פרדיגמה נזק קלה לשימוש ברומן רשתית מחקרי התחדשות בדג הזברה למבוגר
Summary
פרוטוקולי נזק קלים מרובים כבר תאר לקולטני אור וכתוצאה מכך לנזק לגרום תגובת התחדשות רשתית בדג זברה מבוגר. פרוטוקול זה מתאר שיטה משופרת, שניתן להשתמש בבעלי החיים פיגמנט ושפוגע ברוב המכריע של מוט וקולטני אור חרוט על פני כל הרשתית.
Abstract
ניוון רשתית הנגרמת אור (LIRD) משמש בדרך כלל בשני מכרסמים ודג זברה לניזק מוט וקולטניים אור חרוט. בדג זברה מבוגר, ניוון photoreceptor מפעיל תאי גלייה מולר להזין מחדש את מחזור התא ולייצר אבות חולפים-הגברה. אבות אלה ממשיכים להתרבות כפי שהם נודדים לאזור הפגוע, שבו הם בסופו להצמיח קולטניים אור חדש. נכון לעכשיו, ישנן שתי פרדיגמות LIRD-בשימוש נרחב, כל אחד מהם התוצאות בדרגות שונות של אובדן photoreceptor והבדלים מקבילים בתגובת ההתחדשות. ככלים יותר גנטיים ותרופתיים זמינים כדי לבדוק את תפקידם של גנים בודדים של ריבית במהלך רגנרציה, יש צורך בפיתוח פרדיגמה LIRD חזקה. כאן אנו מתארים פרוטוקול LIRD שגורם לאובדן נרחב ועקבי של שני קולטניים אור מוט וחרוט שביש לנו שילוב השימוש בשתי טכניקות LIRD הוקמו בעבר. יתר על כן, פרוטוקול זה יכול להיות מורחב לשימוש בבעלי החיים פיגמנט, אשר מבטל את הצורך בשמירה על קווים מהונדסים של עניין על רקע בקן ללימודי LIRD.
Introduction
ניוון רשתית הנגרמת אור (LIRD) משמש בדרך כלל בשני מכרסמים ודג זברה לניזק מוט וקולטניים אור חרוט. בדג זברה מבוגר, ניוון photoreceptor מפעיל תאי גלייה מולר להזין מחדש את מחזור התא ולייצר אבות חולפים-הגברה. אבות אלה ממשיכים להתרבות כפי שהם נודדים לאזור הפגוע, שבו הם בסופו להצמיח קולטניים אור חדש. נכון לעכשיו, ישנן שתי פרדיגמות LIRD-בשימוש נרחב, כל אחד מהם התוצאות בדרגות שונות של אובדן photoreceptor והבדלים מקבילים בתגובת ההתחדשות. ככלים יותר גנטיים ותרופתיים זמינים כדי לבדוק את תפקידם של גנים בודדים של ריבית במהלך רגנרציה, יש צורך בפיתוח פרדיגמה LIRD חזקה. כאן אנו מתארים פרוטוקול LIRD שגורם לאובדן נרחב ועקבי של שני קולטניים אור מוט וחרוט שביש לנו שילוב השימוש בשתי טכניקות LIRD הוקמו בעבר. יתר על כן, פרוטוקול זה יכול להיות מורחב לשימוש בבעלי החיים פיגמנט, אשר מבטל את הצורך בשמירה על קווים מהונדסים של עניין על רקע בקן ללימודי LIRD.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנו מראים כי שילוב של חשיפה לקרינת UV קצרה עם תוצאות חשיפה לאור בהירות מתמשכות באובדן photoreceptor נרחב ותגובת התחדשות חזקה. בהשוואה לשיטות LIRD הבודדות, בשילוב שיטה זו גם בפרוטוקול היעיל ביותר לפגוע בשתי מוטות קונוסים בשני החצאים של הרשתית. חשוב מכך, טיפול זה הוא יעיל בב?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לXixia ואו לגידול דגים מעולים ותמיכה טכנית. עבודה זו מומנה על ידי המכונים הלאומי לבריאות מענקי R21EY019401 (RT) וP30EY04068 (RT), והזנק כספים לRT, כולל מענק בלתי מוגבל של מחקר כדי למנוע עיוורון לאוניברסיטה ויין סטייט, מחלקת העיניים. JT נתמכה על ידי תומס ג ראמבל מסופקת על ידי בית הספר למוסמכים ויין סטייט מלגה.
