We would like to thank Dr. Robert Angerer for his careful reading and editing of the manuscript. NIH R15HD088272-01 as well as the Office of Research and Development, and Department of Biological Sciences at Mississippi State University provided support for this project to RCR.

1. Rendimiento estrategia de diseño de alta morfolino <ol><li> Identificar un gen (s) de interés (por ejemplo, enfoque de genes candidatos, el análisis de cis-regulador, RNAseq y pantallas diferenciales / o proteómica). </li><li> Utilice genómica, transcriptómica, y los datos de expresión génica disponibles en los sitios web se actualizan con frecuencia (por ejemplo SpBase http://www.echinobase.org 20 y S. purpuratus genoma Búsqueda http: ///urchin.nidcr.nih.gov/blast/index .html) para determinar que el perfil de expresión espacio-temporal se solapa con el mecanismo de desarrollo en cuestión. Si no hay datos de expresión está disponible, a continuación, generar cebadores qPCR y / o un antisentido en situ sonda para evaluar el patrón de expresión génica. </li><li> Después de determinar el patrón de expresión espacial y temporal, obtener la secuencia de ADN de los sitios web genómicos. <ol><li> Para la generación de oligonucleótidos de morfolino traducción de bloqueo, obtener la secuencia of la &#39;región traducida por la ONU (5&#39; UTR 5) directamente aguas arriba del codón de iniciación de bases de datos de etiqueta de secuencia expresada (EST) disponibles en SpBase o S. purpuratus Genoma sitios web de búsqueda. Si esta información no está disponible para el gen de interés, a continuación, realizar 5 &#39;RACE. </li><li> Para diseñar un empalme morfolino-bloqueo, la búsqueda de la secuencia genómica que incluye los exones e intrones utilizando la herramienta de andamio BLASTN en SpBase o S. purpuratus genoma herramienta de búsqueda. </li></ol></li><li> Utilice el diseño de página web oligonucleótido http://oligodesign.gene-tools.com con el fin de diseñar la secuencia de pares de bases deseada morfolino 25. <ol><li> Para un morfolino de traslación de bloqueo, utilizar la secuencia de ARNm de 5 &#39;a 3&#39; como la fuente de la secuencia diana de la traducción. Incluir la secuencia 5 &#39;UTR (aproximadamente 70 nucleótidos aguas arriba del sitio de inicio de transcripción), además de 25 bases de la región codificadora (aguas abajo del sitio de inicio) con el codón de inicio marcada wiTH paréntesis (ATG). </li><li> Para un empalme morfolino-bloqueo, seleccione el exón-intrón o secuencia límites exón-intrón e incluyen 50 bases (25 bases de la secuencia exón y 25 bases de la secuencia del intrón) en torno a las regiones limítrofes. Analiza el genoma con la secuencia de morfolino para verificar que la secuencia es única. </li></ol></li></ol> 2. La microinyección de morfolino oligonucleótidos <ol><li> Preparar 3 mM de soluciones madre de los oligonucleótidos de morfolino mediante la adición de 100 l de agua libre de nucleasa en el vial morfolino 300 nmol. NOTA: No utilice agua tratada con DEPC para la resuspensión debido pirocarbonato de dietilo puede dañar el morfolino. </li><li> Por primera vuelta de la reconstitución por el vial que contiene la solución de oligonucleótido durante 30 s a la velocidad máxima (14.000 - 16.000 xg) y agitar brevemente, el calor a 65 ° C durante 5 a 10 minutos, vórtice brevemente y mantener a la población de morfolino en la sala temperatura durante al menos 1 h. solución de morfolino<html> s se almacenan de -20 ° C a + 4 ° C. </li><li> Preparar la solución de inyección que contiene oligonucleótidos de morfolino a la concentración deseada. Esta solución por lo general contiene 20% de glicerol o KCl 125 mM como vehículo y 15% de FITC-dextrano (isotiocianato de fluoresceína dextrano 10.000 MW 2,5 mg solución madre / l). FITC-dextrano y otros conjugados de dextrano fluorescentes se utilizan habitualmente para identificar embriones inyectados por microscopía de epifluorescencia. soluciones de inyección almacenar a -20 ° C. </li><li> Calentar la solución morfolino a 65 ° C en un bloque de calor o baño de agua durante por lo menos 2 - 5 min. </li><li> Brevemente girar la solución morfolino durante 30 s a la velocidad máxima (14.000 - 16.000 xg) y agitar durante 1 min y centrifugar a toda velocidad (14.000 - 16.000 xg) durante al menos 10 min. </li><li> Cargar las agujas de inyección con la solución morfolino. Para un protocolo detallado microinyección consulte Stepicheva y Song, 2014 21 y Saludos y Ettensohn de 2004&quot;&gt; 22. </li></ol> 3. Fijación y en el Protocolo Situ a las 24 h después de la fecundación (HPF) en S. purpuratus embriones NOTA: Este protocolo se modificó a partir de Arenas-Mena et al. , 2000 23 y Sethi et al. 2014 24. <ol><li> Fijación <ol><li> Añadir unas gotas de fijador (véase más adelante) a los pocillos que contenían embriones, mezclar suavemente con la pipeta, y dejar que se asienten. Retire la solución de fijación, y luego mezclar los embriones con dos lavados de 180 mu l adicionales de fijador. NOTA: Es importante mezclar bien los embriones durante los lavados por pipeteo suave hacia arriba y abajo varias veces. El no hacerlo puede disminuir la relación señal a ruido. </li><li> Dejar los embriones para fijar en el segundo lavado fijador durante 50 min a 1 h a temperatura ambiente (RT) en paraformaldehído al grado microscopía electrónica de 4% que consiste en MOPS 10 mM pH 7,0, 0,1% de Tween-20, y artificial seawater (ASW). Hacer esta solución fresca cada vez para obtener mejores resultados. Además, para la facilidad y practicidad embriones se fijan en placas de 96 pocillos. <ol><li> Para 20 ml uso fijador 5 ml 16% de paraformaldehído, 15 ml ASW, 200 l 1 M MOPS pH 7.0, y 20 l de Tween-20. </li></ol></li><li> Lavar 5 veces a temperatura ambiente con 180 l de MOPS tampón de lavado que consiste en 0,1 M MOPS pH 7,0, 0,5 M NaCl y 0,1% de Tween-20 durante al menos 5 min o hasta que los embriones de caer al fondo del pozo. Una vez más, es importante para mezclar completamente los embriones en el tampón de lavado pipeteando suavemente arriba y abajo varias veces. tampón de lavado MOPS se puede utilizar durante 2 días si se almacenan a 4 DO. <ol><li> Por 40 ml de MOPS lavan uso de búferes de 4 ml 1 M MOPS pH 7,0, 4 ml de NaCl 5 M, 32 ml dH2O y 40 l de Tween-20. </li><li> Fija los embriones pueden ser almacenadas a 4 ° C durante 2 días. NOTA: Si el almacenamiento de los embriones ya fijos, a continuación, añadir azida de sodio al 0,2% en MOPS tampón de lavado para evitar el crecimiento bacteriano.</li></ol></li></ol></li><li> Pre-hibridación <ol><li> Aspirar el MOPS tampón de lavado y añadir 180 l de una proporción de 2: 1 de MOPS tampón de lavado en tampón de hibridación, la mezcla embriones en la solución mediante pipeteado suave varias veces, y se incuba durante al menos 20 minutos a temperatura ambiente. El tampón de hibridación consiste en 70% de formamida, 0,1 M MOPS pH 7,0, 0,5 M NaCl, 1 mg / ml de BSA y 0,1% de Tween-20. <ol><li> Para uso 40 ml de tampón de hibridación 4 ml 1 M MOPS pH 7,0, 4 ml de NaCl 5 M, 4 ml dH2O, 0,04 g de BSA, y 40 l de Tween-20. Mezclar bien por agitación, añadir 28 ml de formamida, y agitar de nuevo. </li></ol></li><li> Retire la proporción 2: 1 de MOPS de lavado y tampones de hibridación y añadir 180 l de una proporción de 1: 2 de MOPS tampón de lavado en tampón de hibridación, la mezcla embriones en la solución, y se incuba durante al menos 20 minutos a temperatura ambiente. </li><li> Antes de la hibridación de la sonda mezclar suavemente los embriones en 100 - 150 ml de tampón de hibridación. Incubar embriones a 50 ° C durante al menos 1marido. NOTA: La incubación de los embriones durante la noche es aceptable. Antes de la incubación, sellar los pocillos con una lámina adhesiva con el fin de evitar la evaporación. </li></ol></li><li> Hibridación <ol><li> En un tubo separado añadir 0,1 - 0,3 ng / l de sonda y 500 mg / ml de ARNt de levadura en un tampón de hibridación, a continuación, vórtice suavemente para crear solución de la sonda. tRNA de levadura se añade a la solución de la sonda para disminuir la unión no específica de la sonda anti-sentido. Precalentar esta solución a 50 ° C, y el tampón de aspirado de la hibridación. </li><li> Mezclar embriones pre-hibridado en 100 l de la solución de la sonda, el sello con una lámina adhesiva, y se hibrida a 50 ° C durante 2 a 7 días, dependiendo de la sonda (la sonda foxq2 se puede incubar durante 2 días). NOTA: Los tiempos de incubación puede variar en función de la sonda. Algunos genes expresados ​​en niveles bajos requieren hasta una incubación de 7 días. placas de 96 pocillos se pueden colocar en una caja de humedad como un seguro contra la evaporación si los ADHESive hoja no sellar adecuadamente. </li><li> Lavar 5 veces a 50 ° C con 180 l de MOPS recién hechos tampón de lavado para un total de 3 h. A continuación, lavar 3 veces (15 min) con 180 l de MOPS de tampón de lavado a temperatura ambiente. Recuerde mezclar embriones en el tampón de lavado cada vez con la pipeta suavemente varias veces. </li></ol></li><li> La incubación de anticuerpos <ol><li> Aspirar el MOPS tampón de lavado y se mezclan los embriones en 180 l de tampón de bloqueo que consiste en 10% de suero de oveja normal y 5 mg / ml de BSA en MOPS tampón de lavado y se incuba durante al menos 45 minutos a temperatura ambiente o 4 ° C durante la noche. </li><li> Eliminar el tampón de bloqueo y luego mezclar embriones en tampón de bloqueo que contiene una dilución 1: 1500 de anticuerpo anti-digoxigenina conjugado con fosfatasa alcalina diluido en tampón de bloqueo. Incubar toda la noche a temperatura ambiente en una placa de sellado para evitar la evaporación. NOTA: No deje de anticuerpos en más de una noche. </li><li> Lavar los embriones de 6 veces (5 min o hasta que caen embriones) en MOPS tampón de lavado a temperatura ambiente. Los embriones puedenser almacenados durante la noche a 4 ° C. </li></ol></li><li> En desarrollo in situ <ol><li> Lavar embriones 3 veces (10 min) a temperatura ambiente con tampón de pH 9,5 recién hecho que consiste en 0,1 M Tris pH 9,5, NaCl 100 mM, MgCl 2 mM 50 mM, levamisol 1, y 0,1% de Tween-20. <ol><li> Por 20 ml pH 9,5 tampón uso 2 ml de Tris 1 M pH 9,5, 400 l de NaCl 5 M, 1 ml 1 M MgCl 2, 20 l de Tween-20, 16,6 ml dH2O, y 0,0048 g levamisol. </li></ol></li><li> Incubar los embriones a 37 ° C en tampón de tinción protegido de la luz. tampón de tinción se compone de 10% dimetil formamida, 4,5 l / mL 4-Nitro cloruro de azul tetrazolio (NBT) y 3,5 l / ml 5-Bromo-4-cloro-3-indolil-fosfato (BCIP) en recién hecho tampón de pH 9,5 . <ol><li> Para 1 ml de tampón de tinción utilizar 100 l dimetil formamida, 4,5 l NBT y BCIP 3,5 l. </li></ol></li><li> Detener la reacción de la fosfatasa alcalina mediante el lavado de 3 a 5 veces en tampón de lavado MOPS. La reacción wiº la sonda foxq2 normalmente tarda 30 minutos a 1 hora. Algunas sondas pueden necesitar de incubación durante la noche a RT, ya sea o 4 ° C. </li><li> Mezclar los embriones en una solución de lavado MOPS 70% y 30% de glicerol. El glicerol proporciona un índice de refracción necesario para microscopía. Los embriones se pueden almacenar en esta solución durante varias semanas. Sellar las placas con parafina de plástico para evitar la evaporación. </li></ol></li><li> Preparación de los portaobjetos y la captura de imágenes <ol><li> Preparar un portaobjetos mediante la disposición de tres pequeñas tiras de cinta adhesiva de doble cara en un triángulo con pequeños espacios entre las tiras en un portaobjetos. </li><li> La transferencia de los embriones en el lavado MOPS 70% y solución de glicerol al 30% hasta el centro del triángulo y cubrir con un cubreobjetos. </li><li> Sellar el cubreobjetos mediante la aplicación de una capa de esmalte de uñas alrededor de los bordes del cubreobjetos. </li><li> Capturar imágenes utilizando un microscopio de luz compuesto con un objetivo de 20X y una cámara adjunta. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Erwin, D. H., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+hierarchical+gene+regulatory+networks.">The evolution of hierarchical gene regulatory networks.</a> Nature reviews. Genetics. 10, 141-148 (2009).</li><li>Peter, I. S., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+gene+regulatory+networks+controlling+body+plan+development.">Evolution of gene regulatory networks controlling body plan development.</a> Cell. 144, 970-985 (2011).</li><li>Borggrefe, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Notch+intracellular+domain+integrates+signals+from+Wnt,+Hedgehog,+TGFbeta/BMP+and+hypoxia+pathways.">The Notch intracellular domain integrates signals from Wnt, Hedgehog, TGFbeta/BMP and hypoxia pathways.</a> Biochimica et biophysica acta. 1863, 303-313 (2016).</li><li>Range, R. C., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+canonical+and+noncanonical+Wnt+signaling+pathways+patterns+the+neuroectoderm+along+the+anterior-posterior+axis+of+sea+urchin+embryos.">Integration of canonical and noncanonical Wnt signaling pathways patterns the neuroectoderm along the anterior-posterior axis of sea urchin embryos.</a> PLoS Biol. 11, e1001467 (2013).</li><li>Cleary, M. A., van Osch, G. J., Brama, P. A., Hellingman, C. A., Narcisi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGF,+TGFbeta+and+Wnt+crosstalk:+embryonic+to+in+vitro+cartilage+development+from+mesenchymal+stem+cells.">FGF, TGFbeta and Wnt crosstalk: embryonic to in vitro cartilage development from mesenchymal stem cells.</a> Journal of tissue engineering and regenerative medicine. 9, 332-342 (2015).</li><li>Lapraz, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RTK+and+TGF-beta+signaling+pathways+genes+in+the+sea+urchin+genome.">RTK and TGF-beta signaling pathways genes in the sea urchin genome.</a> Dev Biol. 300, 132-152 (2006).</li><li>Pires-daSilva, A., Sommer, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+signalling+pathways+in+animal+development.">The evolution of signalling pathways in animal development.</a> Nature reviews. Genetics. 4, 39-49 (2003).</li><li>Sethi, A. J., Wikramanayake, R. M., Angerer, R. C., Range, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+signaling+crosstalk+regulates+endomesoderm+segregation+in+sea+urchin+embryos.">Sequential signaling crosstalk regulates endomesoderm segregation in sea urchin embryos.</a> Science. 335, 590-593 (2012).</li><li>Range, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specification+and+positioning+of+the+anterior+neuroectoderm+in+deuterostome+embryos.">Specification and positioning of the anterior neuroectoderm in deuterostome embryos.</a> Genesis. 52, 222-234 (2014).</li><li>Petersen, C. P., Reddien, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wnt+signaling+and+the+polarity+of+the+primary+body+axis.">Wnt signaling and the polarity of the primary body axis.</a> Cell. 139, 1056-1068 (2009).</li><li>Lapraz, F., Haillot, E., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+deuterostome+origin+of+the+Spemann+organiser+suggested+by+Nodal+and+ADMPs+functions+in+Echinoderms.">A deuterostome origin of the Spemann organiser suggested by Nodal and ADMPs functions in Echinoderms.</a> Nature communications. 6, 8434 (2015).</li><li>Kikuchi, A., Yamamoto, H., Sato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+activation+mechanisms+of+Wnt+signaling+pathways.">Selective activation mechanisms of Wnt signaling pathways.</a> Trends in cell biology. 19, 119-129 (2009).</li><li>Hogan, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+proteins:+multifunctional+regulators+of+vertebrate+development.">Bone morphogenetic proteins: multifunctional regulators of vertebrate development.</a> Genes Dev. 10, 1580-1594 (1996).</li><li>Houart, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+the+telencephalon+during+gastrulation+by+local+antagonism+of+Wnt+signaling.">Establishment of the telencephalon during gastrulation by local antagonism of Wnt signaling.</a> Neuron. 35, 255-265 (2002).</li><li>Bertrand, S., Escriva, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology:+amphioxus.">Evolutionary crossroads in developmental biology: amphioxus.</a> Development. 138, 4819-4830 (2011).</li><li>Rottinger, E., Lowe, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology:+hemichordates.">Evolutionary crossroads in developmental biology: hemichordates.</a> Development. 139, 2463-2475 (2012).</li><li>Genome Sequencing Sea Urchin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genome+of+the+sea+urchin+Strongylocentrotus+purpuratus.">The genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus.</a> Science. 314, 941-952 (2006).</li><li>Ben-Tabou de-Leon, S., Su, Y. H., Lin, K. T., Li, E., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulatory+control+in+the+sea+urchin+aboral+ectoderm:+spatial+initiation,+signaling+inputs,+and+cell+fate+lockdown.">Gene regulatory control in the sea urchin aboral ectoderm: spatial initiation, signaling inputs, and cell fate lockdown.</a> Dev Biol. 374, 245-254 (2013).</li><li>Saudemont, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ancestral+regulatory+circuits+governing+ectoderm+patterning+downstream+of+Nodal+and+BMP2/4+revealed+by+gene+regulatory+network+analysis+in+an+echinoderm.">Ancestral regulatory circuits governing ectoderm patterning downstream of Nodal and BMP2/4 revealed by gene regulatory network analysis in an echinoderm.</a> PLoS Genet. 6, e1001259 (2010).</li><li>Cameron, R. A., Samanta, M., Yuan, A., He, D., Davidson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SpBase:+the+sea+urchin+genome+database+and+web+site.">SpBase: the sea urchin genome database and web site.</a> Nucleic Acids Res. 37, D750-D754 (2009).</li><li>Stepicheva, N. A., Song, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+microinjections+of+sea+urchin+zygotes.">High throughput microinjections of sea urchin zygotes.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , e50841 (2014).</li><li>Cheers, M. S., Ettensohn, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+microinjection+of+fertilized+eggs.">Rapid microinjection of fertilized eggs.</a> Methods in cell biology. 74, 287-310 (2004).</li><li>Arenas-Mena, C., Cameron, A. R., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+expression+of+Hox+cluster+genes+in+the+ontogeny+of+a+sea+urchin.">Spatial expression of Hox cluster genes in the ontogeny of a sea urchin.</a> Development. , 4631-4643 (2000).</li><li>Sethi, A. J., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+labeling+in+developmental+gene+regulatory+network+analysis.">Multicolor labeling in developmental gene regulatory network analysis.</a> Methods in molecular biology. , 249-262 (2014).</li><li>Wikramanayake, A. H., Huang, L., Klein, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=beta-Catenin+is+essential+for+patterning+the+maternally+specified+animal-vegetal+axis+in+the+sea+urchin+embryo.">beta-Catenin is essential for patterning the maternally specified animal-vegetal axis in the sea urchin embryo.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 95, 9343 (1998).</li><li>Yaguchi, S., Yaguchi, J., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Wnt-FoxQ2-nodal+pathway+links+primary+and+secondary+axis+specification+in+sea+urchin+embryos.">A Wnt-FoxQ2-nodal pathway links primary and secondary axis specification in sea urchin embryos.</a> Dev Cell. 14, 97-107 (2008).</li><li>Molina, M. D., de Croze, N., Haillot, E., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nodal:+master+and+commander+of+the+dorsal-ventral+and+left-right+axes+in+the+sea+urchin+embryo.">Nodal: master and commander of the dorsal-ventral and left-right axes in the sea urchin embryo.</a> Curr Opin Genet Dev. 23, 445-453 (2013).</li><li>Range, R. C., Glenn, T. D., Miranda, E., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LvNumb+works+synergistically+with+Notch+signaling+to+specify+non-skeletal+mesoderm+cells+in+the+sea+urchin+embryo.">LvNumb works synergistically with Notch signaling to specify non-skeletal mesoderm cells in the sea urchin embryo.</a> Development. 135, 2445-2454 (2008).</li><li>Range, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cis-regulatory+analysis+of+nodal+and+maternal+control+of+dorsal-ventral+axis+formation+by+Univin,+a+TGF-beta+related+to+Vg1.">Cis-regulatory analysis of nodal and maternal control of dorsal-ventral axis formation by Univin, a TGF-beta related to Vg1.</a> Development. 134, 3649-3664 (2007).</li><li>Warner, J. F., Miranda, E. L., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+hedgehog+signaling+to+the+establishment+of+left-right+asymmetry+in+the+sea+urchin.">Contribution of hedgehog signaling to the establishment of left-right asymmetry in the sea urchin.</a> Dev Biol. 411, 314-324 (2016).</li><li>Rottinger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGF+signals+guide+migration+of+mesenchymal+cells,+control+skeletal+morphogenesis+[corrected]+and+regulate+gastrulation+during+sea+urchin+development.">FGF signals guide migration of mesenchymal cells, control skeletal morphogenesis [corrected] and regulate gastrulation during sea urchin development.</a> Development. 135, 353-365 (2008).</li><li>Warner, J. F., McCarthy, A. M., Morris, R. L., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hedgehog+signaling+requires+motile+cilia+in+the+sea+urchin.">Hedgehog signaling requires motile cilia in the sea urchin.</a> Mol Biol Evol. 31, 18-22 (2014).</li><li>Technau, U., Steele, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology.">Evolutionary crossroads in developmental biology.</a> Cnidaria. Development. 138, 1447-1458 (2011).</li><li>Yaguchi, J., Takeda, N., Inaba, K., Yaguchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperative+Wnt-Nodal+Signals+Regulate+the+Patterning+of+Anterior+Neuroectoderm.">Cooperative Wnt-Nodal Signals Regulate the Patterning of Anterior Neuroectoderm.</a> PLoS Genet. 12, e1006001 (2016).</li><li>Duboc, V., Rottinger, E., Besnardeau, L., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nodal+and+BMP2/4+signaling+organizes+the+oral-aboral+axis+of+the+sea+urchin+embryo.">Nodal and BMP2/4 signaling organizes the oral-aboral axis of the sea urchin embryo.</a> Dev Cell. 6, 397-410 (2004).</li><li>Bradham, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chordin+is+required+for+neural+but+not+axial+development+in+sea+urchin+embryos.">Chordin is required for neural but not axial development in sea urchin embryos.</a> Dev Biol. 328, 221-233 (2009).</li><li>Su, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulatory+networks+for+ectoderm+specification+in+sea+urchin+embryos.">Gene regulatory networks for ectoderm specification in sea urchin embryos.</a> Biochimica et biophysica acta. 1789, 261-267 (2009).</li><li>Lin, C. Y., Su, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome+editing+in+sea+urchin+embryos+by+using+a+CRISPR/Cas9+system.">Genome editing in sea urchin embryos by using a CRISPR/Cas9 system.</a> Dev Biol. 409, 420-428 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

