É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.

Artigo de método

Visualizando o cérebro em desenvolvimento em zebrafish vivo usando Brainbow e Imagem Confocal de lapso de tempo

8.5K visualizações

⸱

DOI:

10.3791/60593

⸱

23 de março de 2020

 ,  , 
1Biology Department, Lewis & Clark College

Neste artigo

Resumo

A imagem in vivo é uma ferramenta poderosa que pode ser usada para investigar os mecanismos celulares subjacentes ao desenvolvimento do sistema nervoso. Aqui descrevemos uma técnica para usar microscopia confocal de lapso de tempo para visualizar um grande número de células multicoloridas com rótulo barco-íris em tempo real dentro do sistema nervoso zebrafish em desenvolvimento.

Resumo

O desenvolvimento do sistema nervoso vertebrado requer uma coordenação precisa de comportamentos e interações celulares complexos. O uso de técnicas de imagem in vivo de alta resolução pode fornecer uma janela clara para esses processos no organismo vivo. Por exemplo, a divisão de células e sua descendência pode ser seguida em tempo real à medida que o sistema nervoso se forma. Nos últimos anos, os avanços técnicos em técnicas multicoloridas têm ampliado os tipos de questões que podem ser investigadas. A abordagem multicolor Brainbow pode ser usada não apenas para distinguir entre células semelhantes, mas também para codificar vários clones diferentes de células relacionadas que cada um deriva de uma célula progenitora. Isso permite uma análise de linhagem multiplex de muitos clones diferentes e seus comportamentos simultaneamente durante o desenvolvimento. Aqui descrevemos uma técnica para usar microscopia confocal de lapso de tempo para visualizar um grande número de células multicoloridas com rótulo sarco-íris ao longo do tempo real dentro do sistema nervoso zebrafish em desenvolvimento. Isso é particularmente útil para acompanhar interações celulares entre células como células, que são difíceis de rotular diferencialmente usando cores tradicionais orientadas por promotores. Nossa abordagem pode ser usada para rastrear relações de linhagem entre vários clones diferentes simultaneamente. Os grandes conjuntos de dados gerados com essa técnica fornecem informações ricas que podem ser comparadas quantitativamente entre manipulações genéticas ou farmacológicas. Em última análise, os resultados gerados podem ajudar a responder perguntas sistemáticas sobre como o sistema nervoso se desenvolve.

Introdução

Nas fases iniciais do desenvolvimento, grupos de células progenitoras especializadas se dividem repetidamente em zonas proliferativas, produzindo diversos conjuntos de células filhas. As células nascidas durante esse período de desenvolvimento se diferenciarão e viajarão para formar os órgãos nascentes. No sistema nervoso, progenitores como glia radial dão origem a neurônios imaturos em zonas ventriculares. À medida que os neurônios migram para longe dos ventrículos e amadurecem, o tecido em expansão eventualmente forma as estruturas altamente complexas do cérebro11,2,,3,4,5,6. A coordenação entre divisão de progenitores e diferenciação e migração de neurônios determinará o tamanho, a forma e, portanto, a função do cérebro, impactando diretamente o comportamento7,,8,,9,,10. Embora o controle rigoroso sobre esses processos seja claramente crucial para o desenvolvimento normal do cérebro, os mecanismos globais que regulam essas dinâmicas não são bem compreendidos. Aqui descrevemos uma ferramenta para estudar o desenvolvimento do sistema nervoso em uma resolução celular, permitindo que os pesquisadores visualizem células progenitoras e neurônios in vivo no cérebro de zebrafish em desenvolvimento com Brainbow e acompanhem seu comportamento ao longo do tempo através da microscopia confocal de lapso de tempo11. A abordagem também pode ser adaptada para visualizar outras partes do embrião em desenvolvimento.

Para observar e distinguir entre as células no cérebro de zebrafish em desenvolvimento, adaptamos a técnica de rotulagem celular Brainbow11. Brainbow utiliza a expressão combinada e determinada aleatoriamente de três proteínas fluorescentes distintas (FPs) para rotular uma população de células. Enquanto a expressão padrão para expressão Brainbow é o fp dTomato vermelho, a recombinação pela enzima Cre recombinase resulta na expressão de mCerulean (proteína fluorescente de ciano, CFP) ou proteína fluorescente amarela (YFP)12,13. A quantidade combinada de cada FP expressa em uma célula lhe dá uma tonalidade única, permitindo uma clara distinção visual das células vizinhas. Além disso, quando uma célula progenitora se divide, cada célula filha herdará a cor de sua célula mãe, produzindo clones codificados por cores e permitindo que os pesquisadores rastreiem a linhagem celular11,14. Embora originalmente usado para analisar circuitos neuronais em camundongos12, Brainbow tem sido expresso em uma grande variedade de organismos modelo, incluindo zebrafish15.

