珠嫁接到发展鸡胚四肢识别信号转导途径影响基因表达

1Division of Animal Sciences, School of Biosciences, University of Nottingham
Published 1/17/2016
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Developmental Biology

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Summary

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Mohammed, R. H., Sweetman, D. Grafting of Beads into Developing Chicken Embryo Limbs to Identify Signal Transduction Pathways Affecting Gene Expression. J. Vis. Exp. (107), e53342, doi:10.3791/53342 (2016).

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Abstract

使用鸡胚能够直接测试要么生长因子或信号对基因表达和活化的信号转导途径途径的特异性抑制剂的效果。这种技术允许信号分子在特定的时间精确定义的发育阶段的交付。在此之后的胚胎可以收获和基因表达研究,例如,通过原位杂交 ,或在激活与免疫染色观察到的信号转导途径。

在浸泡在FGF18这个视频肝素珠或AG 1-X2珠浸泡在U0126,MEK抑制剂,被嫁接到蛋内的肢芽。这表明,FGF18诱导的MyoD和ERK磷酸化和内源性和FGF18诱导MyoD的表达的表达是通过U0126抑制。珠浸泡在一视黄酸拮抗剂可通过FGF18增强过早MyoD的诱导。

这种方法可以是我们编与各种不同的生长因子和抑制剂和很容易适应在发育中的胚胎等组织。

Introduction

鸡胚胎已经很多年1提供了有力的发展工具的研究。他们的一个最有用特征是,它们相对容易操纵。外部发展使得能够打开蛋访问胚胎并执行各种微操作包括的例子,如用于研究细胞命运2,3经典鹌鹑小鸡嵌合体系统,逆转录病毒为过度表达在特定组织的注射发展4,5-期间和外植体培养,以确定发育信号源6。最近嵌合体与表达GFP的转基因鸡线移植未标记的主机之间产生表明,传统的嫁接,转基因的组合可以提供重要的见解发展7,8。

与禽流胚胎可以被操纵的方便性使它成为一个很好的模型来研究肢体发展9。具体生长因子开发四肢体内的应用一直在查明改变肢体图案10,11,并继续提供深入了解这个过程中12个因素 。这种方法也被用于研究该调节肌肉发展的因素,并已发现对于许多信号,诸如Wnts 13,骨形态发生蛋白14和HGF 15的作用。

最近这种技术被用于研究在肢芽控制生肌基因表达的信号,并表明,FGF18和视黄酸之间的相互作用可以控制的MyoD表达式16的定时。使用了可加载到珠,然后直接移植到在限定的发育阶段特定的组织的生长因子和小分子的组合提供机会开发期间进行干预,在几乎任何时间和区域。这已被用来INVEstigate许多过程,包括体节图案17,18,神经特19,神经嵴迁移20和轴延伸21。

在这里,我们描述了嫁接珠浸泡在两种生长因子或抑制剂来发展鸡四肢的方法。这已被使用的肌肉特异性基因表达分析用原位杂交技术来确定肌形成这些信号的影响。我们描述了使用肝素浸渍珠,其中用于生长因子,或为小的疏水性分子AG 1-X2珠如视黄酸或特定信号传导途径的小分子抑制剂的移植物。然而,其他的珠子也可已被用于递送二者的FGFs 22和Shh 23。