La metodología que aquí se presenta es un ejemplo que ilustra el poder de utilizar embriones con menos complejidad genómica y morfológica de los vertebrados para entender las vías de transducción de señales y GRNs que rigen los mecanismos fundamentales del desarrollo .. Muchos laboratorios están usando ensayos similares durante el desarrollo de erizo de mar temprano para diseccionar el vías que participan en otros eventos de especificación del destino celular de señalización (por ejemplo, Notch, Hedgehog, TGF-β, y la señalización FGF) 27, 28, 29, 30, 31. Estos estudios de erizo de mar han revelado muchos mecanismos de señalización interesante y novedoso, y muchos aspectos de estos mecanismos de señalización que regulan el desarrollo de erizo de mar temprana parecen estar conservadas entre deuterostomes 9, 27, 30 &lt;sup&gt;, 31, 32. Es importante destacar que la exploración de la biología del desarrollo de embriones metazoos no tradicionales se ha visto un aumento en los últimos años, y muchos de estos comparten características con embriones de erizo de mar durante el desarrollo temprano 9, 15, 16, 33. Por lo tanto, la metodología presentada aquí podría ser ampliamente aplicada al estudio de las vías de transducción de señales en muchos de estos organismos durante el desarrollo temprano. Todas las técnicas utilizadas para derribar la expresión de genes pueden producir potencialmente fuera del objetivo derribar efectos. Morpholinos han demostrado ser un método muy eficaz de genes perturbación en embriones de erizos de mar en gran parte a que la comunidad lleva a cabo controles rigurosos para aliviar la preocupación de que la desmontables fenotipo no es específica. Estos ensayos de control básicas pueden ser modified y se aplica a otras técnicas desmontables (es decir CAJONES / Cas9). Los controles son: 1) ensayos de respuesta cuidadoso de la dosis se realizan con cada morfolino hasta ≥ 80% de los embriones inyectados muestran fenotipo defectuoso y / o expresión del gen marcador; 2) Morpholinos se descartan si causan retrasos en el desarrollo graves o incluso la muerte en concentraciones moderadas. Estos fenotipos son probablemente debido tóxicos efectos fuera de la meta; 3) Al menos dos morfolinos que están diseñados para dirigirse a diferentes sitios de unión se utilizan para confirmar fenotipos desmontables; 3) se inyectan Missense morfolinos; 4) fenotipos Morpholino son rescatados mediante la introducción de ARNm para el gen diana en embriones de morfolino desmontables; 5) Cuando se utilizan, los ensayos de tinción de anticuerpos enteros de montaje disponibles para demostrar que las caídas de morfolino impiden la traducción del gen de interés. Es importante tener en cuenta que la comunidad de erizo de mar utiliza al menos cuatro especies para estudios funcionales, dependiendo de dónde se encuentran los científicos. en lust casos, hasta donde sabemos, las diversas morfolinos utilizados para derribar los ortólogos han generado fenotipos similares en cada especie (por ejemplo, véase estos estudios funcionales sobre nodal de señalización 34, 35, 36, 37). Estos resultados sostienen convincentemente que nuestros experimentos de control rigurosos seleccionar con vehemencia las morfolinos que producen efectos en el blanco desmontables. Otro aspecto importante de esta metodología es identificar cuidadosamente los objetivos de la transcripción que tienen más probabilidades directamente activados por la vía de señalización en consideración. El ejemplo que ofrecemos aquí es fortuito, ya que la activación de espacio-temporal de las vías de señalización y la regulación a la baja de un gen que se expresa con firmeza, foxq2, ocurren temprano en el desarrollo y las que rigen GRNs capa germinal y la especificación del eje en el embrión de erizo de mar están bien-establecido. Por lo tanto, una limitación obvia de esta metodología es que en muchos casos puede ser necesario para derribar la actividad de una ruta de señalización en particular durante las etapas posteriores de desarrollo y dentro de los territorios específicos. Existen varias tecnologías ahora disponibles que se pueden utilizar para superar estas limitaciones (por ejemplo, foto-morfolinos, Crisper / Cas9 38, FACseq) incluso en embriones modelo no tradicionales que no son susceptibles a la manipulación genética. En muchos casos puede que no sea posible identificar un gen candidato corriente abajo de una vía de señalización de interés cuya expresión espacio-temporal se evalúa tan fácilmente como foxq2, que tiene una muy alta relación señal-ruido. Es común encontrar genes con relaciones mucho más baja de señal a ruido. Si otro gen no está disponible para un ensayo particular, a continuación, la sonda generado in situ para el gen de interés debe ser el mayor tiempo posible. En general, utilizando sondas de más de 1.000 pares de basess aumenta significativamente la señal y reduce el ruido en colorimétrico y fluorescente en ensayos in situ. Una vez que el ensayo de transcripción que indica dónde y cuándo se se establece la señalización de la vía de transducción de señales de interés, el siguiente paso es importante para determinar tanto la espacial y la expresión temporal de los factores reguladores putativos que participan en el mecanismo de desarrollo en estudio. datos de pantalla diferencial y / o QPCR son herramientas importantes, pero que pueden ser engañosos. Confirmando con todo el montaje hibridación in situ que el gen de interés se expresa en el territorio en el que la vía de señalización está activo evita una pérdida de tiempo y recursos. Además, estos datos permiten realizar predicciones acerca de la arquitectura de regulación de genes, la cual informará a los análisis más detallados que seguirán una vez que los jugadores involucrados están identificados con este ensayo inicial (Figura 2). Presentamos un simpLe ensayo colorimétrico en este protocolo; sin embargo, la hibridación fluorescente in situ (FISH) también se puede utilizar para visualizar varias sondas fluorescentes a la vez, lo que permite una mayor resolución espacial en el territorio de interés, así como la microscopía confocal 24. Además, el pescado se puede combinar con la tinción de anticuerpos para identificar las modificaciones posteriores a la traducción y / o cuando la vía de señalización de interés es activa 24. Hay dos pasos críticos en el protocolo que a menudo se pasa por alto. Uno de ellos es la preparación de la solución de morfolino oligonucleótidos. Es importante calentar la solución morfolino a 65 ° C durante 2 min a 5 min y centrifugar a toda velocidad durante al menos 10 min antes de cargar las agujas de inyección. Estos pasos son esenciales cuando la solución morfolino archivo se almacena a -20 ° C, ya que los oligonucleótidos de morfolino pueden precipitar de la solución a baja temperamentoturas y el giro de la solución evita que las agujas de inyección se obstruya por partículas. Otro aspecto fundamental a considerar es que los embriones se deben mezclar a fondo en las diferentes soluciones en cada paso de la fijación y en los protocolos de hibridación in situ. En nuestras manos, la señal se reduce y / o el fondo se incrementa si no se realiza este sencillo paso. Quizás el aspecto más importante de la metodología que aquí se presenta es que permite a los análisis funcionales eficientes de grandes conjuntos de potenciales moléculas de transducción de señales generadas por la transcriptómica y proteómica de próxima generación. Una vez que estos análisis funcionales iniciales confirman un grupo de factores de regulación están involucrados en una vía de interés, el siguiente reto es el uso de ensayos establecidos (por ejemplo, caídas funcionales; todo el montaje de varios colores detallada in situ; interacciones bioquímicas) para evaluar cómo encajan en la extracellular, intracelular y los niveles de transcripción de las vías de transducción de señales que intervienen en un proceso de desarrollo en particular.