Nossa técnica se baseia em métodos anteriores de rotulagem e imagem multicoloridas para visualizar diretamente vários clones codificados por cores ao longo do tempo em zebrafish vivos. Devido à sua transparência óptica como embriões, os zebrafish são adequados para experimentos de imagem16, e estudos anteriores têm utilizado brainbow em zebrafish para estudar uma variedade de tecidos, incluindo o sistema nervoso11,15,17,18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27. A capacidade de imaginar diretamente o organismo vivo, juntamente com seu rápido desenvolvimento ex-utero, fazem do zebrafish um modelo valioso de desenvolvimento de vertebrados. Em contraste com o cérebro mamífero, toda a zona proliferativa do cérebro-zebrafish está prontamente disponível para imagens sem interrupção em seu ambiente endógeno6. Isso permite que experimentos sejam realizados no organismo vivo, em vez de preparações de tecidos in vitro ou fixos. Em contraste com os experimentos de imagem fixa, estudos in vivo permitem um desenho longitudinal, produzindo horas de dados que podem ser analisados para padrões, aumentando assim a probabilidade de observação de eventos relativamente raros. Dependendo da velocidade e duração dos eventos de interesse, os pesquisadores podem optar por realizar experimentos de imagem curtos (1-2 h) ou longos (até ~16 h). Usando o promotor de choque térmico de zebrafish 70 (hsp70, hsp), a expressão brainbow pode ser controlada temporalmente28,29. Além disso, a expressão de mosaico induzida por este promotor é adequada para rotular e rastrear muitos clones11.

A capacidade de identificar visualmente múltiplos clones dentro do cérebro vivo é uma vantagem deste método. Importantes estudos anteriores que investigaram o papel dos clones no desenvolvimento do sistema nervoso utilizaram vetores retrovirais para rotular uma única célula progenitora e sua descendência usando um único FP ou outra proteína prontamente visualizada. Essa rotulagem permite que os pesquisadores observem um único clone ao longo do tempo, seja in vitro ou in vivo2,,30,,31,,32,,33,,34,,35,,36,,37,,38. Em contraste com os métodos para rastrear o comportamento das células dentro de um clone, as cores distintas do Brainbow permitem que os pesquisadores observem a dinâmica entre os clones. Além disso, usando o Brainbow para rotular muitos clones dentro do cérebro, dados adicionais sobre o comportamento clonal são coletados em relação às técnicas que rotulam um único clone11. É importante ressaltar que as abordagens aqui descritas podem ser ampliadas para gerar comparações de desenvolvimento entre peixes submetidos a diferentes manipulações genéticas ou farmacológicas18. No geral, essas vantagens tornam o lapso de tempo em imagens confocais de zebrafish expressos em Brainbow ideais para pesquisadores que exploram o desenvolvimento do sistema nervoso vertebrado, particularmente aqueles interessados no papel dos clones.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Protocolo

Os procedimentos envolvendo animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Faculdade Lewis & Clark.

1. Microinjeção de Embriões de Zebrafish

  1. Configurar tipo selvagem, zebrafish adulto em tanques de acasalamento segregados por sexo na tarde anterior à realização de microinjeções39,40.
  2. Prepare a solução de DNA na manhã das microinjeções. Diluir hsp:Zebrabow11 DNA plasmático para uma concentração de ~10 ng/μL em 0,1 mM KCl, juntamente com 2,5% de vermelho fenol e 3,75U Cre recombinação enzima.
  3. Realizar microinjeções da solução de DNA em embriões de zebrafish de uma célula dentro de 45 min de fertilização39,41. Injete aproximadamente 4,2 nL desta solução em cada embrião, equivalente a ~42 pg de DNA plasmídeo.
    NOTA: A etapa de microinjeção pode ser omitida se uma linha de zebrafish transgênica, expressa por Brainbow, for acasalada em vez disso, como Tg (ubi:Zebrabow)15 e Tg (neurod:Zebrabow)18. A realização de microinjeções pode ser vantajosa porque permite aos pesquisadores titar o número da cópia e a densidade de rotulagem. Além disso, uma segunda construção de DNA que marca ou manipula um produto genético específico pode ser injetada ao lado de Brainbow, se desejar (por exemplo, uma proteína fluorescente muito vermelha que complementa brainbow18).
  4. Mantenha embriões injetados em placas de Petri de E3 médio39 em uma incubadora de 28 °C por 24 horas.

2. Choque térmico para induzir a expressão brainbow

NOTA: Se o DNA plasmídeo injetado ou o transgene expresso não utilizar o promotor hsp70 para conduzir a expressão, o passo de choque térmico pode ser ignorado, e embriões saudáveis devem ser imediatamente transferidos para feniltioriea (PTU) às 24 h pós fertilização (hpf).

