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Developmental Biology

Ablação específicas do hepatócito em Zebrafish para estudar a regeneração do fígado-driven biliar

Published: May 20, 2015 doi: 10.3791/52785

Abstract

O fígado tem uma grande capacidade para se regenerar. Os hepatócitos, as células parenquimatosas do fígado, pode regenerar em uma de duas maneiras: a regeneração hepática hepatocyte- ou accionada por biliar. Na regeneração hepática-driven hepatócitos, os hepatócitos em regeneração são derivados de hepatócitos pré-existentes, ao passo que, na regeneração-driven biliar, hepatócitos em regeneração são derivadas de células epiteliais das vias biliares (CEBs). Para a regeneração hepática-driven hepatócito, existem modelos de roedores excelentes que têm contribuído significativamente para a compreensão atual da regeneração hepática. No entanto, não existe tal modelo de roedor existe para regeneração hepática-driven biliar. Nós recentemente relatado em um modelo de fígado de peixe-zebra em que BECs extensivamente dar origem a hepatócitos após a perda de hepatócitos grave. Neste modelo, os hepatócitos são especificamente ablação por um meio de farmacogenética. Aqui nós apresentamos em detalhes os métodos para retirar hepatócitos e analisar o processo de regeneração hepática BEC-driven.Este modelo de ablação específica do hepatócito pode ser ainda usado para descobrir os mecanismos moleculares e celulares subjacentes da regeneração hepática-driven biliar. Além disso, estes métodos podem ser aplicados para telas químicas para identificar moléculas pequenas que aumentam ou suprimem a regeneração do fígado.

Introduction

O fígado é um órgão altamente regenerativa. Durante a regeneração do fígado, regenerar hepatócitos, as células do parênquima do fígado, são derivados de hepatócitos pré-existentes (regeneração hepática-driven hepatócitos) ou BEC (regeneração hepática-driven biliar) 1,2. A lesão hepática geralmente provoca a proliferação de hepatócitos pré-existentes; no entanto, quando a proliferação de hepatócitos é comprometida, CEBs pode contribuir para hepatócitos 2-4. Estes dois modos de regeneração do fígado são clinicamente significativa. Após a remoção cirúrgica de uma porção do fígado humano (por exemplo, devido a tumores do fígado ou dadores vivos de fígado), hepatócitos no fígado proliferam restante para recuperar a massa do fígado perdida. Em contraste, em doentes com doenças hepáticas graves, a proliferação dos hepatócitos é grandemente comprometida, de modo a que as CEBs ou células progenitoras do fígado (LPCs) parecem contribuir para a regeneração de hepatócitos 5,6. O modelo de roedor 2/3 hepatectomia parcial, em quehepatócitos proliferam para recuperar a massa hepática perdido, tem contribuído significativamente para a compreensão atual de-driven hepatócito regeneração hepática 7,8. No entanto, não existe um modelo roedor válido no qual os hepatócitos em regeneração são derivados principalmente de CEBs. Embora vários modelos de toxina de roedor fígado levou à identificação de-driven biliar regeneração hepática 2-4, estudos recentes em rastreio de linhagem ratos indicam uma contribuição mínima de CEBs para regenerar hepatócitos nestes modelos 9,10. Alguns dos modelos de lesão de fígado de roedores, incluindo hepatectomia parcial 11-13 e induzida por acetaminofeno danos no fígado 14,15, ter sido aplicada a peixes-zebra e levou à identificação de novos genes ou vias envolvidas na regeneração do fígado. No entanto, hepatócito-driven, mas não BEC-driven, a regeneração do fígado ocorre nesses modelos de lesão do fígado de peixe-zebra. Portanto, um modelo de fígado romance em que BECs contribuir amplamente para se regeneraing hepatócitos é necessária para uma melhor compreensão da regeneração hepática BEC-driven.