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Protocol

伦理声明:所有这些实验遵循动物护理和诺丁汉大学的道德准则。

1.准备肝素珠的嫁接

  1. 在使用前在PBS彻底冲洗肝素珠。注意:珠可以被存储在4℃下作为在PBS浆料。
    1. 从股票与20微升吸管入1毫升滴的PBS删除它们选择珠嫁接。然后用微量设置为2微升转移珠串成的PBS在3cm的培养皿20微升下降。选择基于尺寸珠和,使用立体解剖显微镜,具有P2枪头传送所选珠;周围的人直径100微米的理想选择。
  2. 从珠粒中取出PBS中。除去大部分的液体用20微升吸管和通过毛细管作用与细制表商镊子残余液体。注意:以除去尽可能多的这样的生长事实上是重要当它被添加到珠粒r被不稀释。
  3. 直接吸取生长因子到珠上。对于FGF18添加0.5微升的重组FGF18在PBS中0.1%BSA的复原,在0.5毫克/毫升的。放置数滴水绕盘的边缘,以防止液体蒸发。
  4. 孵育珠1小时,在室温。从用巴氏吸管的菜卸下水滴置于冰上准备嫁接。
  5. 如果需要的话(透明珠)转让4-5珠2%酚红嫁接帮助可视化之前。转移到胚胎之前漂洗于PBS中。

2.制备AG 1-X2珠的嫁接

  1. 在使用之前,衍生珠粒用0.2N甲酸。
    1. 要做到这一点用刮刀珠转移到1.5 ml离心管。添加为0.2N甲酸1毫升和洗了一个惊天的平台上1小时。
    2. 然后取出甲酸与P1000的移液管,并更换1毫升水中。洗1小时,并重复六次,以除去剩余的甲酸。
    3. 用的p1000移液管除去剩余的液体,并存储所述珠在4℃下。注意:不必在这个阶段除去所有残留的水。
  2. 除去小颗粒用小刮勺从库存约5-10微升体积珠成3厘米培养皿中,并添加1毫升DMSO中(或任何溶剂的药物溶解在)。注:这应该提供几百珠从中选择那些合适的尺寸。
  3. 然后用移液管P2设定为2微升约100微米直径转移珠的溶剂中另3厘米培养皿有20微升下降。
  4. 除去溶剂以20微升吸管和用2微升吸管任何残余的溶剂。替换为要应用20微升的药物。
    注:对于一致性溶解该药物在为100μM的DMSO浓度(或曾经使用溶剂),分装成20微升,并储存在-80℃的一些小分子抑制剂是不稳定的,最好是避免反复冻融。如有必要,浸泡珠粒之前然后稀释药物到所需的浓度。有效浓度可能需要凭经验每种药物来决定。
  5. 孵育1小时。避光保存尽可能多的这些分子是光敏感。
  6. 前接枝转印4-5珠与p2的吸移管设置为2微升到20微升的2%酚红溶解在水中。执行使用立体声解剖显微镜可视化珠粒此步骤。取出用细镊子制表大师单珠或金属环,并转移到胚胎前冲洗PBS中。使用前不要离开2%酚红珠子超过15分钟,因为这可能会导致失去活性。

3.准备钨针

  1. 切细钨丝成3-4厘米的长度。插入一块线到年底巴斯德玻璃吸管和融化在本生灯位置来解决。准备最多10个针,以确保有备用如果它们在使用过程中损坏。
  2. 放置电线的一端插入喷灯的火焰并保持不动,直至钨发光白色,针尖锋利(约2-3分钟)。注意:在使用期间,针可以清洗,并根据需要重新削尖在喷灯。
    注:这些针也可以被用于制造循环用于传送珠。轻轻触碰针板凳,它会弯曲,形成一个循环。