  1. A 24 hpf, cull morto e deformado embriões do grupo de embriões injetados. Em seguida, transfira os embriões saudáveis para um tubo de 50 mL, com até 20 embriões/tubo.
  2. Encha os tubos com 10 mL de E3. Coloque uma tampa em cima de cada tubo, mas não feche firmemente.
  3. Coloque o rack do tubo contendo os tubos de 50 mL eretos em um banho de água de 37 °C. Certifique-se de que o nível de água no banho é maior do que o nível do E3 nos tubos e deixe-os por 80 a 90 min.
  4. Remova o rack do tubo com os embriões do banho de água e retorne à incubadora de 28 °C na vertical. Deixe até 1h para o E3 esfriar e os embriões se reaclimatem gradualmente à temperatura. Em seguida, transfira os embriões para placas de Petri de 0,2 mM PTU em E3 aquecido na incubadora para evitar pigmentação de embriões.
    ATENÇÃO: PtU é um produto químico tóxico que deve ser manuseado com cuidado e descartado adequadamente. Usar luvas é sugerido.

3. Triagem de Embriões para Expressão Brainbow

  1. De 2 a 4 h após o choque térmico, examine os embriões um microscópio de dissecção de fluorescência padrão para expressão de CFP ou YFP, que indica recombinação brainbow bem sucedida (da expressão padrão de dTomato).
    NOTA: Se várias opções de filtro de fluorescência estiverem disponíveis, a triagem para PCP é a maneira mais eficiente de identificar peixes bem recombinados. Se os filtros CFP e YFP não estiverem disponíveis, o YFP também pode ser visualizado vagamente filtros de proteína fluorescente verde (GFP) devido à sobreposição em seus perfis espectrais.
  2. Selecione embriões com expressão FP robusta por toda parte e transfira para um prato separado com PTU. Embriões de imagem a 1 dia após fertilização (dpf; 28 hpf ou posterior) ou manter embriões em PTU e imagem a 2 ou 3 dpf.

4. Montagem de embriões para imagens in vivo

  1. Antes do dia do experimento, prepare a câmara de imagem e a ferramenta de manipulação de embriões.
    1. Prepare a câmara de imagem colando cuidadosamente um anel de plástico ao centro de uma placa de Petri de 60 mm.
    2. Opcionalmente, prepare um manipulador de embriões feito medida para mover embriões dentro do prato e oriente os embriões durante a montagem. Construa o manipulador sobrecarregando um pequeno comprimento de linha de pesca de nylon (~1/2 em, ~6 lb) até o final de um palito de algodão de madeira que foi cortado para ~4 de comprimento.
  2. Se necessário (ou seja, imagem a 2 dpf ou anterior), antes de montar os embriões dechorionados usando seringas um microscópio de dissecção.
  3. Anestesie embriões de zebrafish.
    1. Encha uma placa de Petri de 60 mm no meio do caminho com E3 e adicione 5-6 gotas de 4 mg/mL MS-222 Tricaine-S a uma concentração final de ~0,2 mM. Redemoinho para misturar.
      ATENÇÃO: Tricaine deve ser manuseado com cuidado e descartado adequadamente.
    2. Transfira os embriões do PTU para a solução tricaine, garantindo que o mínimo de PTU seja transferido o mais possível. Enquanto os reflexos dos peixes devem cessar após 1-2 min, deixe os embriões em tricaine por até 10 min para garantir a anestesia completa para experimentos de imagem de lapso de tempo.
    3. Confirme se os embriões estão devidamente anestesiados. Avalie o reflexo do reflexo do início tocando suavemente as caudas do embrião com o manipulador de embriões. Se um movimento reflexo for observado, adicione uma gota adicional de tricaine ao prato o mais longe possível dos embriões e gire para misturar. Observe a freqüência cardíaca do embrião sob um escopo de dissecção. Se for anormalmente lento, adicione gotas adicionais de E3 ao prato para reduzir a concentração de tricaine.
  4. Monte embriões anestesiados em agarose.
    1. Transfira o peixe para o centro do anel plástico dentro da câmara de imagem e remova o máximo de E3 possível usando uma pipeta de transferência de ponta fina.
    2. Usando uma pipeta de transferência limpa, cubra o peixe com 1,0% de agarose de derretimento baixo (LMA) em E3 armazenado a 42 °C e encha todo o anel de plástico com uma fina camada de agarose. Use uma pipeta de transferência para puxar suavemente os embriões para cima na ponta da pipeta e voltar para a agarose sem introduzir bolhas de ar.
    3. Antes que a agarose endureça, use rapidamente um manipulador de embriões para orientar o peixe adequadamente. Se a imagem estiver com um microscópio vertical, posicione os embriões o mais próximo possível da superfície superior da agarose. Posicione os embriões paralelos à parte inferior da câmara de imagem com a cauda reta.
      NOTA: Para imagens cerebrais posteriores, os embriões podem ser posicionados em uma visão dorsal ou sagital. Deve-se tomar cuidado para garantir que as cabeças dos embriões não afundem enquanto a agarose ainda estiver líquida. Outras orientações podem ser apropriadas para direcionar outros tecidos em desenvolvimento para imagens. Para microscópios invertidos, a montagem seria feita de forma diferente, normalmente posicionando o peixe perto do fundo de uma placa de Petri com fundo de vidro.
  5. Espere a agarose endurecer, depois encha a câmara de imagem com E3. Adicione o máximo de E3 possível para explicar a evaporação ao longo da imagem.

