Introduction
A pesar de la notable capacidad de regeneración de los hepatocitos 1, que son el principal tipo de células de parénquima del hígado, insuficiencia hepática crónica afecta esta capacidad, dando lugar a células progenitoras hepáticas (HPC) la regeneración dependiente de 2.
Daño hepático crónico se deriva principalmente de abuso de alcohol, el virus de la hepatitis C crónica (VHC) 3 y enfermedad de hígado graso no alcohólica (EHNA) 4. Esto conduce a la fibrosis hepática sostenida, que se asocia con la acumulación de proteínas de la matriz extracelular (ECM). La persistencia de la acumulación de ECM distorsiona la arquitectura hepática intacta mediante la formación de un tejido fibroso cicatrizante 5, posteriormente, lo que resulta en cirrosis con alta morbilidad y mortalidad. Se han hecho muchos intentos para mitigar la respuesta fibrótica principalmente centrándose en la inhibición de citoquinas profibrogénicas y miofibroblastos activados 6. Este último se deriva principalmente de las células estrelladas hepáticas (HSC), las principales células no parenquimatosas hepáticas responsables de la formación de la cicatriz del hígado 4. Sin embargo, las terapias regenerativas que estimulan fuentes celulares endógenos incluyendo HPCs para regenerar los hepatocitos en presencia de insultos fibrogénicos sostenidos esperan más investigación.
Muchos modelos experimentales de fibrosis hepática se han descrito en los mamíferos. Inyección repetitiva de tetracloruro de carbono (CCl 4) ha sido ampliamente utilizado para inducir la fibrosis de hígado en murinos y de rata modelos 7. Cuando se combina con una dieta alta en grasa (HF), alcohol condujo a una regulación al alza sustancial de la expresión génica profibrogenic y fibrosis hepática 8. Mientras que la esteatosis (acumulación de lípidos) resulta de la exposición aguda de alcohol, hace que el hígado susceptible a daño hepático más grave 9.
El pez cebra, Danio rerio, se ha convertido en un sistema de modelo de vertebrados de gran valor para el estudio de la regeneración. Aunqueotros vertebrados inferiores, tales como tritones y axolotls tienen una notable capacidad de regeneración, el pez cebra tiene ventajas sobre otros sistemas de modelos con respecto a las estrategias de manipulación genética y de visualización necesarios para manipular los factores de potencial regenerativo 10. El pez cebra también representa un modelo de vertebrados atractivo para el estudio de la enfermedad hepática alcohólica (ALD) por simple adición de etanol (EtOH) a su agua. La exposición aguda EtOH para larvas de pez cebra adultos y esteatosis hepática causada 11-13. Cuando el pez cebra adulto recibió la exposición prolongada EtOH, se observó la deposición de colágeno con la regulación positiva de genes relacionados con la fibrosis-14. Sin embargo, existe una necesidad para el desarrollo de modelos para estudiar la regeneración del hígado en respuesta a EtOH como un estímulo fibrogénicos.
Recientemente, hemos desarrollado un modelo de fibrosis hepática inducida por EtOH 15 en el pez cebra. Hemos combinado un sistema de ablación genética específico de hepatocitos con el tratamiento con EtOH en larvas y adultt pez cebra. Hemos generado dos líneas transgénicas, Tg (fabp10a: CFP-NTR) gt1 y Tg (fabp10a: mCherry-NTR) GT2, en el que E. coli nitrorreductasa (NTR) se fusionan con el cian y proteína fluorescente mCherry, respectivamente, bajo el control del ácido graso específico de hepatocitos proteína 10a, básico (fabp10a) promotor hígado de unión. En este sistema, NTR convierte un profármaco no tóxico metronidazol (MTZ) en un agente de reticulación inter-cadena de ADN 16, inducir la muerte explícita de los hepatocitos. Utilizando este modelo, hemos demostrado que una población de células hepáticas, que son sensibles a la señalización de Notch, convertida en hepatocitos en la casi ausencia de hepatocitos y en el exceso de ECM. Designamos estas células como HPC. Por otra parte, a través de las pantallas químicas, hemos identificado activadores de moléculas pequeñas de la señalización de Wnt y los inhibidores de la señalización de Notch que aumentan la regeneración de los hepatocitos en el hígado fibrótico. Therefore, nuestro modelo de hígado fibrótico en el pez cebra representa un sistema de detección química excelente en comparación con cultura-célula o sistema de selección basado en los mamíferos. Es un sistema in vivo con costos significativos y beneficios de ahorro de tiempo. Aquí se describen los procedimientos detallados para el establecimiento de un modelo de fibrosis hepática inducida por EtOH y para la realización de pantallas químicos que utilizan este modelo en el pez cebra. Además, se realizaron análisis de tiempo-por supuesto para investigar cómo la regeneración de los hepatocitos se produce en el hígado fibrótico. Este protocolo proporcionará una valiosa herramienta para estudiar los mecanismos y estrategias de mejora de la regeneración de los hepatocitos en el hígado fibrótico.
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Protocol
El pez cebra fueron criados y criados utilizando un protocolo estándar que cumpla con los criterios de los Institutos Nacionales de Salud y aprobadas por el Instituto de Tecnología de Georgia Institucional Cuidado de Animales y el empleo.
1. Preparación de soluciones
- Preparar el agua de huevo 20 L (utilizado indistintamente con 'medio de embrión') para mantener embriones de pez cebra / larval. Disolver 1,5 g de CaSO 4 y 6 g de sal del mar del océano instantánea en 250 ml de agua destilada. Verter en un bidón lleno de 20 litros de agua destilada y agitar.
- Preparar 1 litro (PTU) solución madre-2-tiourea 1-fenil (20x). Disolver 0,6 g de polvo de PTU en 1 L de agua destilada. Añadir 1 ml de solución madre por 20 ml de medio de embrión a una concentración final de 0,003% como solución de trabajo.
PRECAUCIÓN: La PTU puede causar toxicidad sistémica tras la inhalación o exposición cutánea. Preparar y utilizar de acuerdo con las directrices de manejo adecuadas. - Preparar 1 L de acetato de 3-aminobenzoate solución de metanosulfonato (Tricaína) (20x). Disolver 4 g de polvo Tricaína en agua destilada. Ajustar el pH a 7 mediante la adición de tampón Tris 1 M (pH 9), y llevar el volumen final a 1 L con agua destilada. Alícuota en 50 ml y se almacena a -20 ° C. Descongelarse antes de su uso.
PRECAUCIÓN: Tricaína puede inducir una pérdida de sensibilidad. Preparar y utilizar de acuerdo con las directrices de manejo adecuadas. - Preparar 100 ml de solución de metronidazol larval (MTZ) de trabajo. Hacer solución fresca 15 MTZ mM disolviendo 0,25 g de polvo de MTZ en 0,1% de sulfóxido de dimetilo (DMSO) en 100 ml de medio de embrión. Disuelva el polvo MTZ completamente mediante agitación vigorosa. Hacer una solución fresca MTZ y use papel de aluminio para evitar la degradación fotocatalítica de MTZ.
PRECAUCIÓN: MTZ puede causar irritación. Preparar y utilizar de acuerdo con las directrices de manejo adecuadas. - Preparar 100 ml de solución de trabajo de larvas de etanol / metronidazol (EtOH / MTZ). Hacer una solución fresca MTZ y use papel de aluminio para evitar fotocatalítica degradación de MTZ. Añadir 1,5 ml 100% de etanol en 100 ml de solución de MTZ a una concentración final de 1,5% justo antes del uso.
- Preparar 500 ml de solución de trabajo de adultos MTZ. Hacer una solución fresca MTZ 10 mM disolviendo 0,83 g de polvo de MTZ en DMSO al 0,1% en 500 ml de agua del sistema. Disuelva el polvo MTZ completamente mediante agitación vigorosa. Hacer una solución fresca MTZ y use papel de aluminio para evitar la degradación fotocatalítica de MTZ.
- Preparar 1 l de tampón PEM. Disolver 30,2 g TUBOS, 0,74 g, EGTA y MgSO4 en agua destilada 0,12 g. Ajustar el pH a 7 con NaOH. Se ajusta el volumen final a 1 L con agua destilada.
2. Preparación de larvas de pez cebra
- Configurar el apareamiento de [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] 15,17 pez cebra adulto con Tg (hand2: EGFP) PD24 13 adultos de pez cebra en los tanques de apareamiento. Utilice divisores para llevar a cabo el apareamiento cronometrado.
- Retire el divider la mañana siguiente y permitir que los peces se acoplarán sin interrupción. Cosecha embriones de 2 horas más tarde por el esfuerzo de agua del sistema y la transferencia de los embriones en 100 mm placas de Petri con medio de embrión.
- Mantener no más de 100 embriones por placa de Petri. Bajo un microscopio estereoscópico, eliminar los huevos no fertilizados utilizando una pipeta de vidrio. Crecer embriones a 28 ° C y añadir feniltiourea (PTU) a una concentración final de 0,003% después de 10 horas post-fertilización (HPF) para inhibir el desarrollo de pigmentos.
3. El etanol, tratamiento con metronidazol y el hígado en regeneración de las larvas de pez cebra
- Preparar la solución de EtOH fresco mediante la adición de etanol en medio de embrión a una concentración final de 1,5%. No agregue PTU.
- Tratar embriones con solución de etanol 20 ml por placa Petri 56-80 hpf. Cubrir placas de Petri con papel de plástico para evitar la evaporación del etanol.
- Clasificar [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11 sup>; Tg (hand2: EGFP) PD24] larvas con el tamaño del hígado similares, tal como se determina por la expresión CFP, en 80 hpf. No utilice Tricaína al ordenar las larvas tratadas con EtOH porque esto causará alta tasa de mortalidad con el tratamiento posterior de EtOH / MTZ. Mantenga larvas ordenada a una densidad de 30 embriones por placa de Petri.
- Preparar fresco MTZ 15 mM en medio de embrión en 0,1% de DMSO. Añadir la cantidad apropiada de EtOH en solución MTZ para hacer una concentración final de 1,5%. Se incuban las larvas en 20 ml de solución de EtOH / MTZ por placa de Petri durante 24 horas a 28 ° C. Cubrir placas de Petri con una envoltura de plástico para mantener la concentración de EtOH y con papel de aluminio para protegerlo de la luz.
- Al final del tratamiento, eliminar la solución de EtOH / MTZ mediante la transferencia de las larvas a las nuevas placas de Petri con medio de embriones frescos. Lávese las larvas 3 veces con medio de embrión y mantenerlos en 20 ml de medio de embrión sin PTU.
- Para resolver las larvas con la ablación casi completa de los hepatocitos, observar la fluorescenciabajo un microscopio de epifluorescencia con el filtro de CFP con un aumento de 80X. Resultados de la ablación con éxito en un mínimo de fluorescencia PPC en el hígado y el volumen hepático reducido significativamente.
- Para evitar la muerte de las larvas tratadas-MTZ EtOH /, no utilice Tricaína para la clasificación. Fijar las larvas de inmunotinción (consulte la sección 5) o mantener ordenada larvas en placas de Petri a 28 ° C para análisis posteriores.
4. Pantallas químicos en tratados MTZ EtOH / larvas de pez cebra
- Llevar las placas de 96 pocillos que contenían 10 mM en DMSO acciones químicas (consulte la Lista de materiales para obtener detalles sobre las bibliotecas químicas comerciales) desde el -80 ° C congelador. Cubrir con papel de aluminio para evitar la degradación fotocatalítica de los productos químicos. Descongelar las soluciones madre a temperatura ambiente con agitación suave.
- Preparar soluciones químicas mediante la dilución de soluciones madre 10 mM con medio de embrión a una concentración final de 50 mM (en placas de 96 pocillos: s inicialesCreen; en tubos de 1,5 ml: repetición de pruebas). larvas de control se trataron con concentraciones iguales de DMSO en medio de embrión.
- larvas de transferencia con la ablación casi completa de hepatocitos, que fueron tratados con EtOH MTZ 1,5% / 15 mM y ordenadas como se mencionó anteriormente, a cualquiera de 96 pocillos (pantalla inicial) o de 24 pocillos (de nuevas pruebas) placas llena previamente con medio de embrión a una densidad de 5 larvas por pocillo. Utilice pocillos por duplicado para cada producto químico.
- Retire medio de embrión y añadir ya sea 250 l (placas de 96 pocillos) o 500 l (placas de 24 pocillos) soluciones químicas a cada pocillo. placas de cubierta con papel de aluminio y el tratamiento de las larvas de 50 horas a 28 ° C. Inspeccionar las larvas-remojo química diaria y eliminar cualquier larvas muertas de los pozos individuales.
- Al final del tratamiento químico, observar el número y / o la intensidad de los hepatocitos CFP-expresan bajo un microscopio de epifluorescencia con el filtro de CFP con un aumento de 80X. La fotografía que muestra en vivo larvas mejorada o reducird número y / o la intensidad de la PPC hepatocitos que expresan con una cámara digital para los registros.
- Conservar las larvas mediante la fijación de formaldehído durante imagen confocal como se describe en la sección 5.
- Para volver a probar los productos químicos que facilitan la regeneración de los hepatocitos en la pantalla inicial, examinar su potencia a concentraciones superiores e inferiores para encontrar la concentración más eficaz con los procedimientos descritos en 4.1-4.5 ( 'nuevas pruebas').
5. La fijación de las larvas de pez cebra, inmunotinción, y Imagen confocal
- Anestesie larvas mediante la adición de tricaína a una concentración final de 0,02%. Transferencia de 10 a 15 larvas a un tubo de 1,5 ml y se lava una vez con solución salina tamponada con fosfato (PBS). Retirar PBS y añadir 1 ml de recién preparada de formaldehído al 2% en tampón PEM para fijar O / N a 4 ° C.
PRECAUCIÓN: El formaldehído produce irritación y se sabe que es un carcinógeno humano. Manejar en una campana de humos química. - La solución que se fijan correctamente y luego waSH 3 veces con PBS a temperatura ambiente. larvas fijo puede mantenerse en PBS a 4 ° C hasta por varios días. De proceder al siguiente paso da rápidamente mejores resultados de inmunotinción.
- Retirar con cuidado la yema y la piel que cubre el área del hígado usando un fórceps # 55 bajo un microscopio estereoscópico.
- Permeabilizar y larvas de bloque en tampón de bloqueo (4% de albúmina de suero bovino y 0,3% de Triton X-100 en PBS) O / N a 4 ° C.
- Incubar con el anticuerpo de conejo anti-colágeno I a una dilución de 1: 100 en tampón Bloque O / N a 4 ° C. Lavar 5 veces durante 15 min cada uno con tampón de lavado (0,3% de Triton X-100 en PBS).
- Incubar con 647 AlexaFluor anticuerpo anti-conejo de burro conjugado a una dilución de 1: 200 en tampón Bloque O / N a 4 ° C. Lavar 5 veces durante 15 min cada uno con tampón de lavado. A continuación, lavar una vez con PBS.
- transferir suavemente las larvas a portaobjetos de vidrio utilizando una pipeta de vidrio, y las larvas fijo Oriente con el lado lateral izquierdo hacia arriba. Eliminar el exceso de PBS utilizando Kimwipes. Añadir una gota de medio de montajeY cubierta de vidrio sellado con esmalte de uñas. La realización de formación de imágenes confocal de inmediato se recomienda en gran medida.
- Utilice un sistema confocal equipado con una lente de 40X / 1.3 aceite para capturar imágenes. Utilice la fuerza de láser en 20 a 50%. Capturar imágenes de la consola Z a intervalos de 1 m.
6. Preparación de adultos de pez cebra
- Configurar el apareamiento de [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] 15,17 pez cebra adultos en tanques de apareamiento. Cosecha embriones a la mañana siguiente por el esfuerzo de agua del sistema y la transferencia de los embriones en 100 mm placas de Petri con medio de embrión.
- Mantener no más de 100 embriones por placa de Petri. Bajo un microscopio estereoscópico, eliminar los huevos no fertilizados utilizando una pipeta de vidrio. Crecer embriones a 28 ° C y añadir PTU a una concentración final de 0,003% después de 10 HPF para inhibir el desarrollo de pigmentos.
- A las 4 dpf, utilice Tricaína para anestesiar a las larvas y ordenar [Tg (fabp10a: PPC-NTR)GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] larvas. Lavar la Tricaína cambiando a nuevos embrión medio varias veces. Permitir que las larvas se recupere a 28 ° C hasta que alcancen el ritmo cardíaco normal de 120-180 latidos por minuto 18.
- Elevar larvas ordenada de 6-12 meses de edad con base en el procedimiento estándar 19.
7. El etanol, tratamiento con metronidazol, y el hígado Regeneración en adultos de pez cebra
- Transferencia de 6-12 meses de edad [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] adultos de pez cebra a los tanques de apareamiento utilizando una red. Mantener a los peces a una densidad de no más de 10 peces por tanque.
- Preparar la solución de EtOH fresco mediante la adición de EtOH en agua del sistema a una concentración final de 1%. El tratamiento de los peces adultos con 500 ml de solución de EtOH en cada tanque y mantenerlas en un 28 ° C incubadora.
- peces adultos transferencia a la solución de EtOH fresco todos los días, de descarte de peces muertos properly como un riesgo biológico. Tratar a los animales de forma continua durante 72 horas antes del tratamiento MTZ.
- Preparar una solución fresca MTZ 10 mM en agua del sistema en el 0,1% de DMSO. Pre-calentar la solución MTZ en una incubadora a 28 °. Tratar el pescado con 500 ml de solución de MTZ en la travesía del tanque 1 L durante 8 horas a 28 ° C, protegido de la luz usando papel de aluminio.
- Observe por hora durante el tratamiento y retirar los peces muertos inmediatamente. Desechar adecuadamente los peces muertos como un riesgo biológico. Al final del tratamiento de MTZ, lavar la MTZ mediante la transferencia de los animales al agua sistema fresco dos veces.
- Permita que los animales se recuperan y mantienen en una incubadora a 28 ° C. Alimentar y transferir pez en el agua del sistema fresco todos los días, hasta el punto de tiempo para los análisis.
8. Fijación adultos de pez cebra hígado, inmunotinción, y Imagen confocal
- Anestesiar a los peces adultos con 0,02% Tricaína y la eutanasia en agua helada durante 15 min. Pat el pescado seco en una toalla de papel y colocarlo en una estera de disección.
- Exponer a los órganos gastrointestinales mediante la eliminación de la piel y los músculos a lo descrito previamente 20. Con unas tijeras para cortar la piel y el músculo subyacente a lo largo del vientre de la aleta anal para el opérculo, y luego posteriormente a lo largo del lado de los peces de nuevo a la aleta anal.
- Ponga el pescado en un tubo cónico de 15 ml y lavar una vez con PBS. Retirar PBS y añadir 4 ml de recién preparada de formaldehído al 2% en tampón PEM para fijar O / N a 4 ° C.
- La solución que se fijan correctamente, y lavar 3 veces con PBS a temperatura ambiente. Las muestras fijadas se pueden mantener en PBS a 4 ° C durante varios días. De proceder al siguiente paso de inmediato da mejores resultados de inmunotinción.
- Diseccionar todo el intestino con el hígado de la cavidad del cuerpo de los peces cortando el esófago. Integrar los órganos gastrointestinales con 4% de bajo punto de fusión de agarosa en un molde de seccionamiento.
- Use un vibratome para cortar muestras en secciones transversales a 50 micras intervalos en PBS enfriado con hielo, a partir del extremo anterior. transferir segciones a la placa de 6 pocillos con PBS utilizando un pincel # 1.
- Permeabilizar y secciones de bloque en bloque del buffer O / N a 4 ° C.
- Incubar con el anticuerpo de conejo anti-colágeno I a una dilución de 1: 100 en tampón Bloque O / N a 4 ° C. Lavar 5 veces, 15 minutos cada uno con tampón de lavado.
- Incubar con 647 AlexaFluor anticuerpo anti-conejo de burro conjugado a una dilución de 1: 200 en tampón Bloque O / N a 4 ° C. Lavar 5 veces, 15 min cada uno con tampón de lavado y una vez con PBS.
- transferir suavemente secciones a portaobjetos de vidrio utilizando un pincel # 1. Eliminar el exceso de PBS utilizando Kimwipes, añadir una gota de medio de montaje, y la cubierta de vidrio sellado con esmalte de uñas. La realización de la imagen confocal de inmediato es muy recomendable.
- Utilice un sistema confocal equipado con una lente de 40X / 1.3 aceite para capturar imágenes. Utilice la fuerza de láser en 20 a 50%. Capturar imágenes de la consola Z a intervalos de 1 m.
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Representative Results
Figura 1 muestra el desarrollo de un modelo de hígado fibrótico EtOH inducida en larvas de pez cebra. Para optimizar un protocolo para la exposición de las larvas de pez cebra para EtOH, se evaluó la toxicidad primera EtOH. 2,5 días post-fertilización (DPF) larvas fueron expuestas a la concentración de EtOH 1%, 1,5% o 2% durante 24 horas seguido de un 24 hr EtOH tratamiento concurrente / MTZ. La exposición al 2% EtOH causó una mortalidad elevada, mientras que casi todas las larvas expuestas al 1% EtOH o menos mostraron cambios mínimos fibrogénicos con rara deposición de proteínas de la matriz extracelular como el colágeno. Basándose en estos resultados, las larvas fueron pretratados con 1,5% de EtOH durante 24 horas (2.5 a 3.5 dpf) y luego se trató simultáneamente con MTZ durante 24 horas (3.5 hasta 4.5 dpf) (Figura 1A). Las larvas tratadas con MTZ EtOH / mostró anomalías morfológicas incluyendo la curvatura hacia arriba del tronco y la cola, edema pericárdico, y el fracaso para inflar la vejiga natatoria. (Figura 1B). Nosotrosutilizado tres líneas transgénicas para analizar los cambios fibrogénicos en los hígados de larvas tratadas con MTZ EtOH /: 1) Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1 línea se expresa el gen NTR fusionado con la proteína fluorescente cian bajo el promotor específico de hepatocitos fabp10a 15; 2) Tg (Tp1: mCherry) línea jh11 marca células con Notch de señalización activo (células Notch-sensible, CNR) o células epiteliales biliares (CEB) con mCherry nuclear 17, el que la expresión está bajo el control del módulo TP1 que contienen múltiples RBP- jk sitios de unión; y 3) Tg (hand2: EGFP) línea de PD24, que las etiquetas de las células estrelladas hepáticas (HSC) 13. El control tratado con DMSO [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11; tg (hand2: EGFP) PD24] hígados no mostró ningún tipo I colágeno fibrilar deposición 4,6,9 (Figura 1 C, C '), mientras que EtOH / MTHígados tratados Z-visualizan tipo I elevada acumulación de colágeno a 25 y 50 horas post-ablación (hpa) (Figura 1 D, D ', E, E'). Además, en comparación con los hígados de control tratados con DMSO (Figura 1C ''), HSCs aumentó en número con la morfología alterada de una configuración en forma de estrella a una forma de miofibroblastos-como con procesos citoplásmicos perdidos en los hígados en regeneración tratada MTZ EtOH / ( Figura 1D '', E ''). Observamos dos poblaciones discretas de los CNR mCherry expresan a 25 hPa en el hígado en regeneración tratado con MTZ EtOH /: dim CNR rojos (Figura 1D '' ', inserción, flechas blancas) y CNR de color rojo brillante (Figura 1D' '', inserción , puntas de flechas amarillas). A los 50 hPa, hepatocitos específica PPC comenzó a co-expresa en los CNR con expresión mCherry tenue a lo largo de los hígados de regeneración (Figura 1E '' ', inserción, flechas blancas). Estos PPC y tenue mCherry-coexpreCNR ssing son evidentemente distinguible de los CNR de color rojo brillante que son negativas para la política pesquera común (Figura 1E '' ', inserción, puntas de flechas amarillas). Estudios previos demostraron que cuando la proliferación de hepatocitos fue suprimida después de la hepatectomía parcial (PHX), HPC se expandió con la proliferación concomitante de las HSC 21. Además, los HPC y las BEC compartían marcadores histoquímicos 22. Por lo tanto, nuestros resultados indican que la co-expresión de los CNR PPC y tenue mCherry retratan un pez cebra-homólogo de HPC que se diferencian en hepatocitos por encontrarse con la muesca de regulación a la baja. Los NRC mantenimiento de los niveles más altos de señalización Notch pueden permanecer como cholangiocytes, que se diferencian las BEC 23.
Figura 2 muestra el desarrollo de un modelo de hígado fibrótico EtOH inducida en el pez cebra adultos. En primer lugar, expusimos adultos de pez cebra a 1%, 1,5%, o 2% de EtOH para evaluar la viabilidad. La mayoría de adultos de pez cebra hizo not sobreviven más de 72 h de exposición a concentraciones EtOH mayor que 1% (datos no publicados). Por lo tanto, para los adultos de pez cebra, pretratados el pescado con 1% de EtOH durante 72 horas y seguimos con el tratamiento MTZ (Figura 2A). Mediante la realización de análisis de tiempo-por supuesto, demostramos tipo significativamente elevada que la deposición de colágeno en el hígado en regeneración tratados con MTZ EtOH / a los 2, 3, y 4 días post-ablación (dpa) (Figura 2 C ', D', E ') en comparación con los hígados tratados con DMSO (Figura 2B '). De manera similar a la observada en las larvas, se detectaron las células co-expresión de la PPC y dim mCherry en los hígados en regeneración tratados con MTZ EtOH / de 12 meses de edad [Tg (fabp10a: CFP-NTR) gt1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] peces adultos en 3 y 4 dpa (Figura 2D, E, inserciones, flechas blancas). Estos datos indican que la HPC, sensible a Notch de señalización, mantener su capacidad de regeneración como hepatocitos enla presencia de insulto fibrogénicos en el pez cebra adulto.
La Figura 3 muestra los resultados del cribado químico representativos utilizando nuestro modelo de hígado fibrótico inducida por etanol en larvas de pez cebra. Para identificar los compuestos bioactivos que aceleran la regeneración de los hepatocitos en el hígado fibrótico, se realizó pantallas genéticos químicos. Hemos examinado una biblioteca de 75 pequeñas moléculas con actividades biológicas y farmacéuticas bien caracterizados (Stem Cell Signaling Biblioteca Compuesto, Selleckchem) y una biblioteca de 1.000 moléculas pequeñas-menos caracterizado (ActiProbe-1K Biblioteca, TimTec) utilizando [Tg (fabp10a: PPC -NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] larvas. Nos ablated los hepatocitos en presencia de EtOH MTZ 1,5% / 15 mM y luego se expusieron las larvas a 50 mM de los compuestos de 50 hr (Figura 3A). Un número de agonistas Wnt como SB 415286 y CHIR-99021, los inhibidores de la glucógeno sintasa quinasa-3, promovido la regeneración de los hepatocitos (Figura 3C, D) en comparación con DMSO (Figura 3B). Además, [4- (1H-1,2,3,4-tetrazol-5-il) -1,2,5-oxadiazol-3-ilamina], abreviado como HTOA, una novela Wnt activador de vía, el aumento de la regeneración de hepatocitos en el hígado fibrótico como se indica por mayor hígado regenerado (Figura 3E). Estos datos sugieren que nuestro modelo de fibrosis sostenida proporciona una valiosa herramienta para descubrir moléculas pequeñas que mejoran la regeneración de los hepatocitos.
Figura 1. Desarrollo de un modelo de hígado fibrótico inducida por etanol en larvas de pez cebra. (A) Esquema que ilustra los períodos de tratamiento EtOH y EtOH / MTZ para el establecimiento de un modelo de hígado fibrótico en larvas. (B) a las 50 horas post-ablación (hpa), l-MTZ tratado EtOH /el pez cebra arval desarrolló anormalidades morfológicas incluyendo la curvatura hacia arriba del tronco y la cola, edema pericárdico, y el fracaso para inflar la vejiga natatoria. (CC '' ') en los hígados de [Tg: GT1 (fabp10a PPC-NTR); Tg (Tp1: mCherry) jh11; tg (hand2: EGFP) larvas PD24] tratadas con DMSO, proteínas ECM colágeno 1a era casi indetectable (C, C ') y las CEH quiescentes mostró una configuración en forma de estrella (C' '), mientras que CNR distribuidos entre los hepatocitos (C, C '' ', recuadro). (DE '' ') en los hígados de las larvas tratadas MTZ-EtOH /, se observó elevada deposición de colágeno 1a (D, D', E, E '). HSC aumentó en número y perdió complejos procesos citoplásmicos (D '', E ''). A los 25 hPa, CNR mCherry que expresan se componen de dos poblaciones distintas. Puntas de flechas amarillas indican CNR de color rojo brillante (D '' ', inserción), mientras que las flechas blancas indican los CNR rojos oscuros (D' '', inserción). A los 50 hPa, Tg (fabp10a: PPC-NTR) y Tg (Tp1: mCherry) células co-expresando comenzado emergentes de todo el hígado en regeneración (E '' ', inserción, flechas blancas), mientras que los brillantes CNR rojos tenían ninguna expresión PPC (E '' ', inserción, puntas de flecha de color amarillo). Todas las imágenes confocal son imágenes planas individuales excepto C '', D '', E '', que son imágenes de proyección. Las barras de escala: B, 100 micras; CE '' ', 20 micras. EtOH, etanol; MTZ, metronidazol; hpa, horas post-ablación; dpf, días post-fertilización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Desarrollo de un modelo de hígado fibrótico inducida por etanol en el pez cebra adultos. (A) Esquema que ilustra los períodos de tratamiento EtOH y MTZ para el establecimiento de un modelo de hígado fibrótico en adultos. (BE ') Tg (fabp10a: PPC-NTR), Tg (Tp1: mCherry), y la expresión de colágeno en 1a vibratome secciones de DMSO (B y B') y EtOH / MTZ-tratado (CE ») de adultos hígados de pez cebra. (BB ') En los controles tratados con DMSO, colágeno 1a era casi indetectable (B') sin Tg (fabp10a: PPC-NTR) y Tg (Tp1: mCherry) células co-expresión de (B). (CE ') en los hígados en regeneración tratada MTZ EtOH /, la deposición de colágeno 1a se elevó notablemente en 2, 3, y 4 dpa (C', D ', E') con unapoblación de Tg (fabp10a: CFP-NTR) y Tg (Tp1: mCherry) las células co-expresar en 3 y 4 dpa (D, E, inserciones, flechas blancas). Los brillantes CNR rojos tenían ninguna expresión política pesquera común (D, E, inserciones, puntas de flecha de color amarillo). BE, confocal de imágenes en un único plano. B'-E ', proyección de imágenes confocal. Barra de escala, 20 micras. EtOH, etanol; MTZ, metronidazol; dpa, días-post-ablación. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Los resultados de los exámenes químicos representativos utilizando el modelo de fibrosis hepática inducida por etanol en larvas de pez cebra. (A) Esquema de la pantalla de la regeneración de los hepatocitos en el hígado fibrótico. (BE) conocidos y nuevos Wntactivadores de aumentar la regeneración de los hepatocitos en el hígado fibrótico. Proyecciones confocal de los hígados tratados con MTZ EtOH / en la [Tg (fabp10a: PPC-NTR) GT1; Tg (Tp1: mCherry) jh11] larvas que se administraron con DMSO (B), SB415286 (C), CHIR-99021 ( D), o una novela Wnt activador [4- (1H-1,2,3,4-tetrazol-5-il) -1,2,5-oxadiazol-3-ilamina] (abreviado como HTOA) (E). SB415286 y CHIR-99021 son inhibidores de glucógeno sintasa quinasa-3. Todas las imágenes son imágenes de proyección confocal. Barra de escala, 20 micras. EtOH, etanol; MTZ, metronidazol; hpa, horas post-ablación; dpf, días post-fertilización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Se observó la regeneración de hepatocitos HPC mediada en los hígados se recuperan con tratamiento MTZ EtOH /, lo que sugiere que incluso en presencia de una cantidad sustancial de proteínas ECM, incluyendo el tipo fibrilar de colágeno I, las HPCs conservan su competencia para regenerar como hepatocitos. La única MTZ-tratamiento no aumentó la deposición de proteínas ECM significativamente, mientras que el único tratamiento EtOH no indujo la activación HPC 15. Al utilizar el tratamiento combinado EtOH / MTZ, hemos sido capaces de investigar la regeneración HPC-conducido en el hígado fibrótico. Como la eliminación casi completa de los hepatocitos provoca la regeneración de hepatocitos HPC-conducido, es fundamental para resolver las larvas tratadas-MTZ en base a los criterios de ausencia de fluorescencia específico de hepatocitos del hígado y el volumen reducido de manera significativa por los CNR en clúster. En los peces, los vasos sanguíneos de las branquias y la piel absorben el alcohol 24, por lo que no hay necesidad de que los animales puedan beber ad libitum o requieren intragastric infusión como en modelos de mamíferos. Estamos alojados EtOH- y peces adultos tratados con MTZ posteriores en tanques separados y sin hacer circular el agua. Es esencial para transferir el pescado a la solución de EtOH fresco a diario y mantener la tapa en reducir al mínimo la evaporación de EtOH. A pesar de 48-72 horas de tratamiento EtOH / MTZ induce eficazmente la síntesis de proteínas ECM en nuestros protocolos, ni fibrosis avanzada cirrosis ni se ha desarrollado en estos peces. Por lo tanto, la combinación de MTZ con la exposición prolongada de etanol como de 12 semanas de tratamiento 14, concretamente en los peces adultos, puede inducir daño hepático más grave para simular e interrogar a la regeneración HPC impulsada en la insuficiencia hepática crónica correctamente.
El pez cebra sirve como un modelo animal para la prueba destacada compuesto in vivo debido a su pequeño tamaño, gran progenie, la transparencia, y la permeabilidad a las moléculas pequeñas 25. Usando el modelo de hígado fibrótico en el pez cebra, hemos identificado una serie de conocidos y nuevos Wnt activators e inhibidores de Notch que aceleraron la regeneración de hepatocitos 15. Nuestra actual protocolo de cribado químico basado en la fluorescencia consiste en varios pasos todos ellos realizados incluyendo la preparación de productos químicos, la transferencia de las larvas tratadas con EtOH / hepatocitos ablación a placas de 24 pocillos, el tratamiento de productos químicos, y el análisis de los efectos de los productos químicos sobre la regeneración de los hepatocitos manualmente. Es específicamente emplea epifluorescencia y / o un microscopio confocal para capturar imágenes para animal individual, que es laborioso y consume tiempo. Plataformas de alto rendimiento que manejan y adquieren celular resolución de imagen del pez cebra en combinación con la recolección de datos cuantitativos facilitará la detección 26,27 características .Estas a gran escala de forma automática se fortalecerán si se combina con el sistema de dosificación de drogas automatizado que determina el rango de concentraciones químicas 28, que puede dar toxicidad mínima con la máxima eficacia para mejorar la regeneración de los hepatocitos. A pesar de estas LIMITAciones, ya que muchos jugadores críticos y principales tipos de células del hígado se conservan entre el pez cebra y mamíferos 29, empleando el in vivo -basado pequeña molécula de detección utilizando el modelo de hígado fibrótico pez cebra catalizará descubrimiento válido de nuevas estrategias terapéuticas para la enfermedad hepática crónica.
Dos grupos adicionales de forma independiente han demostrado que después de la pérdida casi total de los hepatocitos y sin insultos fibrogénicos, las BEC transdiferenciadas en los hepatocitos a través de un paso de desdiferenciación 30,31 con la suposición de que cholangiocytes, totalmente diferenciadas, las BEC comprenden principalmente CNR / BEC en el pez cebra. Aunque transdiferenciación puede ser uno de los mecanismos de conducción de la regeneración de hepatocitos, nuestros resultados indican que las HPCs, que se sabe que constituyen la mayoría de las BEC en el hígado de pez cebra 32, regulan negativamente la actividad de Notch de diferenciarse en hepatocitos. Mientras tanto, es plausible especular que THe BEC totalmente diferenciadas, cholangiocytes, mantienen los niveles más altos de actividad de Notch sin convertir a los hepatocitos durante la regeneración. Curiosamente, en presencia de EtOH, como se informó anteriormente 13, se encontró que HSCs aumentó en número con la morfología alterada de una configuración en forma de estrella a una forma de miofibroblastos-como con procesos citoplásmicos perdidos. Las HSC activadas caracterizados por la síntesis de proteínas ECM son el principio culpable responsable de cicatrización anormal durante el proceso integrado de la reparación del hígado 4. A pesar de la lesión crónica a menudo anula notable la capacidad del hígado para su regeneración, trasplantado HPC repoblado con éxito la fibrosis / cirrosis de hígado de rata 33. Por lo tanto, nuestro modelo de hígado fibrótico pez cebra será una herramienta esencial para dilucidar los mecanismos moleculares y celulares que median los efectos de la fibrosis sostenida sobre la regeneración de hepatocitos mediada HPC. Además, la definición de la c multicelularrosstalk que equilibra la regeneración y la fibrosis mediante la utilización de nuestro modelo de hígado fibrótico pez cebra facilitará aún más el diseño de estrategias terapéuticas viables para la insuficiencia hepática crónica en vivo.
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Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado en parte por subvenciones del GTEC (2731336 y 1411318), el NIH (K01DK081351), y la NSF (1.354.837) a CHS Agradecemos Alem Giorgis para la lectura crítica del manuscrito.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Calcium sulfate hemihydrate (CaSO4) | Acros | AC385355000 | |
| Magnesium sulfate (MgSO4) | EMD | MX0075 | |
| 1,4-Piperazinediethanesulfonic acid (PIPES) | Sigma-Aldrich | P6757 | |
| Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)- N,N,N′,N′-tetraacetic acid (EGTA) |
Sigma-Aldrich | E3889 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | 200 proof |
| Formaldehyde | Fisher Scientific | F79-500 | |
| Metronidazole (MTZ) | Sigma-Aldrich | M3761 | |
| 1-phenyl-2-thiourea (PTU) | Sigma-Aldrich | P7629 | |
| 3-amino benzoic acid ethyl ester (Tricaine) | Sigma-Aldrich | A5040 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) tablet | Amresco | E404 | Dissolve one tablet with 100 ml distilled water |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2438 | |
| Bovine serum albumin | Fisher Scientific | BP1600 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151 | |
| Low-melting agarose | Amresco | BP165 | |
| Stem Cell Signaling Compound Library | Selleck Chemicals | L2100 | 10 mM stock in DMSO |
| ActiProbe-1K Library | Timtec | ActiProbe-1K | 10 mM stock in DMSO |
| SB 415286 | Selleck Chemicals | S2729 | Dissolve with DMSO to 10 mM |
| CHIR-99021 | Selleck Chemicals | S2924 | Dissolve with DMSO to 10 mM |
| Anti-Collagen I antibody | Abcam | ab23730 | Use at 1:100 for immunostaining, reacts with fish |
| AlexaFluor 647 Donkey anti-rabbit IgG (H+L) | Molecular Probes | A31573 | Use at 1:200 for immunostaining |
| Mounting media (Vectorshield) | Vector Laboratories | H-1400 | |
| 100 mm Petri dish | VWR | 25384-088 | |
| 24-well plate | VWR | 10062-896 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | Dumont #55 |
| Glass slide | VWR | 48312-003 | 75x25 mm |
| Cover glass | VWR | 48366-045 | 18 mm |
| Plastic wrap | Fisher Scientific | 22305654 | |
| Aluminum foil | Fisher Scientific | 1213100 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark | 34155 | |
| Vibrotome | Leica | VT1000 S | |
| Stereo microscope | Leica | M80 | |
| Epifluoresence microscope | Leica | M205 FA | |
| Confocol microscope | Zeiss | LSM700 |
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