las redes de genes reguladores (GRNs) y las vías de transducción de señales establecen la expresión espacial y temporal de los genes durante el desarrollo embrionario que se utilizan para construir el plan de adultos cuerpo del animal. Célula a célula de las vías de transducción de señales son componentes esenciales de estas redes reguladoras, que proporcionan el medio por el cual las células se comunican. Estas interacciones celulares establecer y perfeccionar la expresión de genes reguladores y diferenciación en y entre los diversos territorios durante la embriogénesis 1, 2. Las interacciones entre los moduladores secretadas extracelulares (ligandos, antagonistas), receptores y co-receptores controlan las actividades de las vías de transducción de señales. Un surtido de moléculas intracelulares transduce estas entradas que resulta en la expresión alterada de genes, la división y / o la forma de una célula. Si bien muchas de las moléculas clave que se utilizan en los niveles extracelulares e intracelulares en las principales vías sonconocido, es un conocimiento incompleto debido en gran parte a la complejidad de las vías de señalización individuales. Además, las diferentes vías de señalización a menudo interactúan uno con el otro, ya sea positiva o negativamente en el extracelular, intracelular y los niveles de la transcripción 3, 4, 5, 6. Es importante destacar que los componentes centrales de las vías de transducción de señales están altamente conservadas en todas las especies de metazoos, y, notablemente, la mayoría de las principales vías de señalización menudo realizan funciones de desarrollo similares en muchas especies cuando se comparan los organismos de filos estrechamente relacionados, en particular, 7, 8, 9, 10, 11. El estudio de la señalización durante el desarrollo es una tarea de enormes proporciones en cualquier organismo, y hayson varios retos importantes para el estudio de las vías de señalización en la mayoría de los modelos deuterostome (vertebrados, los cordados invertebrados, hemicordados y equinodermos): 1) En los vertebrados hay un gran número de posibles ligando y las interacciones de receptor / co-moduladores, moléculas de transducción intracelular, así como potenciales interacciones entre diferentes vías de señalización debido a la complejidad del genoma de 12, 13, 14; 2) La morfología compleja y movimientos morfogenéticos en los vertebrados a menudo hacen que sea más difícil la interpretación de las interacciones funcionales en y entre las vías de transducción de señales; 3) Análisis de la mayoría de especies modelo de invertebrados deuterostome no equinodermo están limitados por las ventanas cortas de gravidez con la excepción de algunas especies de tunicados 15, 16. losembrión de erizo de mar tiene algunas de las limitaciones mencionadas anteriormente y ofrece muchas cualidades únicas para la realización de un análisis detallado de las vías de transducción de señales in vivo. Estos incluyen los siguientes: 1) La relativa simplicidad del genoma del erizo de mar reduce significativamente el número de posibles ligando, receptor / co-receptor y la molécula de transducción intracelular las inter- 17; 2) Los GRNs que controlan la memoria y en los patrones de las capas germinales embrionarias y los principales ejes están bien establecidos en embriones de erizo de mar, ayudar en la comprensión del contexto normativo de la célula / territorio que recibe las señales 18, 19; 3) Muchas vías de transducción de señal pueden ser estudiados entre las etapas de escisión y gástrula primeros cuando los embriones se componen de una sola epitelio estratificado cuya morfología es más fácil de analizar; 4) Las moléculas implicand en las vías de los erizos de mar son fáciles de manipular señalización; 5) Muchos erizos de mar están grávidas de 10 a 11 meses al año (por ejemplo, Strongylocentrotus purpuratus y variegatus Lytechinus). A continuación, presentamos un método para caracterizar de manera sistemática y eficientemente los componentes de las vías de señalización que especifican y territorios de patrón en embriones de erizo de mar para ilustrar las ventajas que varios sistemas modelo de invertebrados ofrecen en el estudio de los mecanismos moleculares complejas.

