成人 アフリカツメガ エル心臓の頂端切除モデル
Summary
アフリカツメガ エルは、その臓器の多くが驚くべき再生能力を持っているため、再生研究の理想的なモデルです。ここでは、X . tropicalis における心損傷モデルを頂点切除により構築する方法を提示する。
Abstract
成体哺乳類では、心臓が再生能力を失い、心不全が世界の主要な死因の1つになっていることが知られています。これまでの研究では、二倍体ゲノムと哺乳類との密接な進化関係を持つ無尾類両生類である成体 アフリカツメガエルの心臓の再生能力が実証されています。さらに、研究によると、心室頂点切除後、 心臓はX.トロピカリスで瘢痕化することなく再生できることが示されています。したがって、これらの以前の結果は、 X. tropicalis が成人の心臓再生の研究に適した代替脊椎動物モデルであることを示唆しています。成人 X.トロピカリス における心臓再生の手術モデルを本明細書に提示する。簡単に言えば、カエルは麻酔をかけられて固定されました。次に、虹彩切除術のハサミで小さな切開を行い、皮膚と心膜を貫通しました。心室に穏やかな圧力をかけ、心室の頂点をハサミで切り取りました。心臓損傷および再生は、切除後7〜30日(dpr)に組織学によって確認されました。このプロトコルは、成人の X. tropicalis の頂端切除モデルを確立し、成人の心臓再生のメカニズムを解明するために使用できます。
Introduction
心不全は、近年、世界中の主要な死亡原因となっています。2000年以降、心不全による死亡者数は時間とともに増加しています。2019年には900万人以上が心筋症で死亡し、これは世界の総死亡率の16%を占めました1。成体哺乳類では心臓の再生能力が失われるため、場合によっては、心臓の収縮機能を維持するのに十分な心筋細胞がなく、心臓機能に影響を及ぼし、異常な心室リモデリングおよび心不全の一因となります2,3,4。実際、哺乳類では、心臓は肝臓、肺、腸、膀胱、骨、皮膚などの他の臓器と比較して再生能力が最も低いです。世界人口の高齢化が世界的なメガトレンドになるにつれて、私たちが心臓病で直面する課題は激化するでしょう5。
心臓再生のメカニズムを解明することは、虚血性心疾患の治療に大きな意味を持つ可能性があります。報告によると、新生児マウスの心臓は、頂点切除6後に再生能力を有することが明らかになりました。それにもかかわらず、この再生能力は7歳の7日後に失われます。研究によると、成体の哺乳類の心臓は、心筋細胞の増殖能力が低下しているため、再生できません8,9。しかし、下等脊椎動物の心臓は、損傷後の強力な再生能力を持っています。例えば、ゼブラフィッシュ10、X. tropicalis11、アフリカツメガエル12、イモリ13、およびアホロートル14は、頂点切除後に完全に再生することができます。さらに、イモリの手足や熱帯のツメガエルの尾、レンズ、腕など、一部の下等脊椎動物の体の他の部分も完全に再生する可能性があります4,15,16。
心損傷モデルの確立は、心臓再生のメカニズムを解明するための第一歩であり、再生研究において大きな意義があります。研究者は、刺し傷、挫傷、遺伝子アブレーション、凍結損傷、梗塞など、心臓損傷モデルを構築するためのさまざまな方法を開発しました5,6。
凍結損傷、心筋梗塞(MI)、および心尖切除は、心臓損傷の誘発に広く使用されており、損傷の種類は、心筋細胞の次の再生に大きな影響を与える可能性があります6。外科的技術に応じて、再生に対する心臓の反応は異なる場合があります。凍結損傷は大量の細胞死を引き起こし、ゼブラフィッシュの心臓に線維性瘢痕を生成し17、哺乳類の梗塞に似たモデルを作成します。根尖切除は、ゼブラフィッシュ10 と X.トロピカリス11で行われてきた心室組織の一部を永久的な瘢痕を引き起こさずに切除することによって行われます。本研究では、凍結損傷よりも手術が簡単で必要な手術器具が少ない根尖切除術を実施しました。系統追跡解析を用いて、心臓再生がマウス6 とゼブラフィッシュ18の心臓にすでに存在する心筋細胞の増殖に関連していることが以前の研究で示されましたが、両生類についての報告はありません。したがって、 X. tropicalis の頂点切除モデルは、再生応答の根底にあるメカニズムを解明する上で重要な役割を果たしています。
Protocol
Representative Results
Discussion
心臓の頂点の外科的切断を伴う頂端切除術は、ゼブラフィッシュおよびマウスに記載されている6,18;ただし、これはX.トロピカリスには記載されていません。この報告は、心臓損傷の信頼できるモデルを説明し、成人の心臓が瘢痕化することなく根尖切除後に完全に再生できることを示しています。ただし、いくつかの欠点を改善する?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国家重点研究開発プログラム(2016YFE0204700)、中国国家自然科学基金会(82070257、81770240)、および中国の済南大学教育部再生医療重点研究所の研究助成金(ZSYXM202004およびZSYXM202104)からの助成金によって支援されました。
Materials
| Acetic acid | GHTECH | 64-19-7-500ml | |
| Acid Alcohol Fast Differentiation Solution | Beyotime | C0163M | |
| Acid Fuchsin | aladdin | A104916 | |
| Alcohol Soluble Eosin Y Stainin Solution | Servicebio | G1001-500ML | |
| BioReagent | Beyotime | ST2600-100g | |
| Ethanol absolute | Guangzhou Chemical Reagent Factory | HB15-GR-0.5L | |
| Hematoxylin Stain Solution | Servicebio | G1004-500ML | |
| Neutral balsam | Solarbio | G8590 | |
| Operating Scissors | Prosperich | HC-JZ-YK-Z-10cm | |
| Paraffins | Leica | 39601095 | |
| Para-formaldehyde Fixative | Servicebio | G1101-500ML | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) powder | Servicebio | G0002-2L | |
| Phosphomolybdic acid hydrate | Macklin | P815551 | |
| Stereo microscope | Leica | ||
| surgical forceps | ChangZhou | zfq-11-btjw | |
| Surgical Suture | HUAYON | 18-5140 | |