Os objetivos gerais do modelo de ablação de hepatócitos descritos aqui são (1) para gerar um modelo de fígado em que BECs contribuir amplamente para os hepatócitos em regeneração, e (2) elucidar os mecanismos moleculares e celulares subjacentes regeneração hepática BEC-driven. Nossa hipótese é que a gravidade da lesão determina o modo de regeneração do fígado; Assim, previmos que a regeneração hepática-driven biliar iniciaria após lesão hepática grave. Para testar esta hipótese, desenvolvemos um modelo de fígado de peixe-zebra, gerando uma linhagem transgênica, Tg (fabp10a: CFP-NTR) s931, que é altamente expressa nitrorredutase bacteriana (NTR) fundido com a proteína fluorescente ciano (PCP), sob a fabp10a específicas do hepatócito promotor. Desde NTR converte a pró-droga não tóxica, metronidazol (Mtz), em um fármaco citotóxico, ele destina-se somente a ablates NTR-células que expressam 16-18, neste caso, os hepatócitos. Ao manipular a duração do tratamento Mtz, a extensão da ablação de hepatócitos pode ser controlada. Usando esse modelo, que recentemente informou que após a perda de hepatócitos grave, BECs extensivamente dar origem a regeneração hepatócitos 19, que foi ainda confirmada por outros dois estudos independentes 20,21. Portanto, em comparação com o acima mencionado roedor e modelos de lesão de fígado de peixe-zebra, o nosso modelo de ablação dos hepatócitos é mais vantajoso para estudar a regeneração hepática BEC-dirigido.

Este protocolo descreve o procedimento para a realização de experimentos de regeneração hepática utilizando o modelo de ablação de hepatócitos peixe-zebra. Este modelo será adequado para determinar os mecanismos subjacentes a regeneração hepática-driven biliar e para telas químicas para identificar pequenas moléculas que pode reprimir ou aumentam a regeneração do fígado.

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Protocol

Peixe-zebra foram levantadas e produzido de acordo com o procedimento padrão; experimentos foram aprovados pela Universidade de Pittsburgh Animal Care Institucional e Comitê de Uso.

1. Preparação de Embriões / larvas

  1. Para realizar cruzamentos programados, configurar adulto do sexo masculino e feminino Tg (fabp10a: CFP-NTR) s931 peixes hemizigóticas ou homozigotos O / N e colocar um divisor entre eles. Remover este divisor na manhã seguinte quando o acasalamento é desejado. Coletar embriões esticando a água usando um filtro fino malha de plástico.
  2. Ligue o filtro de cabeça para baixo e lavar a superfície da malha com um bom fluxo de água ovo dispensada de uma garrafa squeeze. Transferir 100 embriões em uma placa de 100 mm de petri com 25 ml de água ovo. Mantenha há mais de 100 embriões por placa de petri e criá-los a 28 ° C.
  3. Para inibir a pigmentação, adicionar feniltioureia (PTU) para as placas de petri antes de 10 horas pós-fertilização (HPF), e levantar embryos / larvas até 80 hpf. A concentração final do PTU é de 0,2 mm. CUIDADO: PTU é tóxico. Use de acordo com as diretrizes de manejo adequadas.
  4. Anestesiar as larvas por adição de 3-amino benzóico éster etílico do ácido (tricaina), a uma concentração final de 0,016%, em placas de petri. Em seguida, utilizando um microscópio de epifluorescência, larvas tipo PCP-positiva. Use larvas com um tamanho semelhante fígado e descartar aqueles com uma menor ou maior do fígado.
    NOTA: qualquer larvas PCP-positivo, independentemente de intensidade, pode ser utilizado porque não há nenhuma diferença na extensão da ablação de hepatócitos entre as larvas hemizigótico e homozigoto. CUIDADO: tricaina é tóxico. Use de acordo com as diretrizes de manejo adequadas.
  5. Retire a água ovo contendo tricaina e adicione água ovo suplementado com 0,2 mM PTU. Manter a embriões / larvas a 28 ° C.

2. Tratamento Mtz

  1. Prepare fresco solução a 10 mM Mtz dissolvendo 0,171 g de pó em 1 Mtz00 ml de água de ovo suplementado com 0,2% de DMSO e 0,2 mM de UTP. Para dissolver completamente o Mtz, misturar a solução à temperatura ambiente com agitação rápida durante 20-30 minutos. Para ajudar a solubilizar Mtz Mtz e para melhorar a permeação para as larvas, adicione DMSO ao preparar Mtz. CUIDADO: A exposição prolongada ou aumento da concentração de Mtz é tóxico. Use de acordo com as diretrizes de manejo adequadas.
  2. Separe as larvas em grupos controle e experimentais, transferindo número desejado de larvas em duas diferente 100 mm prato de petri ou multi-bem placa. Para o grupo experimental, manter as larvas em solução Mtz 10 mM; para o grupo controle, mantê-los em água ovo contendo 0,2% de DMSO.
  3. Cobrir as placas ou pratos de petri contendo a solução Mtz com folha de alumínio para evitar o foto-inactivação da MTZ, e incuba-se a 28 ° C. A duração do tratamento depende da Mtz fase larval e a linha transgénica.
  4. Para observar a ablação de hepatócitos grave semelhante no