<table><tbody><tr><td>Translational-blocking morpholino and/or splice-blocking morpholino</td><td>Gene Tools LLC</td><td>Customized</td><td>More information at www.gene-tools.com</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Invitrogen</td><td>15514-011</td><td></td></tr><tr><td>FITC (dextran fluorescein isothiocyanate)</td><td>Invitrogen, Life Technologies</td><td>D1821</td><td>Make 25 mg/mL stock solution</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde 16% solution EM Grade</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>15710</td><td></td></tr><tr><td>MOPS</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M1254-250G</td><td></td></tr><tr><td>Tween-20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>23336-0010</td><td></td></tr><tr><td>Formamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>47671-1L-F</td><td></td></tr><tr><td>Yeast tRNA</td><td>Invitrogen</td><td>15401-029</td><td></td></tr><tr><td>Normal Goat Serum</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G9023-10mL</td><td></td></tr><tr><td>Alkaline Phosphatase-conjugated anti-digoxigenin antibody</td><td>Roche</td><td>11 093 274 910</td><td></td></tr><tr><td>Tetramisole hydrochloride (levamisole)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L9756-5G</td><td></td></tr><tr><td>Tris Base UltraPure</td><td>Research Products Internationall Corp</td><td>56-40-6</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP358-10</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7786-30-3</td><td></td></tr><tr><td>BCIP (5-Bromo-4-Chloro-3-indolyl-phosphate</td><td>Roche</td><td>11 383 221 001</td><td></td></tr><tr><td>4 Nitro blue tetrazolium chloride (NBT)</td><td>Roche</td><td>11 383 213 001</td><td></td></tr><tr><td>Dimethyl Formamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D4551-500mL</td><td></td></tr><tr><td>Potassium Chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P9541-5KG</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Bicarbonate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5761-500G</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium Sulfate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M7506-2KG</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C1016-500G</td><td></td></tr></tbody></table>

the power of simplicity: sea urchin embryos as in vivo developmental models for studying complex cell-to-cell signaling network interactions

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and tissues in the adult body form. Yet, each year more components of individual signaling pathways are discovered, and studies indicate that depending on the context there is significant cross-talk among most of these pathways. This complexity makes studying cell-to-cell signaling in any in vivo developmental model system a difficult task. In addition, efficient functional analyses are required to characterize molecules associated with signaling pathways identified from the large data sets generated by next generation differential screens. Here, we illustrate a straightforward method to efficiently identify components of signal transduction pathways governing cell fate and axis specification in sea urchin embryos. The genomic and morphological simplicity of embryos similar to those of the sea urchin make them powerful in vivo developmental models for understanding complex signaling interactions. The methodology described here can be used as a template for identifying novel signal transduction molecules in individual pathways as well as the interactions among the molecules in the various pathways in many other organisms.

