Bu makalede zebra balığı blastoderm eksplantlarının nasıl üretilacağı açıklanmıştır ve gaztrülasyonda Nodal morfojen sinyalinin rolünü ele almada bu eksplantların iki pratik uygulaması tartışılmıştır. Eksplantları kesme ve kültleme yöntemi, moleküler bir ilgi yolunu araştırmak için RNA enjeksiyonları ve küçük molekül bileşikleri ile tedavi kullanılarak manipüle edilebilen boş bir naif hücre kayrak sağlar.
Kritik adımlar
Bu protokolde başarısı için özellikle kritik olan dört adım vardır. Birincisi embriyolara uygun miktarda Nodal enjekte etmektir. Bu protokol 10 pg ndr2 RNA önerir ve bir dizi doz uzatmayı teşvik etse de, çok fazla veya çok az Nodal optimal eksplant uzantısını önleyecektir20. İkinci adım embriyoları arındırmadır. Embriyolar çok uzun süre pronazda kalırsa, yumurta sarısı patlar ve embriyoların kesilmesi uygun olmaz. Pronazda yeterince uzun süre değillerse, korozyonlar yıkanarak gevşetilmez ve bunun yerine zaman alıcı manuel kaynatma gerektirir. Üçüncü kritik adım eksplantları kesmektir. 0,3x Danieau çözeltisinin veya yumurta suyunun alt tuz içeriği eksplantların iyileşmesini ve hayatta kalmasını desteklemediği için 3x Danieau'nun çözeltisinin kesilmesi önerilir.
Ek olarak, hücrelerin naifliğini sağlamak için eksplantlar blastoderm yüksekliğinin yaklaşık yarısında kesilmelidir. Yumurta sarısına çok yakın kesilirse, kenar boşluğundan (endojen Nodal dahil) doku spesifikasyonunu ve morfogenezini destekleyen sinyaller içerirler. Dördüncü ve son kritik adım kimerik eksplantların iyileşmesindedir. İki eksplant, kesildikten hemen sonra kesilmiş kenarları hafifçe bastırılmadıkça chimeras oluşturmak için kaynaşmayacaktır.
Değişiklikler ve sorun giderme
Yukarıda açıklanan kritik adımlar sorun giderme için fırsatlar sağlar. Bazı yaygın sorunlar ve önerilen çözümler aşağıda sunulmuştur.
Nodal sinyalizasyon varlığında eksplantlar uzuyorsa, bazı olası çözümler vardır. (A) RNA'nın tüm embriyo boyunca eşit olarak dağılmasını sağlamak için embriyoları tek hücreli aşamada enjekte edin. (B) Enjeksiyon bolus ölçmek için bir mikrometre kullanarak enjekte edilen hacmin doğru olduğundan emin olarak çok fazla nodal RNA enjekte etmekten kaçının. (C) Bozulmamasını sağlamak için konsantrasyonunu ölçerek çok az nodal RNA enjekte etmekten kaçının. (D) Eksplantların eşdeğer aşamasını çıkarmak için bazı yaş uyumlu sağlam kardeşleri tutun. Explants, sağlam kardeşler 2-5 somit aşamasına ulaştığında maksimum uzatma elde eder. Eksplantlar çok erken toplanırsa, en uygun uzantıya ulaşılamaz.
Yumurta sarısı kaynatma sonrası patlıyorsa ve embriyolar kesilmeye uygun değilse, korozyonlar kırışmaya başladığında ve 1-2 embriyo koroyonlarını döktükten sonra embriyoları pronaz çözeltisinden çıkarın. Daha sonra hemen yumurta suyunda durulayın.
Eksplantlar kenarların etrafında kabarcıklı görünüyorsa, bazı çözümler vardır. (A) Sadece belirli bir geliştirme süresi içinde eksplantları kesin. 128 ila 1000 hücreli aşamaların herhangi bir aşamasında kesilen eksplantlar hayatta kalabilir ve kültürde uzayabilir, ancak 256 ila 512 hücreli aşamalarda kesilenler en sağlam olma eğilimindedir. (B) Uygun iyileşmeyi sağlamak için eksplantların 3x Danieau'nun çözeltisinde kesildiğini sağlayın. (C) Eksplantları temiz ama nazikçe kesin. Kesme işlemi sırasında hücreleri germekten veya ayırmaktan kaçının.
Genişletilmemiş kontrol eksplantları genişliyorsa, eksplantların yumurta sarısına çok yakın kesilmesi muhtemeldir. Eksplantların naif olması için, kesiklerin yumurta sarısı ile blastoderm'in tepesi arasında yarıya kadar yapıldığından emin olun.
Kimerik eksplantlar kaynaşmazsa, bunun nedeni, kesildikten sonra 3x Danieau'nun çözeltislerindeki eksplantların eğiliminin kesme kenarı üzerinde yuvarlanması ve iyileşmesidir. İki blastoderm'in kendilerinden çok birbirlerine iyileşmesini sağlamak için, kestikten hemen sonra birbirine bastırın. Birlikte iyileşmelerini teşvik etmek için agarose kuyusu içinde yeni katılan blastodermlere hafif basınç uygulamak için torper kullanın.