对于珠移植4.准备胚胎

  1. 孵化鸡蛋的钝端,直到他们达到预期的阶段(3-5天大部分肢芽操作)。使用上的钝端钝钳水龙头破壳,然后使用镊子取下外壳和暴露胚胎。确保蛋壳膜也将被删除。
    注:1-2毫升的PBS可以用巴氏吸管,以协助加这如果膜附着在蛋黄。轻轻吸管PBS到蛋黄的表面,把握膜与镊子,注意不要损坏蛋黄,然后轻轻地将其从鸡蛋。
  2. 从卵用10毫升注射器和一19克针去除高达至5ml蛋白的。根据需要,以确保胚胎不与用于密封蛋作为去除较大的体积可以减少胚胎存活率磁带接触采取只之多。
  3. 为了形象胚胎加5-6滴的艺术家墨汁到15毫升的PBS含100单位青霉素和0.1毫克链霉素/毫升。注入0.5-1毫升直属胚胎用1ml注射器和一个地下25针。
  4. 加2-3毫升的PBS,用1%胎牛血清和100U青霉素和0.1mg链霉素/ ml的入卵以确保胚胎不脱水。用削尖的制表大师钳去除卵黄膜并打开羊膜在发展肢芽。确保胚胎不会干出来的如果需要的话,加入更多的PBS / FCS中。
    注:肢芽可以清楚地看到作为对胚胎的侧翼配对副产物。在这些阶段的胚胎将转这样的右侧是通常最上部。因此,它通常是更容易移植珠串成的右侧肢体和使用那些留下对侧的控制。
  5. 用削尖的钨丝做一个切口进入肢芽,其中珠将植入。避免穿过肢芽在可能的情况,虽然在年轻的阶段,这是很难切断所有的方式。
    注:在年龄较大的胚​​胎(HH台22及以上)是可能的选择肢芽的特定区域接枝但在更小的阶段,这是更加困难,因为在肢芽本身是小的。同样重要的是要记住,肢芽会成长过去接枝珠如此,尤其是在年轻的阶段,珠粒将保持在肢体近端。
  6. 拿起无论从生长因子或药物使用任一超等华珠tchmakers镊子或从一个钨针制成的环。如果胎圈已经浸泡在DMSO或酚红,施加到胚胎之前漂洗于PBS中。珠转移到胚胎与钳/钢丝环。然后用锋利的钨丝到胎圈插入到切口。
  7. 加1-2毫升的PBS / FCS的蛋确保胚胎保持水合,但避免直接施加到胚胎本身,因为这会损坏胚胎和使珠被移位。密封该蛋用胶带,并返回到培养箱中。

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Representative Results

在HH阶段21 MyoD的不表达在显影肢成肌细胞虽然染色所用的显影体节图1A)的肌节中可以看出。 图1B显示了 原位杂交 MyoD的6小时以下的FGF18珠移植物。的MyoD被诱导成肌细胞的附近到胎圈而没有在对侧肢体无表达。共接枝浸泡在U0126珠,MEK,块FGF18诱导MyoD的( 图1C)的特异性抑制剂。同样嫁接U0126珠在HH阶段21,寻找MyoD基因表达后的24小时减少MyoD的内源性表达与模型对侧肢体( 图1D,E)进行比较。

在肢芽在HH级19 FGF18不会诱导的MyoD( 图1F)。然而共接枝珠浸泡在FGF18和维甲酸拮抗剂BMS493可以克服这一点,并在检测异位的MyoD(Figu重新1G)

为了证实FGF18通过MEK胚胎作用收获后1小时珠移植和免疫染色磷酸化ERK,MEK 图1H的目标显示嫁接后的FGF18珠1小时的明图像而图1I显示,FGF18诱导快速磷酸嫁接珠周围ERK的。 图1J显示了这些图像的叠加。控制珠粒浸泡在0.1%BSA的不诱导ERK磷酸化1K,L,M)

图1
四肢 图1 MyoD的表达是通过ERK的磷酸化调控由FGF18和视黄酸,未经处理的控制四肢HH阶段21不表达MyoD基因(A),但过早的表达被检测到6小时嫁接的FGF18珠(后B)。联合移植FGF18和U0126珠块这种诱导(C)。内源性的MyoD的表达被认为在HH级21(D),但它已被接枝珠浸泡在U0126(E)。在早期的肢芽过早MyoD的表达不受FGF18(F)引起的,但是是诱发浸泡在FGF18和维甲酸受体拮抗剂BMS493(G)共嫁接珠。移植到HH21四肢FGF18珠诱导ERK磷酸化1小时后:明(H),荧光(I)和合并的HH21肢免疫染色抗phosphoERK的(J)的图像。浸泡在BSA对照珠不诱导ERK磷酸化:(K),荧光(L)和合并的HH21肢免疫染色抗phosphoERK(M)的图像。这个数字已经被修改莫等人,201416。黑色星号:肝素珠;白ASTE风险:AG 1-X2珠;箭头显示的肢芽MyoD的异位表达。 请点击此处查看该图的放大版本。