En el embrión de erizo de mar hemos demostrado que 3 de señalización Wnt diferentes ramas (Wnt / β-catenina, Wnt / JNK, y Wnt / PKC) 4, 25 interactúan para formar una red de señalización Wnt que gobierna anterior-posterior patrón (AP). Una de las consecuencias más importantes de estos eventos de señalización es que el expresado en términos generales neuroectodermo anterior (ANE) GRN inicial se restringe a un pequeño territorio alrededor del polo anterior al comienzo de la gastrulación (24 HPF en S. purpuratus). Estos resultados indican que la señalización / β-catenina Wnt impide la activación de genes ANE en el medio posterior del embrión por la etapa de 32 células. Entonces, esta vía transmite una señal a la vía de señalización Wnt / JNK no canónica que progresivamente regula la ANE GRN en la mitad anterior del embrión entre la etapa de 60 células y la gastrulación temprana. Por último, una tercera pathwa Wnt no canónicay, Wnt / PKC, antagoniza la vía de señalización Wnt / JNK y evita que la eliminación de especificación ANE alrededor del polo anterior (Figura 1A) 4. Utilizamos la expresión espacio-temporal de foxq2 para ensayar la actividad de cada una de las ramas de señalización Wnt durante AP patrón, ya que es uno de los dos primeros genes activados en el GRN ANE y se considere fácilmente mediante hibridación in situ debido a su robusta expresión 26. Si se perturba cualquier rama de señalización Wnt individual, entonces hay claras fenotipos de expresión que indican qué está implicada la vía: 1) En ausencia de señalización de un amplio mecanismo de regulación de la madre (Figura 1 A) Wnt / β-catenina activa la expresión foxq2 lo largo de todo el embrión (Figura 1Bb); 2) En ausencia de Wnt / JNK foxq2 señalización se expresa en todola mitad anterior del embrión (Figura 1Bc), pero sigue siendo el regulado en la mitad posterior, debido a la actividad de señalización de Wnt / β-catenina (Figura 1); En ausencia de Wnt / PKC expresión foxq2 señalización está completamente regulada por todo el embrión (Figura 1bd), debido a que el / β-catenina vía de señalización Wnt y vías / JNK están regulados hasta 4, 25. Por lo tanto, hemos desarrollado un ensayo que hemos denominado el sistema de lectura de la transcripción foxq2 que, cuando se combina con nuestro flujo de trabajo sistemática (Figura 2), nos permite identificar y probar si un gen de interés está implicado en uno o más de los Wnt eficiente señalización ramas. Usando el sistema y metodología de lectura foxq2 que aquí se presenta, hemos identificado varios Molec extracelular o intracelular putativoEGLAS probable que participan en la red de Wnt que rige la especificación eje AP, cuatro de los cuales se presentan en la Figura 3. Los embriones inyectados con morfolinos diseñados para derribar la expresión de ya sea el factor de transcripción, ATF2, o el modulador de Wnt extracelular secretada, WIF-1, mostraron una expansión de expresión foxq2 hacia el polo posterior del embrión en las fases gastrulación (Figura 3A - C ). Estos resultados imitan los fenotipos observados cuando los miembros de la vía de señalización / JNK Wnt son derribados 4, 25, sugiriendo que son miembros de esta rama de señalización que es necesario regular a la baja la expresión ANE GRN en la mitad anterior del embrión. En contraste, la expresión foxq2 fue eliminado cuando derribado la expresión del factor de transcripción, NFAT (Figura 3D), y el modulador extracelular secretada, sFRP3 / 4 (Figura 3E),lo que sugiere que estas moléculas están implicadas en la vía Wnt / PKC que es necesaria para antagonizar la regulación a la baja de la ANE GRN por la señalización / JNK Wnt. Sobre la base de estos resultados obtenidos con rapidez ahora estamos en condiciones de realizar análisis más detallados funcionales, permiten colocar estos factores dentro de la red de señalización Wnt en evolución que participan en la GRN que gobierna AP patrón en el embrión de erizo de mar. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55113/55113fig1.jpg" /> Figura 1. El modelo para la especificación de AP y los patrones en el erizo de mar y de la transcripción de sistema de lectura foxq2. (A) La progresiva regulación hacia abajo de la ANE GRN a un territorio alrededor del polo anterior por la red de señalización Wnt se detalla en el texto y en 4, 9. (B) A transcriptional sistema de lectura que muestra la expresión foxq2 en las caídas de la vía Wnt indicados (KO). Barra de escala = 20 micras. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55113/55113fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55113/55113fig2.jpg" /> Figura 2. Un Diagrama de Flujo Experimental para el Análisis de Redes eficiente Wnt en el embrión de erizo de mar. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55113/55113fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/55113/55113fig3.jpg" /> Figura 3. transducción de señales moléculas que participan en la Red de Gobierno Wnt AP Eje especificación y los patrones identificados usando la </strong&gt; foxq2 transcripcional de sistema de lectura. Caídas (A, B, C) Morpholino sugieren que un modulador intracelular de señalización, ATF2, y el modulador extracelular secretada, WIF-1, son potenciales jugadores de la vía de señalización / JNK Wnt. (A, D, E) desmontables experimentos indicaron que NFAT, un modulador de la señalización intracelular, y sFRP3 / 4, un modulador de la señalización Wnt secretada, están involucrados en / de señalización 2/7-PKC Fzl1. Barra de escala = 20 micras. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55113/55113fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions at JoVE.com

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Este artículo de vídeo detalla una sencilla metodología vivo que se puede utilizar para caracterizar de manera sistemática y eficiente los componentes de las vías de señalización complejos y las redes de regulación en muchos embriones de invertebrados en.

El poder de la simplicidad: Erizo de mar como embriones<em&gt; En Vivo</em&gt; Modelos de desarrollo para el estudio celular de la célula-a-complejo de señalización de red Interacciones

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and ...

the-power-simplicity-sea-urchin-embryos-as-vivo-developmental-models

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Cell Biology

Developmental Biology

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Unit 1

Principles of Cell Signaling

SCIENTISTS IN ACTION

7.8K vistas.  Mississippi State University.  Este artículo de vídeo detalla una sencilla metodología vivo que se puede utilizar para caracterizar de manera sistemática y eficiente los componentes de las vías de señalización complejos y las redes de regulación en muchos embriones de invertebrados en. 

Video: The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Microbead Implantation in the Zebrafish Embryo

The zebrafish has emerged as a valuable genetic model system for the study of developmental biology and disease. Zebrafish share a high degree of genomic conservation, as well as similarities in cellular, molecular, and physiological processes, with other vertebrates including humans. During early ontogeny, zebrafish embryos are optically transparent, allowing researchers to visualize the dynamics of organogenesis using a simple stereomicroscope. Microbead implantation is a method that enables tissue manipulation through the alteration of factors in local environments. This allows researchers to assay the effects of any number of signaling molecules of interest, such as secreted peptides, at specific spatial and temporal points within the developing embryo. Here, we detail a protocol for how to manipulate and implant beads during early zebrafish development.

The zebrafish is an excellent model system for genetic and developmental studies. Bead implantation is a valuable tissue manipulation technique that can be used to interrogate developmental mechanisms by introducing alterations in local cellular environments. This protocol describes how to perform microbead implantation in the zebrafish embryo.