5. Imagem confocal de lapso de tempo do desenvolvimento de zebrafish hindbrain

  1. Coloque a câmara de imagem no microscópio confocal em preparação para a imagem.
    1. Coloque a câmara de imagem com o peixe e o E3 no microscópio confocal.
    2. Selecione um objetivo com alta abertura numérica e uma longa distância de trabalho, como um objetivo de imersão de água de 20x (1,0 NA).
    3. Encontre uma região com rotulagem adequadamente densa e brilhante do tipo de célula de interesse.
      NOTA: Um estágio/aparelho controlado pela temperatura no microscópio também pode ser usado para regular a temperatura e a umidade durante longas sessões de imagem. Isso pode diminuir a evaporação.
  2. Configure os parâmetros de aquisição para a imagem brainbow.
    1. Imagem de cada canal FP sequencialmente. Se usar um software comercial (por exemplo, software Zen), isso é feito preparando três "faixas". Use um laser Argon para excitar CFP a 458 nm e YFP a 514 nm. Use um laser DPSS 561 nm para excitar dTomato. Coletar emissões entre 463-509 nm para PCP, 519-555 nm para YFP e 566-691 nm para dTomato.
    2. Para exibição na tela, código CFP como azul, YFP como amarelo e dTomato como vermelho.
      NOTA: Essas configurações variam dependendo de quais linhas de laser e outras características estão disponíveis no microscópio confocal. Para aumentar a velocidade da imagem, os canais CFP e dTomato podem ser imagemao mesmo sem sangramento apreciável. Se um FP separado também estiver sendo imagem, como um FP muito vermelho, isso pode ser recapturado sequencialmente ou simultaneamente com o YFP.
    3. Configure os parâmetros gerais de imagem para tirar imagens de 16 bits com uma resolução de pelo menos 1024 x 1024 e uma média de duas vezes. Ajuste o zoom dependendo da região e do tipo de interesse celular (ou seja, para imagens de cérebro traseiro com um objetivo de 20x, o zoom irá variar de 1,0 a 2,5). Maximize o campo de visão para permitir o crescimento dos peixes ao longo do tempo.
    4. Visualizando uma faixa de cada vez (e desligando outros lasers para evitar o fotobranqueamento), otimize as configurações de aquisição para cada FP individualmente (por exemplo, potência do laser, tamanho do pinhole, ganho de tubo fotomultiplicador, etc.).
    5. Selecione o intervalo de pilha Z para a imagem.
      NOTA: Para longas sessões de imagem (>2 h), leve em consideração que o peixe continuará a crescer ao longo do curso de imagem, assim, tanto o campo XY quanto a gama de pilha Z devem explicar isso com espaço extra. Se a imagem do cérebro traseiro, inclua espaço no campo para que o tecido se mova rostralmente durante o período de imagem. O espaço também precisa ser incluído para o crescimento na dimensão Z. Inclua na imagem aproximadamente 10-20 μm acima da região de interesse, se o peixe está posicionado para a visão sagital ou dorsal.
  3. Configure parâmetros para imagens de lapso de tempo.
    1. Selecione um intervalo de tempo. O comprimento do intervalo varia entre 10-30 min para rastrear eventos mitóticos e apoptóticos no cérebro em desenvolvimento. O comprimento do intervalo variará dependendo da velocidade dos eventos de interesse e do tempo total necessário para capturar uma única pilha Z.
    2. Selecione a duração da sessão de imagem. As sessões de imagem de lapso de tempo geralmente ocorrem durante a noite e podem durar pelo menos 16 horas.
  4. Executar o experimento.
    NOTA:     O peixe pode ser eutanizado imediatamente após a imagem ou cuidadosamente dissecado da agarose usando seringas e devolvido ao E3 para se recuperar. Os peixes recuperados podem então ser recapturados em um ponto de tempo posterior, embora a posição e a profundidade da célula mudem durante este período devido ao crescimento geral.

