Method Article
This protocol provides step-by-step instruction on how to generate parabiotic zebrafish embryos of different genetic backgrounds. When combined with the unparalleled imaging capabilities of the zebrafish embryo, this method provides a uniquely powerful means to investigate cell-autonomous versus non-cell-autonomous functions for candidate genes of interest.
不同的遗传背景的两种动物的手术间生态创建了一个独特的场景来研究细胞内在与感兴趣的候选基因,细胞的迁徙行为,并在不同的遗传设置分泌信号,细胞外源性的角色。由于联体动物有着共同的循环,从一个动物的血液或血源性因素将与其合作伙伴,反之亦然交换。因此,从一个遗传背景的细胞和分子因素可在第二遗传背景的情况下进行研究。成年小鼠的联体已被广泛用于研究衰老,癌症,糖尿病,肥胖,和大脑的发育。最近,斑马鱼胚胎的联体已被用于研究造血发育生物学。与此相反的小鼠,斑马鱼胚胎的透明特性允许细胞的直接可视化的背景下连体,使其成为调查为f的独特而强大的方法undamental细胞和分子机制。这种技术的效用,但是,通过用于产生连体斑马鱼胚胎陡峭的学习曲线限定。这个协议提供了关于如何手术融合不同的遗传背景两个斑马鱼胚胎的囊胚调查感兴趣的候选基因的作用的工序一步方法。此外,联体斑马鱼的胚胎是耐受热冲击,使得基因表达可能的时间控制。该方法不需要复杂的设置和对胚胎发育过程中研究体内细胞迁移,命运说明书中,并分化广阔的应用领域。
野生型和转基因动物的遗传马赛克(嵌合体)的创建是调查细胞内在与候选基因1-6的细胞外功能的完善和经典的策略。在斑马鱼囊胚移植已被广泛使用,以产生用于细胞自治7-9的研究嵌合胚胎。取决于感兴趣的组织,但是,它可以是具有挑战性的供体细胞可预测定位到期望的组织( 例如,血液)1-3,7-9。鼠标遗传学家早就采用连体手术的方法来产生连体生物与共享循环10-14。由于联体动物都有一个共同的血液,即来自一种动物具有不同遗传背景的其他动物的细胞的细胞之间的相互作用,可以研究10-16。近日,Karima Kissa小组优雅证明CRE的能力连体吃斑马鱼胚胎,然后用这个系统来研究造血干祖细胞(HSPC)的迁移15。此外,斑马鱼联体最近用于研究内皮钙5的造血干细胞(HSC)的出现和迁移,16的作用和斑马鱼发育17中,研究中的HSPC利基基质细胞的作用。
不像小鼠,斑马鱼的胚胎是透明的,允许联体发育过程中的细胞的直接可视化,使得系统唯一地强大。斑马鱼中的联体的效用,然而,由一个陡峭的学习曲线,并在胚胎细腻手术连体限制可以没有详细的说明和视觉示范技术上的挑战。该协议的目标是提供一套明确的,一步一步的指示陪如何产生连体斑马鱼胚胎为研究基于视频的教程颞,细胞 - 本征的,或者一个候选基因(s)的显影囊胚的手术融合的细胞外功能。重要的改进和提高parabiont生存和新的实验性应用程序的其他建议包括在内。
该协议被批准波士顿儿童医院的动物护理和使用委员会。这个协议是从以 前出版的方法15进行修改。
1.试剂的制备(提前几天或几周)
2.胚胎斑马鱼和收集繁殖对设置(-1天0天)
3.联体斑马鱼胚胎的产生通过发展囊胚的手术融合
4.显微镜装置,图像采集,处理及分析
与先前发表的研究15一致,斑马鱼胚胎的成功联体融合取决于两个胚胎的分期和取向和甲基纤维素的浓度。只需几个简单的,廉价的工具,产生了手术融合发展囊胚,增长到连体胚胎共享的循环。这些工具包括一个修改巴斯德吸管,10毫升吸管泵,以及其中使用单独的或与一种凝胶装载尖端或玻璃微注射针通过实验室膜固定到端( 图1)木材处理取笑针。
放置两个囊胚在4%的甲基纤维素,并使用凝胶加载提示他们彼此面对( 图2A)动物磁极定向他们后,胚被仔细受伤在其与玻璃注射N的接触点eedle( 图2B)。伤人(比较图2B到图2C),并重新审视胚胎成对,以加强与其他受伤的初始连接的更大程度,增加了胚胎发生的可能性保持,导致成功融合的连接( 图3A-C,电影1) ,并没有额外的形态缺陷或发育迟缓。当仔细完成,几乎100%的胚胎对进行融合,虽然这些胚胎(约25%)的一小部分从未建立在两半健康循环。通过定向两个囊胚与他们的动物磁极直接对齐,用共享循环产生的可靠的头 - 头或卵黄囊到卵黄囊融合。在大多数情况下,胚胎有两个心泵送共享公共循环( 图3D)。
要确认胚胎确实分享了他们的循环,荧光葡聚糖注射ected进入流通,这可能是后来看到通过两个胚胎( 电影2)循环。此外,有GFP +红细胞(LCR:EGFP)转基因胚胎进行融合到胚胎有mCherry +血管内皮细胞(flk1的:HRAS-mCherry)。 48 HPF,观察通过flk1的循环GFP +红细胞:HRAS-mCherry伙伴胚胎( 图4A和Movie 3)。以展开联体系统的实用性,加入基因表达的时空控制。在此之前的融合,这两个胚胎的一种注射用HSP70:绿色荧光蛋白的DNA构建20。而融合的胚胎在28.5℃下生长,没有观察到荧光。与此相反,在37℃的简要30分钟热激后,明确GFP信号中的两个胚胎( 图4B)中的一个是可见的。在某些情况下的GFP +细胞观察到未注射胚胎合作伙伴循环。因此,将所关注的基因的热休克启动子的控制下,提供了额外的时间控制,以研究调查候选基因的细胞内在或细胞外的功能。