Microbead Implantación en el embrión de pez cebra

The zebrafish has emerged as a valuable genetic model system for the study of developmental biology and disease. Zebrafish share a high degree of genomic ...

Investigación

Biología del Desarrollo

Stem cell-like Xenopus Embryonic Explants to Study Early Neural Developmental Features In Vitro and In Vivo

Understanding the genetic programs underlying neural development is an important goal of developmental and stem cell biology. In the amphibian blastula, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent. These cells can be isolated, and programmed to generate various tissues through manipulation of genes expression or induction by morphogens. In this manuscript protocols are described for the use of Xenopus laevis blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development. These protocols allow the investigation of fate acquisition, cell migration behaviors, and cell autonomous and non-autonomous properties. The blastocoel roof explants can be cultured in a serum-free defined medium and grafted into host embryos. This transplantation into an embryo allows the investigation of the long-term lineage commitment, the inductive properties, and the behavior of transplanted cells in vivo. These assays can be exploited to investigate molecular mechanisms, cellular processes and gene regulatory networks underlying neural development. In the context of regenerative medicine, these assays provide a means to generate neural-derived cell types in vitro that could be used in drug screening.

Stem cell-like Xenopus Embryonic Explants to Study Early Neural Developmental Features In Vitro and In Vivo

In Xenopus embryos, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent and can be programmed to generate various tissues. Here, we describe protocols to use amphibian blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development.

Celular-como Stem<em&gt; Xenopus</em&gt; Embrionarias explantes para Estudiar Características Temprana del Desarrollo Neural<em&gt; In Vitro</em&gt; Y<em&gt; En Vivo</em

Understanding the genetic programs underlying neural development is an important goal of developmental and stem cell biology. In the amphibian blastula, ...

Embryo Microinjection and Electroporation in the Chordate Ciona intestinalis

Simple model organisms are instrumental for in vivo studies of developmental and cellular differentiation processes. Currently, the evolutionary distance to man of conventional invertebrate model systems and the complexity of genomes in vertebrates are critical challenges to modeling human normal and pathological conditions. The chordate Ciona intestinalis is an invertebrate chordate that emerged from a common ancestor with the vertebrates and may represent features at the interface between invertebrates and vertebrates. A common body plan with much simpler cellular and genomic composition should unveil gene regulatory network (GRN) links and functional genomics readouts explaining phenomena in the vertebrate condition. The compact genome of Ciona, a fixed embryonic lineage with few divisions and large cells, combined with versatile community tools foster efficient gene functional analyses in this organism. Here, we present several crucial methods for this promising model organism, which belongs to the closest sister group to vertebrates. We present protocols for transient transgenesis by electroporation, along with microinjection-mediated gene knockdown, which together provide the means to study gene function and genomic regulatory elements. We extend our protocols to provide information on how community databases are utilized for in silico design of gene regulatory or gene functional experiments. An example study demonstrates how novel information can be gained on the interplay, and its quantification, of selected neural factors conserved between Ciona and man. Furthermore, we show examples of differential subcellular localization in embryonic cells, following DNA electroporation in Ciona zygotes. Finally, we discuss the potential of these protocols to be adapted for tissue specific gene interference with emerging gene editing methods. The in vivo approaches in Ciona overcome major shortcomings of classical model organisms in the quest of unraveling conserved mechanisms in the chordate developmental program, relevant to stem cell research, drug discovery, and subsequent clinical application.

Embryo Microinjection and Electroporation in the Chordate Ciona intestinalis

We present transient transgenesis and gene knockdown in Ciona intestinalis, a chordate sister group to vertebrates, using microinjection and electroporation techniques. Such methods facilitate functional genomics in this simple invertebrate that features rudimentary characteristics of vertebrates, including notochord and head sensory epithelia, and many orthologs of human disease associated genes.

La microinyección de embriones y la electroporación en el Chordate<em&gt; Ciona intestinalis</em

Simple model organisms are instrumental for in vivo studies of developmental and cellular differentiation processes. Currently, the evolutionary distance ...

Live Imaging of Cell Motility and Actin Cytoskeleton of Individual Neurons and Neural Crest Cells in Zebrafish Embryos

The zebrafish is an ideal model for imaging cell behaviors during development in vivo. Zebrafish embryos are externally fertilized and thus easily accessible at all stages of development. Moreover, their optical clarity allows high resolution imaging of cell and molecular dynamics in the natural environment of the intact embryo. We are using a live imaging approach to analyze cell behaviors during neural crest cell migration and the outgrowth and guidance of neuronal axons.
Live imaging is particularly useful for understanding mechanisms that regulate cell motility processes. To visualize details of cell motility, such as protrusive activity and molecular dynamics, it is advantageous to label individual cells. In zebrafish, plasmid DNA injection yields a transient mosaic expression pattern and offers distinct benefits over other cell labeling methods. For example, transgenic lines often label entire cell populations and thus may obscure visualization of the fine protrusions (or changes in molecular distribution) in a single cell. In addition, injection of DNA at the one-cell stage is less invasive and more precise than dye injections at later stages.
Here we describe a method for labeling individual developing neurons or neural crest cells and imaging their behavior in vivo. We inject plasmid DNA into 1-cell stage embryos, which results in mosaic transgene expression. The vectors contain cell-specific promoters that drive expression of a gene of interest in a subset of sensory neurons or neural crest cells. We provide examples of cells labeled with membrane targeted GFP or with a biosensor probe that allows visualization of F-actin in living cells1.
Erica Andersen, Namrata Asuri, and Matthew Clay contributed equally to this work.

This protocol describes imaging of individual neurons or neural crest cells in living zebrafish embryos. This method is used to examine cellular behaviors and actin localization using fluorescence confocal time-lapse microscopy.

Imágenes en directo de la motilidad celular y citoesqueleto de actina de las neuronas individuales y las células de la cresta neural en embriones de pez cebra

The zebrafish is an ideal model for imaging cell behaviors during development in vivo. Zebrafish embryos are externally fertilized and thus easily ...

Biología

Whole-Mount In Situ Hybridization in Zebrafish Embryos and Tube Formation Assay in iPSC-ECs to Study the Role of Endoglin in Vascular Development

Vascular development is determined by the sequential expression of specific genes, which can be studied by performing in situ hybridization assays in zebrafish during different developmental stages. To investigate the role of endoglin(eng) in vessel formation during the development of hereditary hemorrhagic telangiectasia&#160;(HHT), morpholino-mediated targeted knockdown of eng in zebrafish are used to study its temporal expression and associated functions. Here, whole-mount in situ RNA hybridization (WISH) is employed for the analysis of eng and its downstream genes in zebrafish embryos. Also, tube formation assays are performed in HHT patient-derived induced pluripotent stem cell-differentiated&#160;endothelial cells (iPSC-ECs; with eng mutations). A specific signal amplifying system using the whole amount In Situ Hybridization &#8211; WISH provides higher resolution and lower background results compared to traditional methods. To obtain a better signal, the post-fixation time is adjusted to 30 min after probe hybridization. Because fluorescence staining is not sensitive in zebrafish embryos, it is replaced with diaminobezidine (DAB) staining here. In this protocol, HHT&#160;patient-derived iPSC lines containing an eng mutation are differentiated into endothelial cells. After coating a plate with basement membrane matrix for 30 min at 37 &#176;C, iPSC-ECs are seeded as a monolayer into wells and kept at 37 &#176;C for 3 h. Then, the tube length and number of branches are calculated using microscopic images. Thus, with this improved WISH protocol, it is shown that reduced eng expression affects endothelial progenitor formation in zebrafish embryos. This is further confirmed by tube formation assays using iPSC-ECs derived from a patient with HHT. These assays confirm the role for eng in early vascular development.