Sınırlama
Bu eksplantlar, belirli bir morfonun (veya başka bir ilgi molekülünün) göreceli izolasyondaki rolünü incelemek için değerli bir araç olsa da, herhangi bir ex vivo modelde yapılan gözlemler dikkatle yorumlanmalıdır. Eksplantlar, in vivo20'degözlemlenene çok benzeyen C&E morfogenezini sergiler, ancak gastrülasyonun tüm yönlerini, örneğin epiboly hareketlerini yeniden yakalamaz. Ayrıca, bozulmamış bir embriyoda bulunan diğer birçok düzenleyici faktörden ve sinyal moleküllerinden yoksundurlar. Bu eksplantların önemli bir deneysel avantajı olsa da, in vivotutmayan sonuçlara da yol açabilir. Örneğin, eksojen Nodal ligand almayan eksplantlar nöroektoderm belirteçlerini ifade edemediğinden, sadece eksplantlardan nöroektoderm spesifikasyonu için Nodal sinyalinin gerekli olduğu sonucuna varılamayabilir. Bununla birlikte, nöroektoderm, tüm Nodal sinyal23,24,diğer sinyal moleküllerinin nöral spesifikasyon32'dekihayati rolünü gösteren bozulmamış embriyolar içinde oluşur. Explants bize izole bir ortamda morfonun neler yapabileceğini söyleyebilir. Yine de, sonuçların iyice yorumlanması için tüm bu bulgular bozulmamış embriyolarda doğrulanmalıdır/karşılaştırılmalıdır. Başka bir deyişle, explants gelişmekte olan bir embriyonun yerini alamaz. Bunun yerine, bir morfonun çevreyle rolünü ve ilişkisini tanımlamak için tamamlayıcı bir araçtır. Bu sınırlamaları göz önünde bulundurarak, zebra balığı blastoderm eksplantları birçok araştırma sorusu için değerli bir araçtır.
Mevcut yöntemlere göre önemi
Sentetik embriyolojiye olan ilginin yenilenmesiyle, embriyonik gelişimin yönlerini modellemek için düzenli olarak çeşitli ex vivo ve in vitro yaklaşımlar sunulur. Örneğin, 2 ve 3 boyutlu gastruloidler, fare veya insan embriyonik / indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden oluşan koaksiyel, eksojen sinyal moleküllerinin uygulanması yoluyla, gastrülasyon, segmentasyon ve nörolojinin bazı kalıplama ve/ veya morfogenetik olaylarının bir kısmını yeniden yakalamak için koaksiye edilebilir33,34,35,36,37 . Güçlü olmasına rağmen, bu yöntemler hem pluripotent kök hücreleri sürekli olarak korumak hem de gastrülasyon aşamalarına ulaşmak günler süren gastruloidleri yetiştirmek için zahmetli ve uzun süreli kültür yöntemleri gerektirir. Bunun aksine, zebra balığı eksplantları kök hücre kültürlerinin korunmasını gerektirmez, çünkü embriyolar gerektiğinde basitçe toplanır. Zebra balığı embriyoları ile aynı şekilde, birkaç saat içinde gaztrülasyon aşamalarını oluşturmak ve ulaşmak nispeten basittir. Bu, zebra balığı eksplantlarının bir başka avantajını, bozulmamış gelişim saatlerini vurgulamaktadır. Embriyonik ve indüklenmiş pluripotent kök hücrelerin gelişim yaşı değişken ve çok tartışılabilir olduğundan, embriyonik eksplantlar gelişimin zamansal düzenlemesini araştırmak için belki de daha uygundur. Son olarak, pescoid zebra balığı eksplantları (embriyonik marjı içeren) benzer şekilde kültür12,13, endojen sinyal merkezlerine yanıt olarak bunu yaparlar. Bunun yerine, burada açıklanan eksplantlar, araştırmacıların bu tür embriyonik sinyallerden nispeten az parazitle ilgi moleküllerini araştırmalarını sağlar.
Gelecekteki olası uygulamalar
Burada, Nodal sinyalinin C&E morfogenez için gerekli ve yeterli olduğunu göstermek için eksplantlar kullanıldı. Yine de, gen ekspresyonunun düzenlenmesi, sinyal gradyanları ve ek morfogenetik programlar gibi diğer birçok gelişimsel işlemde birçok farklı molekülün rolünü ayırt etmek için kullanılabileceği ve kullanılacağı öngörülmektedir. Ek olarak, bu eksplantlar en az 24 hpf19'a kadar uygulanabilir olduğundan, yardımcı programlarının gastrülasyonun ötesine, araştırmacıların gelişimsel boş bir sayfa istediği herhangi bir süreç olan segmentasyon ve organogenez gibi süreçlere uzanması beklenebilir.