В данной работе описывается протокол количественной оценки формы краниофациального хряща с помощью бесплатного программного обеспечения (tpsDigs2, MorphoJ и PAST) для измерения изменений структуры лица у личинок данио-рерио.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В данной работе описывается протокол количественной оценки формы краниофациального хряща с помощью бесплатного программного обеспечения (tpsDigs2, MorphoJ и PAST) для измерения изменений структуры лица у личинок данио-рерио.
Расстройства фетального алкогольного спектра (FASD) характеризуются различными физическими, когнитивными и поведенческими нарушениями, вызванными пренатальным воздействием этанола, включая те, что затрагивают скелет лица. Чувствительные к этанолу генетические локусы способствуют высокой вариации FASD, что усложняет анализ формы лица. Ранее мы показали, что можем анализировать эти изменения формы лица в результате взаимодействия генов и этанола у данио-рерио. Данио-рерио является идеальной моделью для анализа этой вариации по нескольким причинам; (i) 70% генов являются ортологами между человеком и данио-рерио; (ii) внешнее оплодотворение позволяет исследователям контролировать время и дозировку обработки этанолом; (iii) структура скелета лица сохраняется у позвоночных; (iv) полупрозрачные личинки позволяют непосредственно наблюдать изменения в краниофациальной скелетной структуре во время развития. Однако полностью оценить форму черепно-лицевой кости с помощью простых линейных измерений сложно, так как они не отражают общие изменения формы. Кроме того, изменения размера головки могут усложнять интерпретацию данных. Для решения этой проблемы мы применили морфометрический подход, анализируя общую форму лица с помощью основных компонентов с помощью бесплатного программного обеспечения tpsDigs2, MorphoJ и PAST. Сочетание этого программного обеспечения позволяет парно сравнивать общую морфологию лица. Здесь мы излагаем наш подход и анализ формы лица у мутантов-данио-рерио, обработанных этанолом, используя эти программы для проведения серии дополнительных многомерных статистических анализов.
Расстройства фетального алкогольного спектра (FASD) характеризуются широким спектром нарушений развития, включая поведенческие, неврологические ифизические 1,2. К этим физическим дефектам относятся краниофациальные дефекты, такие как гипоплазия челюсти 3,4,5,6. Хотя время и дозировка воздействия этанола влияют на сложную этиологию FASD, генетический вклад играет значительную роль в этиологииFASD 6,7,8,9,10,11,12. Это сочетание факторов затрудняет изучение дефектов лица у человеческих когорт. Для изучения влияния пренатального воздействия этанола на развитие мы используем модель данио-рерио. Данио-рерио служит сильной моделью FASD, так как у них 70% генных ортологов с человеком, 82% известныхзаболеваний-вызывающих гены 13,14,15,16. Помимо генетической консервации, данио-рерио: (i) обладают высокой плодовитостью, что позволяет одновременно производить несколько личинок данио, (ii) проходят внешнее оплодотворение, что позволяет непосредственно изучать чувствительные к этанолу процессы развития, (iii) имеют высококонсервативное и стереотипное черепно-лицовое развитие позвоночных, и (iv) являются полупрозрачными эмбрионами/личинками, позволяющими визуализировать скелетныеструктуры 17. Ранее мы показали, что мутации во многих генах данио-рерио-рерио повышают чувствительность эмбрионов к дефектам лица, вызванным этанолом, и эти дефекты могут быть тонкими и трудно выявляемымиглазом 10,18. Кроме того, мы наблюдали, что у личинок дикого типа, обработанного этанолом, также наблюдаются незначительные изменения в краниофациальной области по сравнению с необработанными личинками дикого типа, хотя эти изменения трудно определитьглазом 10. Хотя эти изменения остаются незамеченными при визуальном наблюдении, мы смогли продемонстрировать эти изменения формы лица, вызванные этанолом, с помощью морфометрических анализов, доступных на двумерных снимках висцерокрания10.