Materials
| UV light source | Leica | EL600 |
| Glass Petri dish (150 x 20 mm) | Sigma-Aldrich/Pyrex | CLS3160152BO |
| 250 ml glass beaker | Sigma-Aldrich/Pyrex | CLS1000250 |
| 4 L glass beaker | Sigma-Aldrich/Pyrex | CLS10004L |
| Aluminum foil | Fisher | 01-213-105 |
| 250 W halogen lamps | Workforce | 265-669 |
| 1.8 L clear acrylic tanks | Aquaneering | ZT180T |
| 1.8 L clear acrylic tank lids | Aquaneering | ZT180LCL |
| Fan | Honeywell | HT-900 |
| Aerator | Tetra | 77853-900 |
| Thermometer | Cole-Parmer | YO-08008-58 |
| Bent forceps (5/45) | World Precision Instruments | 504155 |
References
- Bernardos, R. L., Barthel, L. K., Meyers, J. R., Raymond, P. A. Late-stage neuronal progenitors in the retina are radial Muller glia that function as retinal stem cells. J. Neurosci. 27, 7028-7040 (2007).
- Fausett, B. V., Goldman, D. A role for alpha1 tubulin-expressing Muller glia in regeneration of the injured zebrafish retina. J. Neurosci. 26, 6303-6313 (2006).
- Fimbel, S. M., Montgomery, J. E., Burket, C. T., Hyde, D. R. Regeneration of inner retinal neurons after intravitreal injection of ouabain in zebrafish. J. Neurosci. 27, 1712-1724 (2007).
- Sherpa, T., et al. Ganglion cell regeneration following whole-retina destruction in zebrafish. Dev. Neurobiol. 68, 166-181 (2008).
- Thummel, R., et al. Pax6a and Pax6b are required at different points in neuronal progenitor cell proliferation during zebrafish photoreceptor regeneration. Exp. Eye Res. 90, 572-582 (2010).
- Vihtelic, T. S., Hyde, D. R. Light-induced rod and cone cell death and regeneration in the adult albino zebrafish (Danio rerio) retina. J. Neurobiol. 44, 289-307 (2000).
- Vihtelic, T. S., Soverly, J. E., Kassen, S. C., Hyde, D. R. Retinal regional differences in photoreceptor cell death and regeneration in light-lesioned albino zebrafish. Exp. Eye Res. 82, 558-575 (2006).
- Yurco, P., Cameron, D. A. Responses of Muller glia to retinal injury in adult zebrafish. Vision Res. 45, 991-1002 (2005).
- Kassen, S. C., et al. Time course analysis of gene expression during light-induced photoreceptor cell death and regeneration in albino zebrafish. Dev. Neurobiol. 67, 1009-1031 (2007).
- Raymond, P. A., Barthel, L. K., Bernardos, R. L., Perkowski, J. J. Molecular characterization of retinal stem cells and their niches in adult zebrafish. BMC Dev. Biol. 6, 36 (2006).
- Thummel, R., et al. Characterization of Muller glia and neuronal progenitors during adult zebrafish retinal regeneration. Exp. Eye Res. 87, 433-444 (2008).
- Thummel, R., Kassen, S. C., Montgomery, J. E., Enright, J. M., Hyde, D. R. Inhibition of Muller glial cell division blocks regeneration of the light-damaged zebrafish retina. Dev. Neurobiol. 68, 392-408 (2008).