6. Gerenciamento de arquivos com lapso de tempo

  1. Importe o arquivo de imagem para o software de análise.
    1. Se estiver usando o software Zen, salve o arquivo no formato .czi assim que a aquisição de imagem for concluída. Certifique-se de salvar dados brutos em um formato compatível com Fiji42 e/ou outro software.
    2. Importe para o software Fiji usando o BioFormats Importer.
      NOTA: Os arquivos de lapso de tempo serão grandes e podem exigir quantidades significativas de tempo e memória para abrir para análise. Assim, é útil ser estratégico na forma como eles são salvos e abertos. Pode ser útil salvar uma versão de baixa qualidade que pode ser aberta mais facilmente para procurar eventos de interesse por olho.
  2. Se usar Fiji, crie subconjuntos menores e mais gerenciáveis de arquivos de lapso de tempo. Gerar subconjuntos por tempo (por exemplo, visualizando pilha Z completa no primeiro ponto de tempo) ou por profundidade (por exemplo, visualizando as primeiras 50 seções Z em cada ponto de tempo) clicando em Imagem| Pilhas| Ferramentas| Faça subpilha.

7. Análise quantitativa de cores clonais de imagens brainbow

  1. Meça os valores médios de intensidade vermelho, verde e azul (RGB) para as células de interesse em Fiji.
    NOTA:     Estas instruções são específicas para a análise de imagens em Fiji. No entanto, os pesquisadores podem preferir obter valores médios de intensidade de RGB em um programa de software alternativo.
    1. Certifique-se de que o arquivo está corretamente cortado para que não haja espaço preto ao redor das bordas da imagem. O espaço negro reduzirá artificialmente as medidas de intensidade mínima necessárias para a análise. Se o arquivo precisar ser cortado, selecione o botão de seleção de retângulo e desenhe uma região de interesse (ROI) em torno do campo de exibição, excluindo todo o espaço preto. Clique em Imagem| Crop.
    2. Defina a ferramenta de medição para medir as medidas médias, mínimas e máximas de valor cinza. Clique em Analisar| Definir medidas. Certifique-se de que as caixas de seleção para o valor cinza Min & Max e o valor médio de cinza estão selecionados.
    3. Visualizando os arquivos de dados brutos ou pilhas Z subdefinidas em Fiji, encontre células de interesse para análise de cores clonais. No cérebro traseiro, clones putativos podem ser identificados visualmente por sua tonalidade compartilhada, bem como sua orientação radial. Não selecione células que estejam em contato próximo e, portanto, difíceis de resolver, células vizinhas de outra cor. Pode ser difícil quantificar sua tonalidade.
    4. Encontre o plano Z central da célula de interesse usando a barra de rolagem Z. Clique com o botão de seleção oval e selecione o botão de seleção elíptica. Outras ferramentas de seleção serão apropriadas para diferentes tipos de células. Desenhe um ROI elíptico ao redor do centro ~2/3 do corpo celular.
    5. Usando a barra de c-scrollbar,selecione o canal vermelho (dTomato). Faça a medição média de intensidade para este canal selecionando Analyze| Medida. Repita com o mesmo ROI e plano focal para os canais verde (YFP) e azul (CFP) e salve todos os valores médios de intensidade.
    6. Clique em qualquer lugar da imagem para remover o ROI elíptico na célula de interesse.
    7. Para medir os níveis de fundo para normalização, use a barra de c-scrollbar e selecione o canal vermelho (dTomato). Faça a medição de intensidade mínima para todo o campo neste canal selecionando Analyze| Medida. Repita com o mesmo plano focal para os canais verde (YFP) e azul (CFP) e salve todos os valores de intensidade mínima.
  2. Calcule pesos relativos do canal RGB para as células de interesse.
    NOTA:     O cálculo dos pesos relativos dos canais RGB a partir desses valores de intensidade pode ser realizado em uma variedade de programas de software, como o Microsoft Excel ou o R43.
    1. Normalize a medição média da intensidade do ROI celular para cada canal subtraindo a intensidade mínima de todo o campo naquele canal e plano focal.
    2. Soma os valores de intensidade média rgb normalizados de cada canal para encontrar a intensidade Total normalizada de RGB para a célula.
    3. Calcule o peso relativo do canal para cada canal dividindo o valor de intensidade média normalizado para esse canal pela intensidade Total normalizada de RGB.
  3. Exibir pesos relativos do canal RGB como parcelas ternárias usando o pacote Ternary por R43,44. As parcelas ternary são úteis para visualizar o agrupamento de cores semelhantes no espaço 3D RGB.
  4. Calcule o coeficiente de difusão de cor para quantificar a diferença entre as cores das células.
    1. Calcule a distância euclidiana entre as duas cores no espaço 3D RGB usando a seguinte equação:
      figure-protocol-1
      onde R, G e B são os pesos relativos do canal RGB calculados em 7.2.
    2. Para facilitar a compreensão, normalize a distância de cor dividindo por ¥2, a distância máxima possível entre as cores, para obter um coeficiente de difusão de cor entre 0 e 1, onde 0 indica exatamente a mesma cor e 1 indica cores completamente diferentes (por exemplo, vermelho puro e azul puro).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Resultados

Esta seção ilustra exemplos de resultados que podem ser obtidos usando a abordagem de imagem de lapso de tempo multicolor in vivo descrita aqui. Mostramos que os clones codificados por cores brainbow de células na zona ventricular proliferativa do cérebro-zebrafish em desenvolvimento14 (Figura 1).

