Los Roles de las fuerzas físicas en principios Chick morfogénesis embrionaria de sondeo
Summary
Aquí, presentamos un protocolo de introducción de un conjunto de nuevos experimentos ex ovo y enfoques de modelado físico para el estudio de la mecánica de la morfogénesis durante temprano chick cerebro embrionario la torsión.
Abstract
Desarrollo embrionario tradicionalmente es estudiado desde la perspectiva de la genética biomolecular, pero la importancia fundamental de la mecánica en la morfogénesis se está reconociendo cada vez más. En particular, el tubo embrionario chick corazón y el cerebro, que sufren cambios morfológicos drásticos que se desarrollan, están entre los principales candidatos a estudiar el papel de las fuerzas físicas en la morfogénesis. Progresiva flexión ventral y la torsión hacia la derecha de la cerebro de pollo embrionario tubular ocurren en la etapa más temprana de órgano nivel de izquierda a derecha asimetría en el desarrollo embrionario del pollo. La membrana vitelina (VM) limita el lado dorsal del embrión y se ha implicado en la prestación de la fuerza necesaria para inducir la torsión del cerebro en desarrollo. Aquí presentamos una combinación de nuevas experiencias de ex ovo y modelado para identificar los mecanismos de torsión del cerebro físico. En etapa de Hamburger-Hamilton 11, embriones son cosechados y cultivados ex ovo (en los medios de comunicación). La VM se elimina posteriormente mediante un tubo capilar tirado. Controlar el nivel del líquido y someter al embrión a una interfaz de aire líquido, el líquido tensión superficial de los medios de comunicación puede utilizarse para reemplazar el papel mecánico de la máquina virtual. También se realizaron experimentos de microcirugía para alterar la posición del corazón para encontrar el cambio resultante en la quiralidad de la torsión del cerebro. Resultados de este protocolo ilustran las funciones fundamentales de la mecánica en la morfogénesis que conduce.
Introduction
Investigación de la biología moderna del desarrollo se centra en gran medida en el desarrollo de la comprensión desde la perspectiva de la genética molecular1,2,3,4,5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. se sabe que fenómenos físicos juegan un papel central en la morfogénesis, o la generación de biológico forma14,15,16,17; sin embargo, mecanismos mecánicos específicos de desarrollo siguen siendo en gran medida estudiados. Flexión ventral y la torsión hacia la derecha del tubo cerebro primitivo después de Hamburger-Hamilton etapa 11 (HH 11)18 son los dos principales procesos que contribuyen a la forma embrionaria de cambian19,20. En particular, el mecanismo físico subyacente el desarrollo torsional en el cerebro embrionario sigue incompleto entendido.
La torsión embrionaria en embrión de pollo es uno de los primeros eventos morfogenéticos de asimetría (L-R) de izquierda a derecha en desarrollo. Cuando es perturbado el proceso de la asimetría de izq. a der., defectos de nacimiento como situs inversus, isomerismoo heterotaxia ocurrirá21.
Aquí presentamos un protocolo que combina ex ovo experimentos22,23 con modelado físico para caracterizar las fuerzas mecánicas durante el desarrollo temprano del cerebro embrionario. El objetivo del método presentado es identificar las fuerzas mecánicas responsables de torsión del cerebro y los factores que afectan el grado de torsión durante el temprano desarrollo12. Basado en la observación experimental de que la membrana vitelina (VM) limita el lado dorsal del embrión, presumimos que el VM proporciona la fuerza necesaria para inducir la torsión del cerebro en desarrollo. Por lo tanto, en este método, hemos eliminado la parte de la VM que cubre el área del cerebro para averiguar los efectos de torsión de cerebro. Además, el método de aplicación de fluidos tensión superficial fue utilizado para confirmar el papel mecánico de la máquina virtual y proporcionar una estimación de la fuerza necesaria por torsión del cerebro, que no se había hecha anteriormente. Medición de las fuerzas durante la morfogénesis embrionaria es una tarea difícil. En particular, en un estudio pionero, Campàs y colaboradores24 desarrolló un novedoso método para cuantificar el estrés celular utilizando inyección de microgotas. Sin embargo, este método se limita a medir fuerzas en el nivel celular, por lo tanto no aplicable para sondear las fuerzas en el nivel organismo o tejido. El protocolo presentado en este trabajo se desarrolló para llenar parcialmente este vacío.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mientras que los fenómenos físicos juegan un papel integral en la morfogénesis26,27,28,29,30, los mecanismos mecánicos específicos, junto con la coordinación de mecánica y mecanismos moleculares, siguen siendo en gran parte inexplorado. Es sabido que la flexión ventral y la torsión hacia la derecha de cerebro primitivo son dos procesos centrales que c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Z.C. reconoce el apoyo del fondo de inicio de Dartmouth y el Branco Weiss – sociedad para la beca de ciencia, administrada por ETH Zurich. Los autores agradecen a los Drs. Larry A. Taber, Benjamen A. Filas, Qiaohang Guo y Yunfei Shi de discusiones útiles, así como los revisores anónimos por comentarios. Este material está basado en trabajo apoyado por la nacional ciencia Fundación graduados beca de investigación bajo la subvención no. DGE-1313911. Cualquier opinión, resultados y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las de los autores (s) y no reflejan necesariamente las opiniones 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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