- Montgomery, J. E., Parsons, M. J., Hyde, D. R. A novel model of retinal ablation demonstrates that the extent of rod cell death regulates the origin of the regenerated zebrafish rod photoreceptors. J. Comp. Neurol. 518, 800-814 (2010).
- Morris, A. C., Scholz, T. L., Brockerhoff, S. E., Fadool, J. M. Genetic dissection reveals two separate pathways for rod and cone regeneration in the teleost retina. Dev. Neurobiol. 68, 605-619 (2008).
- Bignami, A., Dahl, D. The radial glia of Muller in the rat retina and their response to injury. An immunofluorescence study with antibodies to the glial fibrillary acidic (GFA) protein. Exp. Eye Res. 28, 63-69 (1979).
- Bringmann, A., et al. Muller cells in the healthy and diseased retina. Prog. Retin. Eye Res. 25, 397-424 (2006).
- Bringmann, A., Wiedemann, P. Muller glial cells in retinal disease. Ophthalmologica. 227, 1-19 (2012).
- Eisenfeld, A. J., Bunt-Milam, A. H., Sarthy, P. V. Muller cell expression of glial fibrillary acidic protein after genetic and experimental photoreceptor degeneration in the rat retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 25, 1321-1328 (1984).
- Anderson, D. H., Guerin, C. J., Erickson, P. A., Stern, W. H., Fisher, S. K. Morphological recovery in the reattached retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 168-183 (1986).
- Bruce, A. E., Oates, A. C., Prince, V. E., Ho, R. K. Additional hox clusters in the zebrafish: divergent expression patterns belie equivalent activities of duplicate hoxB5 genes. Evol. Dev. 3, 127-144 (2001).
- Fawcett, J. W., Asher, R. A. The glial scar and central nervous system repair. Brain Res. Bull. 49, 377-391 (1999).
- Lewis, G. P., Fisher, S. K. Muller cell outgrowth after retinal detachment: association with cone photoreceptors. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 41, 1542-1545 (2000).
- Fischer, A. J., Bongini, R. Turning Muller glia into neural progenitors in the retina. Mol. Neurobiol. 42, 199-209 (2010).
- Karl, M. O., Reh, T. A. Regenerative medicine for retinal diseases: activating endogenous repair mechanisms. Trends Mol. Med. 16, 193-202 (2010).
- Close, J. L., Liu, J., Gumuscu, B., Reh, T. A. Epidermal growth factor receptor expression regulates proliferation in the postnatal rat retina. Glia. 54, 94-104 (2006).
- Das, A. V., et al. Neural stem cell properties of Muller glia in the mammalian retina: regulation by Notch and Wnt signaling. Dev. Biol. 299, 283-302 (2006).
- Ikeda, T., Puro, D. G. Regulation of retinal glial cell proliferation by antiproliferative molecules. Exp. Eye Res. 60, 435-443 (1995).
- Liu, B., et al. Wnt signaling promotes muller cell proliferation and survival after injury. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54, 444-453 (2013).
- Osakada, F., et al. Wnt signaling promotes regeneration in the retina of adult mammals. J. Neurosci. 27, 4210-4219 (2007).
- Wan, J., et al. Preferential regeneration of photoreceptor from Muller glia after retinal degeneration in adult rat. Vision Res. 48, 223-234 (2008).
- Wan, J., Zheng, H., Xiao, H. L., She, Z. J., Zhou, G. M. Sonic hedgehog promotes stem-cell potential of Muller glia in the mammalian retina. Biochem. Biophys. Res. Commun. 363, 347-354 (2007).
- Roesch, K., et al. The transcriptome of retinal Muller glial cells. J. Comp. Neurol. 509, 225-238 (1002).
- Chang, G. Q., Hao, Y., Wong, F. Apoptosis: final common pathway of photoreceptor death in rd, rds, and rhodopsin mutant mice. Neuron. 11, 595-605 (1993).