3. Análise da regeneração hepática biliar-driven

  1. No final do período de ablação, remover a solução Mtz das placas. Lavar as larvas tratadas com Mtz por adição de 25 ml de água ovo. Agitar a placa de 2-3 vezes para lavar as larvas antes de descartar a água do ovo. Repetir três vezes e, em seguida, mergulhar as larvas mais uma vez em água de ovo. Para evitar o edema do coração e a morte larval em larvas tratadas com Mtz, adicionar uma concentração mais baixa de tricaina, a uma concentração final de 0,008%, para imobilizar as larvas.
  2. Para a análise do fígado, fígado examinar o tamanho das larvas tratadas com Mtz sob um microscópio de epifluorescência, com o filtro de PCP. Avaliar os níveis de ablação de hepatócitos com base no tamanho relativo do fígado: grande (não-ablação; 0-10% de larvas), forma (parcialmente ablação; 10-20%), e muito pequena (totalmente ablação; 80-90%).
  3. Retirar as larvas com fígados não ablacionadas ou parcialmente extirpadas. Apenas manter larvas com uma pequena fígado, o que é indicativo de ablação hepatócitos grave. Para a análise de fígado na regeneração 0 ponto de tempo hr (R0h), colher as larvas após Mtz washout e PCP classificação. Caso contrário, mantenha as larvas classificadas em água ovo suplementado com PTU 0,2 mM até que esteja pronto para a colheita.
  4. Transferir larvas recolhidas para um tubo de microcentrífuga de 1,5 ml e substituir a água de ovo com a solução de fixação de formaldeído a 3% em tampão PEM. Incubar o tubo num rotor O / N a 4 ° C.
  5. Substituir a solução de fixação com 1 ml de PBSDT e rodar o tubo contendo as larvas no rotor durante 5 min.
  6. Transferir as larvas fixo numa placa de Petri contendo 100 milímetros PBSDT usando uma pinça e, remover manualmente gema e barbatanas peitorais sob um microscópio de dissecação. Transfira até tp 20 larvas dissecado em um tubo de 1,5 ml.
  7. <li> Substitua PBSDT solução com 1 ml de solução de bloqueio e balançar o tubo num agitador rotativo à temperatura ambiente durante 2 h.
  8. Substituir solução de bloqueio com 100 ul de solução contendo os anticorpos primários de bloqueio. Lentamente balançar o tubo num rotor O / N a 4 ° C.
  9. Remover a solução de anticorpo primário e lava-se com PBSDT 5 vezes durante 10 min de cada vez. Em seguida, adiciona-se 100 ul de solução de bloqueio contendo anticorpos secundários e rocha que num rotor a TA durante 2 h.
  10. Lavar cinco vezes com PBSDT durante 10 min de cada vez, à TA por balanço num rotor.
  11. Orientar as larvas lateralmente sobre uma lâmina de microscópio e adicionar uma gota de meio de montagem. Cobri-los cuidadosamente com uma tampa de vidro e selar a tampa de vidro com um esmalte de unha. Agora, ele está pronto para a microscopia confocal.

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Representative Results

MTZ tratamento durante 36 h (A36h, A representa ablação) 3,5-5 dpf reduzida drasticamente o tamanho do fígado (Figura 1B). Depois Mtz washout, considerado como o início de regeneração hepática (R), forte fabp10a: CFP-NTR e fabp10a: expressão dsRed reapareceu no prazo de 30 horas (Figura 1B). A rede biliar intra-hepático, tal como avaliado por expressão de Alcam que está presente na membrana de CEBs 22, mas inicialmente recolhido foi restabelecida em 54 horas pós-lavagem (R54h) (Figura 1C). Estes dados indicam que a regeneração e recuperação do fígado ocorrem rapidamente no nosso modelo de lesão do fígado.