| Tricaine | Macklin | ||
| Xylene | Guangzhou Chemical Reagent Factory | IC02-AR-0.5L |
Referencias
- Thiara, B. Cardiovascular disease. Nursing Standard. 29 (33), 60 (2015).
- van Amerongen, M. J., Engel, F. B. Features of cardiomyocyte proliferation and its potential for cardiac regeneration. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 12 (6), 2233-2244 (2008).
- Burke, A. P., Virmani, R. Pathophysiology of acute myocardial infarction. Medical Clinics of North America. 91 (4), 553-572 (2007).
- Sessions, S. K., Bryant, S. V. Evidence that regenerative ability is an intrinsic property of limb cells in Xenopus. Journal of Experimental Zoology. 247 (1), 39-44 (1988).
- Laflamme, M. A. Heart regeneration. Nature. 473 (7347), 326-335 (2011).
- Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nature Protocols. 9 (2), 305-311 (2014).
- Tzahor, E., Poss, K. D. Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 356 (6342), 1035-1039 (2017).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331 (6020), 1078-1080 (2011).
- Porrello, E. R., et al. Regulation of neonatal and adult mammalian heart regeneration by the miR-15 family. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (1), 187-192 (2013).
- Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).
- Liao, S., et al. Heart regeneration in adult Xenopus tropicalis after apical resection. Cell & Bioscience. 7, 70 (2017).
- Marshall, L. N., et al. Stage-dependent cardiac regeneration in Xenopus is regulated by thyroid hormone availability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (9), 3614-3623 (2019).
- Witman, N., Murtuza, B., Davis, B., Arner, A., Morrison, J. I. Recapitulation of developmental cardiogenesis governs the morphological and functional regeneration of adult newt hearts following injury. Biología del desarrollo. 354 (1), 67-76 (2011).
- Cano-Martinez, A., et al. Functional and structural regeneration in the axolotl heart (Ambystoma mexicanum) after partial ventricular amputation. Archivos de Cardiología de México. 80 (2), 79-86 (2010).
- Kragl, M., et al. Cells keep a memory of their tissue origin during axolotl limb regeneration. Nature. 460 (7251), 60-65 (2009).
- Oberpriller, J. O., Oberpriller, J. C. Response of the adult newt ventricle to injury. Journal of Experimental Zoology. 187 (2), 249-253 (1974).
- Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138 (9), 1663-1674 (2011).
- Ellman, D. G., et al. Apex resection in zebrafish (Danio rerio) as a model of heart regeneration: A video-assisted guide. International Journal of Molecular Sciences. 22 (11), 5865 (2021).
- Lee-Liu, D., et al. Genome-wide expression profile of the response to spinal cord injury in Xenopus laevis reveals extensive differences between regenerative and non-regenerative stages. Neural Development. 9, 12 (2014).
- Wu, H. Y., et al. Fosl1 is vital to heart regeneration upon apex resection in adult Xenopus tropicalis. npj Regenerative Medicine. 6 (1), 36 (2021).
- Chablais, F., Jazwinska, A. Induction of myocardial infarction in adult zebrafish using cryoinjury. Journal of Visualized Experiments. (62), e3666 (2012).