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Discussion

使用直接应用到发育组织卵珠移植物是一个功能强大的工具的开发给予无双控制在它们所应用的发育阶段和暴露的持续时间期间对解剖的生长因子信号的作用。

珠为每个类型的分子的选择是重要的。小的疏水性分子,如这里所描述的抑制剂和视黄酸,通常很好地结合衍生AG 1-X2珠虽然它需要测试的有效性的各缓蚀剂对这些珠子凭经验。类似地,对于生长因子,可能有必要以测试不同类型的珠。一些珠是透明的,所以可能很难在操作,但很短的治疗酚红随后在PBS冲洗想象会标记它们足够长的时间来进行移植。

当制备珠,特别是那些已被浸泡抑制剂S,以保护它们免受光尽可能是重要的。在其最初的治疗和操作过程中,他们应该被覆盖并且仅当珠被转移除去。最好是使用刚解冻的等分试样作为一些这些试剂是不稳定的,并且可以给出误导负的结果,如果没有存储正常。同样重要的是不要让它们浸泡在酚红太久接枝,因为这可减少胎圈的有效性之前。

使用这两种生长因子和药物的这些珠移植物,浓度,通常非常高; FGF18珠粒浸泡在0.5毫克/毫升和珠为小分子抑制剂的浓度通常是浸泡在100μM的浓度。尽管这比通常用于治疗细胞溶液,这是必要的,因为生长因子和药物的珠吸收,然后释放的量的浓度高得多很难直接测量,但据推测属德水平低于体内。其结果是浓度范围必须为用于确定的有效剂量每分子进行试验。

这种技术也适用于范围广泛的其他组织中,如体节24,在开发过程中,可用于对胚胎卵内或在培养物,如乳油培养25。另外,也可以生长培养细胞分泌特异性生长因子如丸粒然后可以移植到发育中的胚胎中以同样的方式26。

无障碍的组合,易于操作且成本低的使鸡胚发展的很好的模型。随着转基因技术被越来越多地应用到鸟类和鸡两种转基因线7和鹌鹑27可用经典胚胎移植与这些修改后的鸟技术的组合已经提供了新的见解德velopment 8,28。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Heparin acrylic beads Sigma H5263 The acrylic-heparin beads used have been discontinued. However a replacement product is available, Heparin agarose beads, cat no H6508. These are transparent so harder to work with but can be stained with phenol red in the same way as AG 1-X2 beads,
AG 1-X2 beads Bio-Rad 140-1231
Affi Gel blue beads Bio-Rad 153-7301; 153-7302 These beads have been used with a range of growth factors including Shh and FGFs and can be used to replace heparin beads
FGF18 Peprotech 100-28 Resuspend in PBS with 0/1% BSA, prepare single use aliquots of 0.5-1ul and store at -80°C. Batches and suppliers can vary so different concentrations should be tested to determine an effective dose.
U0126 Cell Signalling 9903 Make to 20mM stock in DMSO and store in single use aliquots at -80°C. Protect from light.
BMS-493 Tocris Biosciences 3509 Resuspend in DMSO and store in single use aliquots at -80°C. Protect from light.
Black Indian ink Windsor and Newton 5012572003384 (30 ml) While alternatives to this product are available care should be taken as some inks are toxic to embryos
Tungsten wire, 0.1 mm dia. 99.95% Alfa Aesar 10404
Penicillin / streptomycin Sigma P0781 Dilute 100X in PBS/ink and PBS/FCS

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