A Figura 2 mostra que os hepatócitos em regeneração são derivadas de CEBs. A Tg (Tp1: H2B-mCherry) A linha S939 expressa uma proteína fluorescente vermelha nuclear sob o controlo de um elemento que contém os locais de ligação 12 RBP-Jĸ 23. Este respo Notchelemento nsive parece conduzir a expressão do gene em CEBs exclusivamente no fígado 24; no entanto, é possível que dirige a expressão do gene em causa LPCs sinalização Notch está intimamente relacionado com os LPCs 25. Portanto, esta linha transgénica permite a fácil detecção de BEC, e provavelmente LPC, núcleos. Além disso, a estabilidade prolongada do H2B-mCherry autorizações de proteínas de fusão de curto prazo rastreio linhagem. A maioria das células H2B-mCherry + no fígado em regeneração R0h expressa Hnf4α (Figura 2A), que é expresso em hepatócitos, mas não em CEBs, no fígado de controlo. Hepatócitos, tal como avaliado por fabp10a: NTR-expressão PCP, em R48h ainda retido Tp1: expressão H2B-mCherry (Figura 2B, setas). Estes dados indicam a conversão BEC hepatócitos sobre perda grave de hepatócitos, o que foi confirmado pela linhagem permanente rastreio 19.

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Figura 1. Um modelo de fígado de peixe-zebra. (A) Esquema ilustrando os períodos de tratamento Mtz e regeneração hepática. (B) 36 h tratamento Mtz reduziu significativamente o tamanho do fígado e fabp10a: PCP e fabp10a: dsRed fluorescência a R0h; no entanto, forte PCP e dsRed fluorescência reapareceu no R30h. As setas apontam para o fígado (li). visualizações (C) confocal de projecção de todo o fígado imunocoradas com anticorpos anti-Alcam que rotulados CEBs. A rede de vias biliares intra-hepática foi desabou em R0h mas rapidamente restabelecida em R54h. Regiões pontilhadas delinear o fígado. Barras de escala:. 100 (B), 20 (C) mm Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 2. BECs dar origem a hepatócitos sobre perda de hepatócitos grave (A) pontos de vista de projecção confocal do fígado mostrando Hnf4α (verde) e Tp1:. MCherry-H2B (vermelho) expressão em R0h. (B) imagens de cortes individuais-óptico confocal mostrando fabp10a: NTR-PCP (cinzento) e Tp1:-mCherry H2B (vermelho) expressão no fígado. expressão mCherry foi revelado por anti-mCherry immunostaining. Observe a expressão mCherry fraco nos núcleos de PCP + hepatócitos (setas). Células mCherry forte + são CEBs. Barras de escala:. 20 um favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Grave, mas não leve, ablação de hepatócitos provoca a regeneração do fígado-driven biliar. Por conseguinte, após o tratamento de lavagem e Mtz, é importante para examinar o tamanho do fígado das larvas tratadas com Mtz, que pode ser avaliada pela fluorescência intrínseca do PCP fabp10a: NTR-PCP transgene. Uma vez que uma pequena percentagem das larvas tratadas com Mtz exibirá não excisada (0-5%) ou parcialmente ablação (10-20%) os fígados, é essencial para resolver e apenas analisar as larvas com uma muito pequena do fígado, que é indicativa de ablação hepatócitos grave.

Embora no nosso protocolo, tratada com larvas de peixe-zebra Mtz 3,5-5 dpf (um período de tratamento de 36 h), as fases alternativas e duração do tratamento Mtz também são possíveis. Por exemplo, as larvas tratadas 5-6 dpf (de um período de tratamento de 24 horas) também exibiu ablação hepatócitos grave, semelhante ao período de tratamento de 36 h acima mencionado. Dois grupos adicionais geradas independentementefabp10a semelhante: linhagens transgênicas NTR e também informou sobre o processo de regeneração hepática-driven biliar após a ablação específica do hepatócito. Considerando que um grupo tratado com larvas Mtz 6-7 dpf 21, outro fez 3,5-4,5 dpf, chegando a conclusões similares 20. Uma vez que cada fabp10a: linha transgénica NTR pode exibir um nível de expressão diferente NTR, a duração e a dosagem de tratamento Mtz deve ser determinado separadamente para cada uma das linha transgénica utilizada. Também podem ser úteis para gerar uma linha transgénica com uma versão aumentada do gene NTR, em que a introdução de três mutações pontuais leva a um aumento na sua actividade enzimática 26. Este mutante NTR irá resultar num evento de ablação mais rápido do que o de tipo selvagem NTR 26. Isto é especialmente vantajoso quando a cinética de tipo selvagem NTR podem limitar a possibilidade de ablação celular completo numa fase desejada.