图1.工具生成连体斑马鱼胚胎。
(A)附加说明的图像显示了用于开发囊胚的手术融合的工具。工具包括改性巴斯德吸管(顶端),其结合使用,用10毫升吸管泵(绿色)。木材处理挑逗针用来单独或与一个塑料凝胶加载枪头或拉玻璃微注射针剌固定到实验室底膜。(B)中的图像示出了三个玻璃显微注射需要的端部莱已经打破了在不同直径的镊子。该针躺在微米的顶部;最小的线隔开10微米。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2.开发囊胚的手术融合。
高倍率图像显示,之前的手术缝合(A),最小伤人(B)后,经过较大幅度的伤人(C)在发展高第二阶段斑马鱼的胚胎,他们面临的另一个动物极导向。 20分钟后,它是显而易见的是,胚胎已根据两个囊胚(D)之间的细胞的不间断桥被成功融合。规模条表示250微米。 请点击此处查看该图的放大版本。
图3.开发联体斑马鱼胚胎。
(AC)影像显示的早期发展的全parabiont观点只是伤人(A)后的胚胎继续发展并进行外包(B和C),这些图像对应电影1(D)图片显示了一个连体胚胎对在36高倍视野。胚胎在其卵黄囊相连,有两个心,都有一个共同的循环。比例尺代表250微米。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4.可视化与联体共生基因编码荧光蛋白。
(A)图片(单独荧光,右;叠加透射光,左)显示在48 HPF连体胚胎的头部区域。这对中的底部胚胎为LCR转基因:eGFP的 (erythroctyes,绿色),而其伙伴(顶部)是转基因的Flk1:HRAS-mCherry,哪些标签血管内皮细胞(红色)。绿色红细胞可以看出通过合作伙伴胚胎循环。这个图像对应于电影3(B)的在这对左边的胚胎用HSP70注射:eGFP的构建在单细胞阶段,然后稠合到一个未注射的伙伴(右)。当动物被热在37℃下在36高倍视野休克30分钟,在文件中观察到的GFP的绿色荧光英尺胚胎在60高倍视野。比例尺代表500微米。 请点击此处查看该图的放大版本。
电影1。手术融合的斑马鱼囊胚的早期发展。 (右键点击下载)。
电影显示了一对手术融合的斑马鱼囊胚的早期发展。外包可以看出,在每个胚同时发生。这部电影是有关图3A-C。
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电影2荧光右旋糖酐注射照亮一个共享的循环。 (右键点击下载)。
影片中展示了荧光葡聚糖被注入连体胚胎对的共同主静脉在60高倍视野。荧光染料可以看出随后通过两个胚胎循环。
电影3.绿色的血液流过血管的红色。MOV">(点击下载)。
电影显示了在48 HPF连体胚胎的头部区域。这对中的底部胚胎为LCR转基因:eGFP的 (erythroctyes,绿色),而其伙伴(顶部)是转基因的Flk1:HRAS-mCherry,哪些标签血管内皮细胞(红色)。绿色的红细胞被视为通过合作伙伴胚胎循环。这部电影是有关图4a。
联体融合已调查在成年鼠模型和鸡胚10-14候选基因的细胞功能的有力工具。最近,囊胚融合方法已用于产生连体斑马鱼胚胎15所述。在本协议中,基于视频的教程用于演示和更好地描述的方法为,以研究在造血发育感兴趣的候选基因的时空,细胞 - 本征的,和细胞外的角色创建不同遗传背景的连体斑马鱼的胚胎超越。
本文中所描述的方法,最近被用于跟踪的HSC出现在一个胚胎,通过血液循环的迁移到不同遗传背景的胚胎,和随后的移植和分化16。在与Kissa小组的研究结果,分期和胚胎定位协议被发现,以确定成功率和联体融合的解剖性质。有几个关键的修改协议,用一个显著较高的生存率产生parabionts。这些包括伤人囊胚在更大程度上,固定到位针2 - 伤人后3秒,然后再重新访问后15分钟囊胚成对如果必要加强用另外伤人的初始连接。有了这些额外的建议,几乎100%的parabionts的存活和保持附有,其中75%拥有共同的循环。
掺入 实验对照的方法的一个附加元件,连体胚这里证明是耐热冲击,从而允许联体上下文20内的基因表达的时空控制。该技术的一个限制是,在一些情况下,连体伙伴胚胎不在联体融合后的同一平面上。这可以使它难以安装在LMP胚胎琼脂糖同时使用时间推移显微镜追踪细胞在两个胚胎。为了避免这个潜在的问题,应该计划生成多个连体的胚胎,以确保所期望的取向得以实现。可替代地,胚胎可以从LMP用细镊子和巴斯德吸管和重新安装用于成像从不同的角度回收。该协议的目标是提供一套简洁明了的指示陪如何手术保险发展囊胚产生连体斑马鱼胚胎的基于视频的教程。
随着越来越多parabiont生存的关键修改和补充建议,该协议将有望赋予谁希望利用胚胎连体调查调节细胞迁移,命运规格和分化在各种组织和细胞环境因素调查。
The authors declare that they have no conflict of interest.