Presented here is a protocol for whole-mount in situ RNA hybridization analysis in zebrafish and tube formation assay in patient-derived induced pluripotent stem cell-derived endothelial cells to study the role of endoglin in vascular formation.

Hibridación en situ de montaje completo en embriones de pez cebra y ensayo de formación de tubos en iPSC-CE para estudiar el papel de la endoglina en el desarrollo vascular

Vascular development is determined by the sequential expression of specific genes, which can be studied by performing in situ hybridization assays in ...

Microinjection of Medaka Embryos for use as a Model Genetic Organism

In this video, we demonstrate the technique of microinjection into one-cell stage medaka embryos. Medaka is a small egg-laying freshwater fish that allows both genetic and embryological analyses and is one of the vertebrate model organisms in which genome-wide phenotype-driven mutant screens were carried out 1, as in zebrafish and the mouse. Divergence of functional overlap of related genes between medaka and zebrafish allows identification of novel phenotypes that are unidentifiable in a single species 2, thus medaka and zebrafish are complementary for genetic dissection of vertebrate genome functions.
To take advantage of medaka fish whose embryos are transparent and develop externally, microinjection is an essential technique to inject cell-tracers for labeling cells, mRNAs or anti-sense oligonucleotides for over-expressing and knocking-down genes of interest, and DNAs for making transgenic lines.

Medaka and zebrafish are complementary for genetic dissection of vertebrate genome functions. This protocol highlights the key points for successful microinjection into medaka embryos, an important technique for embryological and genetic analysis using medaka and zebrafish in a laboratory.

Microinyección de embriones de medaka para su uso como un organismo modelo genético

In this video, we demonstrate the technique of microinjection into one-cell stage medaka embryos. Medaka is a small egg-laying freshwater fish that allows ...

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing (Frog) Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design efficient remedies for diseases. Technologies enabling accurate identification and quantification of diverse types and large numbers of proteins would provide still missing information on molecular mechanisms orchestrating tissue and organism development in space and time. Here, we present a mass spectrometry-based protocol that enables the measurement of thousands of proteins in identified cell lineages in Xenopus laevis (frog) embryos. The approach builds on reproducible cell-fate maps and established methods to identify, fluorescently label, track, and sample cells and their progeny (clones) from this model of vertebrate development. After collecting cellular contents using microsampling or isolating cells by dissection or fluorescence-activated cell sorting, proteins are extracted and processed for bottom-up proteomic analysis. Liquid chromatography and capillary electrophoresis are used to provide scalable separation for protein detection and quantification with high-resolution mass spectrometry (HRMS). Representative examples are provided for the proteomic characterization of neural-tissue fated cells. Cell-lineage-guided HRMS proteomics is adaptable to different tissues and organisms. It is sufficiently sensitive, specific, and quantitative to peer into the spatio-temporal dynamics of the proteome during vertebrate development.

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing Frog Embryo

Here we describe a mass spectrometry-based proteomic characterization of cell lineages with known tissue fates in the vertebrate Xenopus laevis embryo.

Proteómica de espectrometría de masas guiada por linaje celular en el embrión en desarrollo (rana)

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design ...

Química

Generation of Na&#239;ve Blastoderm Explants from Zebrafish Embryos

Due to their optical clarity and rapid development, zebrafish embryos are an excellent system for examining cell behaviors and developmental processes. However, because of the complexity and redundancy of embryonic signals, it can be challenging to discern the complete role of any single signal during early embryogenesis. By explanting the animal region of the zebrafish blastoderm, relatively na&#239;ve clusters of embryonic cells are generated that can be easily cultured and manipulated ex vivo. By introducing a gene of interest by RNA injection before explantation, one can assess the effect of this molecule on gene expression, cell behaviors, and other developmental processes in relative isolation. Furthermore, cells from embryos of different genotypes or conditions can be combined in a single chimeric explant to examine cell/tissue interactions and tissue-specific gene functions. This article provides instructions for generating zebrafish blastoderm explants and demonstrates that a single signaling molecule - a Nodal ligand - is sufficient to induce germ layer formation and extension morphogenesis in otherwise na&#239;ve embryonic tissues. Due to their ability to recapitulate embryonic cell behaviors, morphogen gradients, and gene expression patterns in a simplified ex vivo system, these explants are anticipated to be of great utility to many zebrafish researchers.

Zebrafish blastoderm explants are generated by isolating embryonic cells from endogenous signaling centers within the early embryo, producing relatively na&#239;ve cell clusters easily manipulated and cultured ex vivo. This article provides instructions for making such explants and demonstrates their utility by interrogating roles for Nodal signaling during gastrulation.

Generación de explantes de Blastoderm naïve a partir de embriones de pez cebra

Due to their optical clarity and rapid development, zebrafish embryos are an excellent system for examining cell behaviors and developmental processes. ...

Assessing Signaling Properties of Ectodermal Epithelia During Craniofacial Development

The accessibility of avian embryos has helped experimental embryologists understand the fates of cells during development and the role of tissue interactions that regulate patterning and morphogenesis of vertebrates (e.g., 1, 2, 3, 4). Here, we illustrate a method that exploits this accessibility to test the signaling and patterning properties of ectodermal tissues during facial development. In these experiments, we create quail-chick 5 or mouse-chick 6 chimeras by transplanting the surface cephalic ectoderm that covers the upper jaw from quail or mouse onto either the same region or an ectopic region of chick embryos. The use of quail as donor tissue for transplantation into chicks was developed to take advantage of a nucleolar marker present in quail but not chick cells, thus allowing investigators to distinguish host and donor tissues 7. Similarly, a repetitive element is present in the mouse genome and is expressed ubiquitously, which allows us to distinguish host and donor tissues in mouse-chick chimeras 8. The use of mouse ectoderm as donor tissue will greatly extend our understanding of these tissue interactions, because this will allow us to test the signaling properties of ectoderm derived from various mutant embryos.

This article describes a tissue transplantation technique that was designed to test the signaling and patterning properties of surface cephalic ectoderm during craniofacial development.

La evaluación de las propiedades de señalización de ectodérmica epitelio durante el desarrollo craneofacial

The accessibility of avian embryos has helped experimental embryologists understand the fates of cells during development and the role of tissue ...

High Throughput Microinjections of Sea Urchin Zygotes

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of treatment solution is loaded into a microinjection needle that is used to physically inject individual immobilized cells or embryos. Despite the need for initial training to perform this procedure for high-throughput delivery, microinjection offers maximum efficiency and reproducible delivery of a wide variety of treatment solutions (including complex mixtures of samples) into cells, eggs or embryos. Applications to microinjections include delivery of DNA constructs, mRNAs, recombinant proteins, gain of function, and loss of function reagents. Fluorescent or colorimetric dye is added to the injected solution to enable instant visualization of efficient delivery as well as a tool for reliable normalization of the amount of the delivered solution. The described method enables microinjection of 100-400 sea urchin zygotes within 10-15 min.

Microinjection is a common technique used to deliver DNA constructs, mRNAs, morpholino antisense oligonucleotides or other treatments into eggs, embryos, and cells of various species.

High Throughput microinyecciones de Sea Urchin cigotos

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of ...

El poder de la simplicidad: Erizo de mar como embriones

Resumen

Explorar más videos

Capítulos en este video