Tipicamente, quando as células rotuladas por Brainbow eram dispostas ao longo de uma fibra radial particular, elas compartilhavam a mesma cor

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Discussão

Este protocolo descreve um método para visualizar clones de células progenitoras e neurônios no cérebro-zebrafish em desenvolvimento e segui-los in vivo usando Brainbow e microscopia confocal de lapso de tempo11. A principal vantagem deste protocolo em comparação com estudos in vitro ou ex vivo é a capacidade de observar diretamente a zona proliferativa do cérebro vertebrado em seu meio natural ao longo do tempo. Esta técnica baseia-se em estudos anteriores que rotularam um único clone usando veto...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Divulgações

Os autores não têm nada para revelar.

Agradecimentos

Agradecemos a Y. A. Pan, J. Livet e Z. Tobias por contribuições técnicas e intelectuais. Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation (Prêmio 1553764) e pelo M.J. Murdock Charitable Trust.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Pipeta de transferência de 1,5 mL (ponta fina)Globe Scientific, Inc.134020
1-fenil-2-tioureia (PTU)Alfa AesarL06690Diluído a 0,2 mM em E3 para prevenir a pigmentação do embrião
Tubos cônicos de 50 mLCorning352070Para embriões que chocam o calor
Linha de pesca de nylon de 6 lbSecureLineNMT250Para fazer manipuladores de embriões
Pipeta de transferência de 7,5 mLGlobe Scientific, Inc.135010
CaCl2SigmaC3881Para
cotonetesPuritan867-WC SEM COLAPara fazer manipuladores de embriões
Cre recombinaseNew England BiolabsM0298M
Banho seco digitalGenemate490016-616Usado para armazenar LMA a 42 ° C
de dissecação de epifluorescência
Tubos capilares de vidroWorld Precision InstrumentsTW100F-4
IncubadoraForma Científica3158Para manter embriões a 28 &graus; C
Moldes de placa de injeçãoFerramentas de ciência adaptáveisTU-1
Isotemp banho-mariaFisher Scientific2320Para embriões de choque térmico
KClAMRESCO0395Para E3 e para solução de DNA para injeções
Microscópio confocal de varredura a laserZeissLSM710
LE agaroseGenemateE3120Para criar placas de injeção de agarose
Baixo ponto de fusão de agarose (LMA)AMRESCOJ234
Tanques de acoplamentoAquaneering, Inc.
azul de metilenoSigmaM9140para E3
MgSO4Sigma9397para micromanipulador
E3 Instrumentos de precisão mundialM3301
Extrator de micropipetaSutter Instrument Co.P-97
MS-222 Tricaine-SWestern Chemical, Inc.Estoque feito a 4 mg/mL em água de osmose reversa (RO) e, em seguida, adicionado gota a gota a E3 até a concentração final de 0,2 mM para anestesiar embriões
NaClJ.T. Baker4058-01Para
placas de Petri E3 (90 mm, 60 mm)Genesee Scientific32-107GPara abrigar embriões e criar câmara de imagem (60 mm)
Vermelho de fenolSigmaP0290
Marcadoresde anel de ponto macioTrevo Needlecraft, Inc.354Para criar câmara de imagem com placa de Petri
Super cola (controle Ultra gel)Loctite1363589Para fazer manipuladores de embriões Agulhas
seringaBeckton DickinsonBD329412Para descorionar embriões
E3 Escopo ZHCT100 de