Грань представляет собой сложную трёхмерную структуру, которую трудно измерить с помощью традиционных линейных измерений. Эти единичные линейные показатели не учитывают относительное положение каждой измеряемой конструкции и их влияние на другие измеряемые структуры поверхности. Морфометрический анализ устраняет эти недостатки, используя конфигурации форм через ориентиры, учитывающие относительное положение всех измеренных структур, включая общие различия вразмерах 18,19,20. Такой подход приводит к более точным данным, с большим разрешением и гораздо проще визуализируемыми, что может дать результаты, которые невозможно наблюдать при использовании обычных линейныхизмерений 18, 19 и 20. Кроме того, морфометрические подходы могут проводить прямые сравнения между группами и внутри них с помощью многомерных статистических методов. Здесь мы описываем использование бесплатного морфометрического программного обеспечения tpsUtil, tpsDigs221, MorphoJ20 и Paleontological Statistics (PAST)22 в сочетании с двумерными изображениями висцерокрания в необработанных и обработанных этанолом гетерозиготных диких и личинках для гена Bone Morphogenetic Protein (Bmp) bmp7a. Хотя эти программы используются преимущественно в палеонтологии и экологических областях, в сочетании они обеспечивают тщательный анализ формы лица. В конечном итоге в этом протоколе мы показываем, как использовать эти свободно доступные программные приложения для количественной оценки изменений формы черепно-лицевой хряща в модели данио-рерио.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все личинки данио-рерио, используемые в этой процедуре, были выращены и выведены в соответствии с установленными протоколами IACUC, одобренными УниверситетомЛуисвилля 23.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании использовались штамм данио-рерио bmp7aty68a24 и дикие родственники (все на фоне AB), при этом взрослая рыба поддерживалась при температуре 28,5 °C с циклом светлого и тёмного 14/10 часов. Используйте соответствующие линии в соответствии с желаемыми экспериментальными результатами. Используйте воду, стерилизированную с помощью обратного осмоса. Пол как биологическая переменная не относится к изучаемым стадиям развития, так как пол впервые обнаруживается у данио-рерио примерно через 20–25 дней после оплодотворения (dpf)25, после всех анализов.
1. Лечение этанолом
2. Окрашивание лица и визуализация
3. Генотипирование
4. Программное обеспечение, используемое для анализа форм
5. Постоянное визуализация скелета лица для анализа всех образцов
6. Подготовка изображений с помощью программного обеспечения TPS
7. Ввод изображений в программное обеспечение TPS
8. Добавление ориентиров к изображениям
9. Использование MorphoJ для анализа формы с помощью Procrustes ANOVA
10. Канонический вариатный анализ набора данных
11. MANOVA в программном обеспечении PAST
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для выявления изменений формы лица, вызванных этанолом, у данио-рерио, мы объединили свободно доступные программные приложения для генерации и количественной оценки морфологических данных скелета лица. Эмбрионы взрослых носителей гетерозиготных bmp7a были получены и обработаны этанолом мощностью 6-24 hpf. Личинки этих скрещиваний фиксировались на уровне 5 dpf, а лицевые хрящи были окрашены в цвет Alcian Blue. Были сделаны изображения висцерокрания для каждой личинки в каждом ген...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
FASD характеризуется широким спектром дефектов развития, включая черепно-лицевые дефекты, такие как гипоплазия челюсти. Данио-рерио является сильной моделью FASD благодаря их генетической сохранности у человека, высокой плодовитости, полупрозрачным личинкам и внешнему оплодотворению. Данио-рерио используется десятилетиями для изучения как формирования черепно-лицевой скелета, так и влияния этанола на развитие 6,12,13,15,18,28,29...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Исследование, представленное в этой статье, было поддержано грантом Национального института здоровья/Национального института по борьбе с алкоголем (NIH/NIAAA) R01AA031043 C.B.L.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| tpsUtil, tpsDig2, MorphoJ | https://sbmorphometrics.org | Бесплатное программное обеспечение — для скачивания может потребоваться административные разрешения | |
| ПРОШЛОЕ | https://www.nhm.uio.no/english/research/resources/past/ | Бесплатное программное обеспечение — для скачивания может потребоваться административные разрешения | |
| Составный микроскоп Brightfield | Олимп | BX53 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.