Denna artikel beskriver en vävnadstransplantationsteknik som utformades för att testa signalerings- och mönstringsegenskaperna hos basal framhjärna under kraniofacial utveckling.
Fågelembryot har använts som modellsystem i mer än ett sekel och har lett till grundläggande förståelse för ryggradsdjurens utveckling. En av styrkorna med detta modellsystem är att effekten av, och interaktionen bland, vävnader kan bedömas direkt i chimära embryon. Vi har tidigare visat att signaler från framhjärnan bidrar till ansiktsmorfogenes genom att reglera formen på expressionsdomänen hos Sonic hedgehog (SHH) i Frontonasal Ectodermal Zone (FEZ). I denna artikel beskrivs metoden för att generera framhjärnans chimärer och ge illustrationer av resultaten av dessa experiment.
Mycket samtida forskning inom utvecklingsbiologi fokuserar på genernas roll i att forma embryon. Det finns bra verktyg för att undersöka utvecklingsmekanismer ur ett genetiskt perspektiv. Embryon monteras emellertid och genomgår morfogenes som svar på vävnadsinteraktioner. Fågelsystemet är ett klassiskt verktyg som används för att bedöma de olika vävnadsinteraktioner som reglerar utvecklingen av följande skäl: embryologin är väl förstådd, embryon är lättillgängliga, verktyg för analys av fågelsystem är välutvecklade och embryon är billiga.
Fågeltransplantationssystemet har använts i stor utsträckning för härstamningsspårning och för att bedöma vävnadsinteraktioner under utveckling i nästan ett sekel 1,2,3,4. Detta system användes för att undersöka ett signalcenter, Frontonasal Ectodermal Zone (FEZ), som reglerar morfogenes av överkäken5, och en video publicerades som beskriver den tekniken tidigare6. Förutom vaktel-chick har andra arter också använts för att producera chimärer för analys av vävnadsinteraktioner. Till exempel transplanterades musen FEZ från vilda typ7 och mutanta möss8, och andra har använt ett anka-, vaktel- och kycklingsystem för att bedöma rollen som neuralvapen i mönstring av ansiktsskelettet 9,10,11,12.
I detta arbete bedömdes framhjärnans roll för att reglera mönstret för genuttryck i FEZ genom att transplantera den ventrala framhjärnan ömsesidigt bland vaktel-, ank- och kycklingembryon, eftersom en signal från framhjärnan krävs för att inducera Sonic hedgehog-uttryck i FEZ. Forebraintransplantationer är inte unika inom området. Dessa transplantationer användes för att bedöma utvecklingen av motilitet i vaktel- och ankaembryon13, även om vävnader som bidrog till icke-neurala derivat också transplanterades i dessa experiment. I andra arbeten har hörselkretsar hos fåglar bedömts genom framhjärntransplantation14, men dessa transplantationer innehöll presumtiva neurala vapenceller, som bidrar till ansiktsform 9,10 och deltar i regleringen av SHH-uttryck i FEZ 15. Därför utformades ett system för att transplantera bara den ventrala framhjärnan från en fågelart till en annan före stängning av neuralröret för att bedöma hjärnans roll i ansiktsform16 (figur 1A, B). Denna metod saknade kontaminering av neuralkammen i transplantatet. I den här artikeln illustreras metoden och de förväntade resultaten beskrivs och de utmaningar som står inför diskuteras.
Den beskrivna metoden möjliggör undersökning av vävnadsinteraktionerna mellan den basala framhjärnan och den intilliggande ektodermen. Detta tillvägagångssätt skiljer sig från tidigare prebraintransplantationsmetoder, eftersom donatorvävnaden var begränsad till den ventrala framhjärnan. Detta eliminerar transplantation av neuralkamcellerna, som har visat sig delta i mönstring av ansiktsmorfologi 9,10. Därför var det viktigt att begränsa transplant…
The authors have nothing to disclose.
Forskning som rapporteras i denna publikation stöddes av National Institute of Dental and Craniofacial Research vid National Institutes of Health under prisnummer R01DE019648, R01DE018234 och R01DE019638.
1x PBS | TEK | TEKZR114 | |
35×10 mm Petri dish | Falcon | 1008 | |
DMEM | Thermofisher | 11965084 | |
Needle holder | Fine Science Tools | 26016-12 | |
Neutral Red | Sigma | 553-24-2 | |
No. 5 Dumont forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Pasteur Pipets | Thermofisher | 13-678-6B | |
QCPN antibody | Developmental Studies Hybridoma bank, Iowa University, Iowa, USA | ||
Scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | |
Tungsten Needle | Fine Science Tools | 26000 |