Referências

  1. Lyons, D. A., Guy, A. T., Clarke, J. D. W. Monitoring neural progenitor fate through multiple rounds of division in an intact vertebrate brain. Development. 130, 3427-3436 (2003).
  2. Noctor, S. C., Flint, A. C., Weissman, T. A., Dammerman, R. S., Kriegstein, A. R. Neurons derived from radial glial cells establish radial units in neocortex. Nature. 409 (6821), 714-720 (2001).
  3. Kriegstein, A., Alvarez-Buylla, A. The glial nature of embryonic and adult neural stem cells. Annual Review of Neuroscience. 32, 149-184 (2009).
  4. Florio, M., Huttner, W. B. Neural progenitors, neurogenesis and the evolution of the neocortex. Development. 141, 2182-2194 (2014).
  5. Mcconnell, S. K. Constructing the Cerebral Cortex: Neurogenesis and Fate Determination Review. Neuron. 15, 761-768 (1995).
  6. Schmidt, R., Strähle, U., Scholpp, S. Neurogenesis in zebrafish - from embryo to adult. Neural Development. 8, 3(2013).
  7. Chenn, A., Walsh, C. Regulation of Cerebral Cortical Size by Control of Cell Cycle Exit in Neural Precursors. Science. 297 (5580), 365-369 (2002).
  8. Lui, J. H., Hansen, D. V., Kriegstein, A. R. Development and Evolution of the Human Neocortex. Cell. 146 (1), 18-36 (2011).
  9. Nonaka-Kinoshita, M., et al. Regulation of cerebral cortex size and folding by expansion of basal progenitors. The EMBO Journal. 32, 1817-1828 (2013).
  10. Homem, C. C. F., Repic, M., Knoblich, J. A. Proliferation control in neural stem and progenitor cells. Nature Reviews Neuroscience. 16 (11), 647-659 (2015).
  11. Brockway, N. L., et al. Multicolor lineage tracing using in vivo time-lapse imaging reveals coordinated death of clonally related cells in the developing vertebrate brain. Developmental Biology. 453 (2), 130-140 (2019).
  12. Livet, J., et al. Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in the nervous system. Nature. 450 (7166), 56-62 (2007).
  13. Weissman, T. A., Pan, Y. A. Brainbow: New resources and emerging biological applications for multicolor genetic labeling and analysis. Genetics. 199 (2), 293-306 (2015).
  14. Loulier, K., et al. Multiplex Cell and Lineage Tracking with Combinatorial Labels. Neuron. 81 (3), 505-520 (2014).
  15. Pan, Y. A., et al. Zebrabow: multispectral cell labeling for cell tracing and lineage analysis in zebrafish. Development. 140, 2835-2846 (2013).
  16. Ko, S. K., Chen, X., Yoon, J., Shin, I. Zebrafish as a good vertebrate model for molecular imaging using fluorescent probes. Chemical Society Reviews. 40, 2120(2011).
  17. Kesavan, G., Hammer, J., Hans, S., Brand, M. Targeted knock-in of CreERT2 in zebrafish using CRISPR/Cas9. Cell and Tissue Research. 372, 41-50 (2018).
  18. Cook, Z. T., et al. Combining near-infrared fluorescence with Brainbow to visualize expression of specific genes within a multicolor context. Molecular Biology of the Cell. 30 (4), 491-505 (2019).
  19. Kuwata, M., Nikaido, M., Hatta, K. Local heat-shock mediated multi-color labeling visualizing behaviors of enteric neural crest cells associated with division and neurogenesis in zebrafish gut. Developmental Dynamics. 248, 437-448 (2019).
  20. Kinkhabwala, A., et al. A structural and functional ground plan for neurons in the hindbrain of zebrafish. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (3), 1164-1169 (2011).
  21. Heap, L. A., Goh, C. C., Kassahn, K. S., Scott, E. K. Cerebellar Output in Zebrafish: An Analysis of Spatial Patterns and Topography in Eurydendroid Cell Projections. Frontiers in Neural Circuits. 7, 53(2013).
  22. Robles, E., Filosa, A., Baier, H. Precise Lamination of Retinal Axons Generates Multiple Parallel Input Pathways in the Tectum. The Journal of Neuroscience. 33 (11), 5027-5039 (2013).
  23. Dirian, L., et al. Spatial Regionalization and Heterochrony in the Formation of Adult Pallial Neural Stem Cells. Developmental Cell. 30, 123-136 (2014).
  24. Chen, X. A., et al. Behavioral/Cognitive QRFP and Its Receptors Regulate Locomotor Activity and Sleep in Zebrafish. The Journal of Neuroscience. 36 (6), 1823-1840 (2016).
  25. Albadri, S., De Santis, F., Di Donato, V., Del Bene, F. CRISPR/Cas9-Mediated Knockin and Knockout in Zebrafish. Genome Editing in Neurosciences. Jaenisch, R., Zhang, F., Gage, F. , Springer. Cham, Switzerland. 41-49 (2017).
  26. Furlan, G., et al. Life-Long Neurogenic Activity of Individual Neural Stem Cells and Continuous Growth Establish an Outside-In Architecture in the Teleost Pallium. Current Biology. 27, 3288-3301 (2017).
  27. Herget, U., Arturo Gutierrez-Triana, J., Salazar Thula, O., Knerr, B., Ryu, S. Single-cell reconstruction of oxytocinergic neurons reveals separate hypophysiotropic and encephalotropic subtypes in larval zebrafish Brainbow-guided morphology of oxytocinergic cells. eNeuro. 4 (1), (2017).