- Marc, R. E., et al. Extreme retinal remodeling triggered by light damage: implications for age related macular degeneration. Mol. Vis. 14, 782-806 (2008).
- Portera-Cailliau, C., Sung, C. H., Nathans, J., Adler, R. Apoptotic photoreceptor cell death in mouse models of retinitis pigmentosa. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 974-978 (1994).
- Noell, W. K., Walker, V. S., Kang, B. S., Berman, S. Retinal damage by light in rats. Invest. Ophthalmol. 5, 450-473 (1966).
- Wenzel, A., Grimm, C., Samardzija, M., Reme, C. E. Molecular mechanisms of light-induced photoreceptor apoptosis and neuroprotection for retinal degeneration. Prog. Retin. Eye Res. 24, 275-306 (2005).
- Cicerone, C. M. Cones survive rods in the light-damaged eye of the albino rat. Science. 194, 1183-1185 (1976).
- La Vail, M. M. Survival of some photoreceptor cells in albino rats following long-term exposure to continuous light. Invest. Ophthalmol. 15, 64-70 (1976).
- Thomas, J. L., Nelson, C. M., Luo, X., Hyde, D. R., Thummel, R. Characterization of multiple light damage paradigms reveals regional differences in photoreceptor loss. Exp. Eye Res. 97, 105-116 (2012).
- Qin, Z., et al. FGF signaling regulates rod photoreceptor cell maintenance and regeneration in zebrafish. Exp. Eye Res. 93, 726-734 (2011).
- Craig, S. E., et al. The zebrafish galectin Drgal1-l2 is expressed by proliferating Muller glia and photoreceptor progenitors and regulates the regeneration of rod photoreceptors. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 51, 3244-3252 (2010).
- Morris, A. C., Schroeter, E. H., Bilotta, J., Wong, R. O., Fadool, J. M. Cone survival despite rod degeneration in XOPS-mCFP transgenic zebrafish. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 4762-4771 (2005).
- Nelson, C. M., Hyde, D. R. Muller glia as a source of neuronal progenitor cells to regenerate the damaged zebrafish retina. Adv. Exp. Med. Biol. 723, 425-430 (2012).
- Powell, C., Elsaeidi, F., Goldman, D. Injury-dependent Muller glia and ganglion cell reprogramming during tissue regeneration requires Apobec2a and Apobec2b. J. Neurosci. 32, 1096-1109 (2012).
- Ramachandran, R., Reifler, A., Wan, J., Goldman, D. Application of Cre-loxP recombination for lineage tracing of adult zebrafish retinal stem cells. Methods Mol. Biol. 884, 129-140 (2012).
- Ramachandran, R., Zhao, X. F., Goldman, D. Ascl1a/Dkk/beta-catenin signaling pathway is necessary and glycogen synthase kinase-3beta inhibition is sufficient for zebrafish retina regeneration. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 15858-15863 (2011).
- Ramachandran, R., Zhao, X. F., Goldman, D. Insm1a-mediated gene repression is essential for the formation and differentiation of Muller glia-derived progenitors in the injured retina. Nat. Cell Biol. 14, 1013-1023 (2012).
- Wan, J., Ramachandran, R., Goldman, D. HB-EGF is necessary and sufficient for Muller glia dedifferentiation and retina regeneration. Dev. Cell. 22, 334-347 (2012).
- Morris, A. C., Forbes-Osborne, M. A., Pillai, L. S., Fadool, J. M. Microarray analysis of XOPS-mCFP zebrafish retina identifies genes associated with rod photoreceptor degeneration and regeneration. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52, 2255-2266 (2011).
- Thummel, R., Bailey, T. J., Hyde, D. R. In vivo electroporation of morpholinos into the adult zebrafish retina. J. Vis. Exp. (58), e3603 (2011).
