GUI ou código-fonte embryoCrop.py) ou múltiplos campos 4D contendo vários embriões (screenCrop.py), planta embriões firmemente e os orienta em uma configuração anterior-posterior. Esses programas também dão aos usuários a opção de realizar subtração em segundo plano, correção de deriva e correção de atenuação. Os arquivos resultantes são uniformemente pré-processados, pilhas de tiff bem cortadas para cada embrião que são alteráveis à análise de imagem automatizada. Para tornar mais simples ver todos os embriões para cada condição, foi escrita uma macro ImageJ (OpenandCombine_embsV2.ijm), que reúne todos os embriões de uma determinada condição para uma única pilha de tiff e matrizes de imagens de campo brilhante e cor de projeção de intensidade máxima ( RGB) sobrecoloca, lado a lado, para cada embrião. Os métodos foram validados usando-os para caracterizar o desenvolvimento embrionário após a queda de 40 genes de desenvolvimento previamente descritos em um par de cepas personalizadas expressando marcadores fluorescentes otimizados para visualizar aspectos-chave da camada germinal especificação e morgênese10,11. Juntos, o protocolo de imagem embrionário semi-alta e as ferramentas de processamento de imagem permitirão experimentos de maior número amostral e esforços de triagem em larga escala destinados a entender os processos de desenvolvimento. Além disso, essas cepas também fornecerão um meio eficiente para examinar os efeitos das perturbações moleculares na embriogênese.