Uma vez que centenas de larvaspode submeter-se simultaneamente a ablação de hepatócitos, este modelo de lesão de fígado de peixe-zebra pode ser aplicado para telas químicas para identificar moléculas pequenas que podem suprimir ou aumentar a regeneração do fígado impulsionado-biliar. Por exemplo, usando este modelo, o grupo Shin na Georgia Tech realizada uma tela de química e encontrou vários agonistas e antagonistas Wnt Notch que facilitaram a regeneração hepática 20. Também foi realizada uma tela química pequena escala e identificou vários compostos que podem suprimir a regeneração hepática (SK, TYC, JS, e DS, em preparação).

Marcador análises em seres humanos sugerem que CEBs pode contribuir para hepatócitos regeneradas no fígado doente 5,6. O grupo do Dr. Wanless 'relatou recentemente que uma grande percentagem de parênquima na cirrose regrediram parece ser derivado a partir de LPCs / CEBs em seres humanos 27, o que implica a importância da regeneração hepática BEC-impulsionado em regressão cirrose. Dado o facto de CEBs principalmentecontribuir para os hepatócitos em regeneração no modelo de fígado de peixe-zebra descrito aqui, este modelo será uma ferramenta valiosa para determinar os mecanismos celulares e moleculares subjacentes regeneração hepática BEC-driven. Compreender esses mecanismos irá fornecer insights significativos sobre como aumentar a regeneração hepática inata em pacientes com doenças graves de fígado. Além disso, em combinação com telas químicas, este modelo de peixe-zebra pode ser útil na identificação de um medicamento potencial que pode facilitar a regeneração do fígado inata em pacientes humanos.

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Disclosures

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-amino benzoic acid ethyl ester (Tricaine) powder Sigma-Aldrich A5040 Make 0.4% (15 mM) tricaine stock : Bring 0.4 g tricaine to 100 mL with egg water. Adjust to pH 7. 
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich D8418
Metronidazole Sigma-Aldrich M1547
Triton X-100 Sigma-Aldrich T8532
Formaldehyde Sigma-Aldrich 252549
Calcium sulfate dihydrate Sigma-Aldrich C3771
N-Phenylthiourea (PTU) Sigma-Aldrich P7629
Mounting media (Vectashield) Vector Laboratories H-1000
100 x 15 mm petri dish  Denville Scientific Inc. M5300
clear nail polish Fisher Scientific 50949071
fine forceps Fine Science Tools 11251-20 Dumont #5 
glass slide Fisher Scientific 12-544-1
glass coverslip Fisher Scientific 12-540-A and 12-542-A 18 x 18 mm
zn-5 (mouse anti-Alcam) ZIRC zn-5 1:10 dilution
goat anti-Hnf4a Santa Cruz sc-6556 (C-19) 1:50 dilution
rat anti-RFP Allele Biotechnology ACT-CM-MRRFP10 1:300 dilution
AlexaFluor 647 AffiniPure Donkey Anti-goat IgG (H+L) Jackson laboratories 705-605-147 1:500 dilution
AlexaFluor 647 AffiniPure Goat Anti-mouse IgG (H+L) Invitrogen A21240 1:500 dilution
Cy3 donkey anti-rat IgG Jackson laboratories 712-165-150 1:500 dilution
dissecting microscope Leica Microsystems S6F
epifluorescence microscope Leica Microsystems M205FA
confocal microscope Carl Zeiss LSM700
egg water 0.3 g/L of sea salts ‘Instant Ocean’ and 0.5 mM CaSO4 in distilled water.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Name Company Catalog Number Comments
10X PBS 25.6 g Na2HPO4·7H2O, 80 g NaCl, 2 g KCl, 2 g KH2PO4.  Bring to 1 L with distilled water.  Adjust pH 7.  Autoclave for 20 min at 121°C.
1X PBSDT 0.2% Triton X-100 and 0.2% DMSO in 1 X PBS.
PEM buffer 30.2 g PIPES, 761 mg EGTA, 1 mM MgSO4.  Bring to 1 L with distilled water.  Adjust pH 7.
Blocking solution Mix 1 ml of heat-inactivated horse serum with 9 ml of 1X PBSDT.

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References

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Choi, T. Y., Khaliq, M., Ko, S., So, J., Shin, D. Hepatocyte-specific Ablation in Zebrafish to Study Biliary-driven Liver Regeneration. J. Vis. Exp. (99), e52785, doi:10.3791/52785 (2015).

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