We thank Julie R. Perlin for helpful comments on the manuscript. D.I.S. is supported by grants from the American Society of Hematology, the Cooley's Anemia Foundation, and the NIH (K01DK085217 and R03DK100672). E.J.H. is a Howard Hughes Medical Institute Fellow of the Helen Hay Whitney Foundation. B.L. is a Howard Hughes Medical Institute Medical Research Fellow. B.W.B. is supported by an Irvington Fellowship from the Cancer Research Institute and a Young Investigator Award from the Conquer Cancer Foundation of ASCO. L.I.Z. is supported by grants from the NIH (R01CA103846, P01HL032262, and R01HL04880), Taub Foundation for MDS Research, Harvard Stem Cell Institute, and is an investigator of the Howard Hughes Medical Institute.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Methyl cellulose | Sigma | M0387 | |
Individual components for E3/HCR: | For 1L: 14,61g NaCl, 0,63g KCl, 2,43g CaCl2-2H2O, 1,99g MgSO4 | ||
NaCl (Sodium chloride) | Sigma-Aldrich | S9888 | |
KCl (Potassium chloride) | Sigma-Aldrich | P9541 | |
CaCl2 (Calcium chloride dihydrate) | Sigma-Aldrich | 223506 | |
MgSO4 (Magnessium sulfate heptahydrate) | Sigma-Aldrich | 230391 | |
Hepes (1M ) buffer solution | ThermoFisher | 15630-080 | |
Name | Company | Catalog Number | |
Antibiotics: | |||
Pen/Strep | gibco by Life technologies | 15140-120 | |
Ampicilin sodium salt | Sigma Life Science | A0166 | |
Kanamycin sulfate from Streptomyces kanamyceticus | Sigma Life Science | K1377 | |
Name | Company | Catalog Number | |
50 mg/ml Pronase from Streptomyces griseus | Roche | 11459643001 | |
capillary glass used for needles (Capillary Glass & Filaments) | Sutter Instrument | ITEM#: BF 100-50-10 | |
Teasing needles with wooden handles | Fisher Scientific | S07894 | |
Glass Pasteur pipettes | Fisherbrand | 13-678-20A | |
10 ml pipette pump (green) (Pipette Pump Pipettor) | Novatech International | F37898-0000 | |
100 mm diameter/ 20 mm deep plastic petri dishes (PETRI DISH, 100/20 MM, PS, CLEAR, WITH VENTS, HEAVY DESIGN, 15 PCS./BAG ) | Greiner Bio-one | 664102 | |
Dextran, Cascade Blue, 10,000 MW, Anionic, Lysine Fixable | ThermoFisher | D-1976 | |
PTU. working stock is 0.003% (50x is 0.15%). for 500 ml, 0.75 g N-Phenylthiourea | Sigma-Aldrich | P7629 | |
Tricaine (powder) (Tricaine Methanesulfonato, Tricaine-S) | Western Chemical Inc | MS 222 | |
LMP agarose (Ultrapure LMP agarose) | Invitrogen | 16520100 | |
plastic transfer pipette (just the wide ended one I think) | Fisherbrand | 137115AM | |
Glass-bottom 6-well plates used for imaging | MatTek | P06G1.5-20-F | |
plastic western gel loading tip fixed on the end of a wood-handled dissecting needle (GELoader tips) | Eppendorf | 22351656 | |
glass cover slips, slides and vacuum grease if mounting for an upright microscope: | |||
Vaccum grease ( Dow Corning® high-vacuum silicone grease colorless, weight 5.3 oz (tube) ) | Dow Corning | Z273554 | |
Glass cover slips | Corning Life Sciences | 2960-244 |
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