  28. Halloran, M. C., et al. Laser-targeted gene expression. Development. 127, 1953-1960 (2000).
  29. Shoji, W., Sato-Maeda, M. Application of heat shock promoter in transgenic zebrafish. Development, Growth & Differentiation. 50, 401-406 (2008).
  30. Luskin, M. B., Pearlman, A. L., Sanes, J. R. Cell lineage in the cerebral cortex of the mouse studied in vivo and in vitro with a Recombinant Retrovirus. Neuron. 1 (8), 635-647 (1988).
  31. Price, J., Thurlow, L. Cell lineage in the rat cerebral cortex: a study using retroviral-mediated gene transfer. Development. 104, 473-482 (1988).
  32. Walsh, C., Cepko, C. L. Widespread dispersion of neuronal clones across functional regions of the cerebral cortex. Science. 255 (5043), 434-441 (1992).
  33. Walsh, C., Cepko, C. L. Clonal dispersion in proliferative layers of developing cerebral cortex. Nature. 362 (6421), 632-635 (1993).
  34. Cai, L., Hayes, N. L., Nowakowski, R. S. Synchrony of Clonal Cell Proliferation and Contiguity of Clonally Related Cells: Production of Mosaicism in the Ventricular Zone of Developing Mouse Neocortex. The Journal of Neuroscience. 17 (6), 2088-2100 (1997).
  35. Reznikov, K., Acklin, S. E., Van Der Kooy, D. Clonal Heterogeneity in the Early Embryonic Rodent Cortical Germinal Zone and the Separation of Subventricular From Ventricular Zone Lineages. Developmental Dynamics. 210, 328-343 (1997).
  36. Qian, X., Goderie, S., Shen, Q., Stern, J., Temple, S. Intrinsic programs of patterned cell lineages in isolated vertebrate CNS ventricular zone cells. Development. 125, 3143-3152 (1998).
  37. McCarthy, M., Turnbull, D. H., Walsh, C. A., Fishell, G. Telencephalic Neural Progenitors Appear to Be Restricted to Regional and Glial Fates before the Onset of Neurogenesis. The Journal of Neuroscience. 21 (17), 6772-6781 (2001).
  38. Yu, Y. C., Bultje, R. S., Wang, X., Shi, S. H. Specific synapses develop preferentially among sister excitatory neurons in the neocortex. Nature. 458 (7237), 501-504 (2009).
  39. Nusslein-Volhard, C., Dahm, R. Zebrafish. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2002).
  40. Nasiadka, A., Clark, M. D. Zebrafish Breeding in the Laboratory Environment. ILAR Journal. 53 (2), 161-168 (2012).
  41. Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of Zebrafish Embryos to Analyze Gene Function. Journal of Visualized Experiments. 25, e1115(2009).
  42. Schindelin, J., et al. Fiji: An open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  43. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. , (2017).
  44. Smith, M. R. Ternary: an R package to generate ternary plots. , (2017).
  45. Baye, L. M., Link, B. A. Development/Plasticity/Repair Interkinetic Nuclear Migration and the Selection of Neurogenic Cell Divisions during Vertebrate Retinogenesis. The Journal of Neuroscience. 27 (38), 10143-10152 (2007).
  46. Leung, L., Klopper, A. V., Grill, S. W., Harris, W. A., Norden, C. Apical migration of nuclei during G2 is a prerequisite for all nuclear motion in zebrafish neuroepithelia. Development. 139, 2635(2012).
  47. Kerr, J. F. R., Wyllie, A. H., Curriet, A. R. Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon with Wide-ranging Implications in Tissue Kinetics. British Journal of Cancer. 26, 239(1972).
  48. Cole, L. K., Ross, L. S. Apoptosis in the Developing Zebrafish Embryo. Developmental Biology. 240, 123-142 (2001).
  49. Liao, J., He, J., Yan, T., Korzh, V., Gong, Z. A Class of NeuroD-Related Basic Helix-Loop-Helix Transcription Factors Expressed in Developing Central Nervous System in Zebrafish. DNA and Cell Biology. 18 (4), 333-344 (1999).
  50. Trevarrow, B., Marks, D. L., Kimmel, C. B. Organization of hindbrain segments in the zebrafish embryo. Neuron. 4 (5), 669-679 (1990).
  51. Yabu, T., Todoriki, S., Yamashita, M. Stress-induced apoptosis by heat shock, UV and gamma-ray irradiation in zebrafish embryos detected by increased caspase activity and whole-mount TUNEL staining. Fisheries Science. 67, 333-340 (2001).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Reimpressões e permissões

Etiquetas

Imagem BrainbowSistema Nervoso de ZebrafishCélulas Progenitoras NeuraisAnálise de Linhagem ClonalFluorescência MulticorImagem In VivoRastreamento de Divisão CelularDetecção de ApoptoseMigração Nuclear Intercinética
Visualizando o cérebro em desenvolvimento em zebrafish vivo usando Brainbow e Imagem Confocal de lapso de tempo
Fale conosco
Recomendar à biblioteca

Privacidade

Termos de Uso

Políticas

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados.