Sonder les rôles des Forces physiques dans la morphogenèse embryonnaire précoce de poussin
Summary
Nous présentons ici un protocole introduisant un ensemble de nouvelles expériences de l’ex-ovo et approches de modélisation physique pour étudier les mécanismes de la morphogenèse lors de torsion de cerveau embryonnaire précoce poussin.
Abstract
Le développement embryonnaire est traditionnellement étudié du point de vue de la génétique biomoléculaire, mais l’importance fondamentale de la mécanique dans la morphogenèse est devenant de plus en plus reconnue. En particulier, le tube de coeur et le cerveau embryon de poulet, qui subissent des changements morphologiques qu’ils développent, sont parmi les candidats de choix pour étudier le rôle des forces physiques dans la morphogénèse. Progressive de flexion ventrale et de torsion vers la droite du cerveau de l’embryon de poulet tubulaire arrivent au stade plus précoce d’asymétrie gauche-droite au niveau de l’organe dans le développement embryonnaire de poussin. La membrane vitelline (VM) contraint la face dorsale de l’embryon et a été impliquée dans la fourniture de la force nécessaire pour induire la torsion du cerveau en développement. Nous présentons ici une combinaison de nouvelles expériences de l’ex-ovo et physique modélisation afin d’identifier les mécanismes de la torsion du cerveau. Au stade 11 de Hamburger-Hamilton, les embryons sont récoltés et mis en culture ex ovo (dans les médias). La machine virtuelle est ensuite supprimée à l’aide d’un tube capillaire extraite. En contrôlant le niveau d’huile et en soumettant l’embryon à une interface liquide-air, la tension de surface fluide des médias peut servir à remplacer le rôle mécanique de la machine virtuelle. Expériences de microchirurgie ont également été effectuées pour modifier la position du coeur de trouver les changements qui en résultent dans la chiralité de torsion de cerveau. Les résultats de ce protocole illustrent les rôles fondamentaux de la mécanique dans la conduite de la morphogenèse.
Introduction
La recherche en biologie du développement moderne en grande partie met l’accent sur le développement de la compréhension du point de vue de la génétique moléculaire1,2,3,4,5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. on sait que les phénomènes physiques jouent un rôle central dans la morphogenèse, ou la génération de biologique forme14,15,16,17; Cependant, les mécanismes mécaniques spécifiques de développement restent globalement peu étudiés. Ventrale flexion et torsion vers la droite du tube cerveau primitif après Hamburger-Hamilton étape 11 (HH 11)18 sont les deux principaux processus qui contribuent à la forme embryonnaire changent19,20. En particulier, le mécanisme physique qui sous-tendent le développement de torsion dans le cerveau embryonnaire reste incomplètement compris.
La torsion embryonnaire dans l’embryon de poulet est parmi les premiers événements morphogénétiques d’asymétrie (L-R) gauche-droite dans le développement. Lorsque le processus de l’asymétrie de la L-R est perturbé, malformations congénitales comme situs inversus, isomérieou heterotaxia aura lieu le21.
Nous présentons ici un protocole qui allie ex-ovo expériences22,23 à modélisation physique pour caractériser les forces mécaniques pendant le développement précoce du cerveau embryonnaire. La méthode présentée vise à identifier les forces mécaniques responsables de torsion du cerveau ainsi que les facteurs qui influent sur le degré de torsion pendant début développement12. Basée sur l’observation expérimentale que la membrane vitelline (VM) contraint la face dorsale de l’embryon, nous avons émis l’hypothèse que la machine virtuelle fournit la force nécessaire pour induire la torsion du cerveau en développement. Par conséquent, dans cette méthode, nous avons supprimé la partie de la machine virtuelle qui couvre la zone du cerveau pour savoir les effets sur la torsion du cerveau. En outre, la méthode d’application liquide de tension superficielle a été utilisée pour confirmer le rôle mécanique de la machine virtuelle et de fournir une estimation de la force nécessaire pour la torsion de cerveau, qui n’avait pas été faite auparavant. Mesurer les forces au cours de la morphogenèse embryonnaire est une tâche difficile. Notamment, dans une étude pionnière, Campàs et ses collaborateurs24 a développé une nouvelle méthode pour quantifier le stress cellulaire à l’aide de gouttelettes injectée. Néanmoins, cette méthode se limite à mesurer des forces au niveau cellulaire, donc non applicable pour sonder les forces au niveau des tissus ou organisme. Le protocole présenté dans le présent document a été développé pour combler partiellement cette lacune.
Protocol
Representative Results
Discussion
Alors que les phénomènes physiques jouent un rôle essentiel dans la morphogenèse26,27,28,29,30, les mécanismes mécaniques spécifiques, ainsi que la coordination de la mécanique et mécanismes moléculaires, restent largement inexplorées. Il est connu que la flexion ventrale et la torsion vers la droite du cerveau primitif sont deux processus centrales…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Z.C. reconnaît l’appui du Fonds de démarrage de Dartmouth et la Branco Weiss – Society for Science fellowship, administré par l’ETH Zurich. Les auteurs remercient Drs Larry A. Taber, Benjamen A. Filas, Qiaohang Guo et Yunfei Shi pour discussions utiles, ainsi que les réviseurs anonymes pour commentaires. Ce matériel est basé sur le travail soutenu par la National Science Foundation recherche bourse d’études supérieures sous le Grant No. DGE-1313911. Opinions, résultats et conclusions ou recommandations exprimées dans ce matériel sont celles de l’auteur (s) et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation.
Materials
| Fertilized Specific pathogen-free White Leghorn chicken eggs | Charles River | ||
| Optical Coherent Tomography Microscope | Thorlabs | GAN220C1 | |
| Silicone elastomer | Smooth-On, Inc. | EcoFlex 00-50 | |
| Dissecting microscope | Leica | MZ8 | |
| Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) | Lonza | 12-604F | |
| Antibiotics | Sigma | P4083 | |
| Chick serum | Sigma | C5405 | |
| Micropipette puller | Sutter Instrument | Model P-30 | |
| Filter paper | Whatman | 5202-110 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Corning | 21-040-CV | |
| Comsol MultiPhysics | Comsol | ||
| 3D computer graphics software | Rhino 5 | ||
| Microscope attached with OCT | Nikon | FN1 | |
| Digital single-lens reflex camera | EOS | Rebel T3i |
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