Экспланты позволяют количественно оценить крупномасштабные изменения формы в 3D. Чтобы проиллюстрировать это, мы эксплантировали сомит четыре (N = 3) из ранних эмбрионов данио-рерио, полученных от скрещивания гетерозиготных линий Utr::mCherry (Tg::mCherry-Hsa.UTRN); e119Tg) и H2B::GFP (Tg(h2az2a:h2az2a-GFP); kca6Tg). Утрофин является актин-связывающим белком, и линия Utr::mCherry показывает распределение нитевидных актиновых структур. Этот трансген был использован здесь в качестве маркера для контуров клеток. H2B::GFP представляет собой флуоресцентно помеченный гистон и, следовательно, отмечает распределение хроматина, обеспечивая эффективное описание расположения и формы ядра, а также митотические фигуры, которые выделяют деление клеток.
Мы оценили успешность протокола экспланта во время визуализации. Мы наблюдали, что у сомита, поврежденного во время вскрытия, либо нарушается целостность ткани сомита, при этом многие клетки диссоциируют и выдавливаются из эксплантированного сомита, и/или многие клетки погибают, что можно отметить по наличию фрагментированных ядер в ядерном канале. Успешные экспланты оставались здоровыми в течение 4-6 ч, после чего наблюдались изменения в целостности сомитов, клетки диссоциировались от экспланта и погибали.
В канале утрофина мы проводили ручную сегментацию эксплантов в MATLAB (R2018b) на z-срезах с интервалом каждые 10 мкм. Мы разработали пользовательский алгоритм в MATLAB для сегментации, который находится в свободном доступе для скачивания (https://github.com/sundar07/SomSeg). В алгоритме можно задать файл, кадр и z-срез, которые необходимо сегментировать, после чего пользователю будет предложено вручную нарисовать контур вокруг интересующей области. Это было повторено для нескольких z-срезов и построено на графике, который показал округление эксплантов с течением времени в 3D (рис. 3A). Кроме того, была получена дополнительная информация о форме тканей с помощью ядерного канала. Для этого мы использовали Mastodon (версия 1.0.0-beta-19, https://github.com/mastodon-sc/mastodon), плагин FIJI15 , для получения положений центроидов ядер с помощью обнаружения пятен. Сначала мы конвертировали файлы tif из микроскопа в формат xml/hdf5 в FIJI, после чего был открыт новый проект с помощью плагина Mastodon. В плагине мы выбрали опцию детектирования пятен, где определили область интереса, которая покрывает эксплант, и использовали разницу гауссова детектора диаметром 5 мкм и добротностью 25 для детектирования пятен. Затем мы перенесли положения центроидов ядер в MATLAB и использовали встроенную функцию (convhull) для получения выпуклой оболочки (рис. 3B), которая характеризовала геометрию экспланта. Это также показало округление эксплантов с течением времени (рисунок 3B). Данные ядер также позволяют количественно оценить движения клеток путем отслеживания в 3D и изменения количества клеток с течением времени. С другой стороны, утрофиновый канал позволяет количественно оценить изменения в форме клеток по мере того, как экспланты становятся более круглыми. В совокупности эти параметры важны для характеристики внутренних свойств материала сомитов, что помогает в разработке эффективных физических описаний изменений формы в масштабе ткани.
Экспланты также позволяют количественно охарактеризовать контактные напряжения с соседними тканями. Чтобы проиллюстрировать это, мы вручную выделили два сомита, поместили их в непосредственной близости друг от друга и наблюдали за их динамикой (N = 2). Для этого эксперимента ориентация сомитов по отношению к осям тела in vivo не отслеживалась. Интересно, что со временем эксплантированные сомиты прилипли друг к другу вдоль одной поверхности, в то время как свободные поверхности, т.е. области, удаленные от места контакта, округлялись вверх (рис. 4). Это говорит о том, что адгезионные силы преодолевают напряжения, создаваемые поверхностным натяжением в местах контакта в эксплантах. Это может быть дополнительно охарактеризовано последующими изменениями формы, как описано выше, и количественной оценкой углов контакта между двумя тканями с течением времени в 3D. Таким образом, экспланты обеспечивают привлекательную систему для количественной оценки конкурирующих сил в действии, которые приводят к определенным формам тканей, последствия которых затем могут быть изучены in vivo.

Рисунок 1: Приготовление односомитных эксплантов. Эмбрион данио-рерио (А) сначала дехорионизируется (В), после чего удаляется кожа и желток (С). Затем выбирается сомитосодержащая область эмбриона путем удаления остальных тканей (D, E). Затем последовательно удаляются области вокруг представляющего интерес сомита (F-H), чтобы в конечном итоге выделить один сомит (I), после чего проводится покадровая визуализация с использованием светового микроскопа (средний z-срез сомита показан здесь) (J). Сокращения: S = сомит; N = хорда; LPM = мезодерма латеральной пластины; A = передний; P = задний. Пунктирными линиями обозначены места резания. Масштабная линейка = 50 μм на всех панелях. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Сборка светолистовой камеры для визуализации. (A-D) Полоса мембраны FEP (размеры указаны в пункте (B)) оборачивается вокруг держателя мембраны, устанавливается на камеру визуализации, и мембрана приклеивается к камере визуализации. (Э-Ж) На следующий день держатель мембраны снимается, и форма для визуализации (размеры указаны в (E)) помещается в центр камеры визуализации из низкоплавкой агарозы. Вся установка выдерживается при температуре 4 °C в течение 30 минут, после чего форма удаляется, а камера с желобом используется для визуализации эксплантов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: 3D-анализ форм тканей. (A) Контуры клеток визуализировали с помощью флуоресцентно меченного утрофина (Utr::mCherry), а ядра визуализировали с помощью флуоресцентно меченного гистона (H2B::GFP). Контуры экспланта были вручную сегментированы на нескольких глубинах с помощью MATLAB и показаны здесь. (B) Ядра (красные) были обнаружены в том же экспланте с помощью Mastodon, плагина FIJI, и подвергнуты воздействию выпуклой оболочки (голубой), которая информирует о геометрии экспланта. Обратите внимание, что округление эксплантов очевидно в обоих анализах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Эксплантированные сомиты прилипают друг к другу. Два сомита, выделенные из эмбрионов и вручную помещенные в непосредственной близости, имеют тенденцию к склеиванию с течением времени (N = 2). С помощью светового листового микроскопа были получены множественные z-срезы с интервалом кадров 2 минуты, а средние срезы сомитов из выбранных временных точек показаны здесь. Контуры клеток визуализировали с помощью флуоресцентно меченного утрофина (Utr::mCherry). Масштабная линейка = 25 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.