Technik auf Zielmikroinjektions an die Entwicklungs<em> Xenopus</em> Kidney

Summary

Here, we present a protocol to use fate maps and lineage tracers to target injections into individual blastomeres that give rise to the kidney of Xenopus laevis embryos.

Abstract

Die embryonale Niere von Xenopus laevis (Frosch), die pronephros, besteht aus einem einzigen Nephron, und kann als ein Modell für eine Nierenerkrankung verwendet werden. Xenopus – Embryonen sind groß, entwickeln außen und leicht durch Mikroinjektion oder chirurgische Verfahren manipuliert werden können. Darüber hinaus wurden für die frühen Xenopus – Embryonen Schicksal Karten hergestellt. Gezielte Mikroinjektion in den einzelnen Blastomeren, die Anlass schließlich zu einem Organ oder Gewebe von Interesse geben kann selektiv verwendet werden, um überexprimiert oder knock down Genexpression in diesem begrenzten Bereich, sinkende Nebenwirkungen in den Rest des sich entwickelnden Embryos. In diesem Protokoll beschreiben wir , wie etabliert Xenopus Schicksal Karten verwenden , um die Entwicklung von Xenopus Niere (die pronephros), durch Mikroinjektion in spezifischen Blastomere von 4- und 8-Zellembryos zu zielen. Die Injektion von Lineage Tracer ermöglicht die Verifizierung der spezifischen Ausrichtung der Injektion.Nach Embryonen entwickelt haben, 38 auf die Bühne – 40, ganz-mount Immunfärbung verwendet pronephric Entwicklung sichtbar zu machen, und der Beitrag von Zellen gezielt zu den pronephros beurteilt werden kann. Die gleiche Technik kann andere Gewebetypen angepasst werden, um den pronephros zusätzlich zu zielen.

Introduction

Die Xenopus embryonale Niere, die pronephros, ist ein gutes Modell der Nierenentwicklung und Krankheit zu studieren. Die Embryonen entwickeln extern, sind groß, in großen Stückzahlen hergestellt werden und werden durch Mikroinjektion oder chirurgische Eingriffe leicht manipulierbar. Darüber hinaus werden die Gene regeln Nierenentwicklung in Säugetieren und Amphibien konserviert. Mammalian Nieren Fortschritte durch drei Phasen: die pronephros, Mesonephros und metanephros ^1, während der embryonalen Amphibien haben ein pronephros und erwachsene Amphibien haben ein metanephros. Die grundlegende Filtereinheit dieser Nierenformen ist das Nephron, und beide Säugetiere und Amphibien benötigen , um die gleiche Signalkaskaden und induktive Ereignisse ³ Nephrogenese ^2, zu unterziehen. Die Xenopus pronephros einen einzigen nephron enthält proximaler zusammengesetzt, Zwischen-, distalen und Anschluss Tubuli, und eine Glomus (analog dem Säuger Glomerulus) ^{1, 4-6} (1 </strOng>). Die einzelne, große Nephron in den Xenopus pronephros macht es geeignet als einfaches Modell für die Untersuchung von Genen in Nierenentwicklung und Krankheitsprozessen beteiligt.

Zellschicksal Karten wurden für frühen Xenopus – Embryonen hergestellt und sind frei im Internet unter Xenbase ^7-11 zur Verfügung. Hier beschreiben wir ein Verfahren zur Mikroinjektion von Lineage Tracern , die Entwicklungs Xenopus pronephros zu zielen, wobei die gleiche Technik angepasst werden kann , andere Gewebe zu zielen, wie das Herz oder die Augen. Lineage Tracern sind Etiketten (einschließlich Vitalfarbstoffen, fluoreszierend markierte Dextrane, histochemisch nachweisbare Enzyme und mRNA kodiert, fluoreszierende Proteine), die in einem frühen Blastomere injiziert werden kann, so dass die Visualisierung der Nachkommen dieser Zelle während der Entwicklung. Dieses Protokoll nutzt MEM-RFP – mRNA, die Codierung Membran rot fluoreszierendes Protein ¹² als Linie Tracer gezielt. Die gezielte Mikroinjektions techniken für einzelne Blastomeren in 4- und 8-Zellen-Embryonen hier beschriebene zur Injektion mit Morpholinos genutzt werden, um knock down Genexpression oder mit exogenen RNA ein Gen von Interesse überexprimiert. Durch die Injektion in die Bauch, pflanzliche Blastomere, in erster Linie die pronephros des Embryos wird gezielt werden, die kontralateralen pronephros als Entwicklungskontrolle verlassen. Co-Einspritzen eines Tracers verifiziert, dass der korrekte Blastomere injiziert wurde, und zeigt, welche in der Embryogeweben ergaben sich aus dem injizierten Blastomere, Verifizieren der pronephros Targeting. Immunostaining der pronephros ermöglicht die Visualisierung, wie gut die pronephric Tubuli gezielt wurden. Überexpression und Zuschlags Effekte können dann auf die Gegenseite des Embryos erzielt werden, die als Entwicklungskontrolle dient und verwendet werden kann , die pronephric Index ¹³ zu berechnen. Die Verfügbarkeit von Zellschicksal Karten ermöglicht diese gezielte Mikroinjektionstechnik verwendet werden, an Zielgewebe other als die pronephros und Co-Injektion eines fluoreszierenden Indikators erlaubt die gezielte Mikroinjektions zu jedem Gewebe vor der Analyse überprüft werden.

Während der Embryomikroinjektions sollte Entwicklungstemperatur fest geregelt werden, da die Rate der Xenopus Entwicklung auf sie stark abhängig ist ^14. (- 16 ° C 14) 4- und 8-Zellinjektionen, da die Entwicklungszeit verlangsamt Embryonen bei kühleren Temperaturen inkubiert werden. Bei 22 ° C, die Entwicklungszeit von Stufe 1 (1 Zelle) auf Stufe 3 (4 Zellen) beträgt etwa 2 Stunden, während bei 16 ° C Entwicklungszeit zu Stufe 3 ca. 4 Stunden. Es dauert etwa 15 Minuten von einem 4-Zellen-Embryo zu einem 8-Zellen (Stufe 4) Embryo bei 22 ° C zu gehen, aber dauert etwa 30 Minuten bei 16 ° C. In ähnlicher Weise bei 22 ° C, dauert es nur 30 Minuten für eine 8-Zell-Embryo zu einem 16-Zellen-Embryo (Stufe 5) fortzuschreiten. Diese Zeit wird bei 16 ° C auf 45 Minuten erhöht. Dasrefore, ist es nützlich, um die Entwicklungsrate der Embryonen zu verlangsamen, an der 8-Zellen-Stadium für Injektionszwecke ausreichend Zeit zu ermöglichen, bevor die Embryonen auf die Bühne 16-Zelle fortzuschreiten. Außerdem können Wachstumstemperaturen moduliert werden embryonale Entwicklung zu beschleunigen oder zu verlangsamen, bis die Niere vollständig entwickelt hat.

Die Epidermis der Kaulquappe stufigen Xenopus – Embryonen ist relativ transparent, erlaubt eine einfache Abbildung der Entwicklung pronephros ohne Dissektion oder Lichtung des Gewebes ^15. Aufgrund der relativen Transparenz von Xenopus – Embryonen ist die Abbildung lebender Zellen auch denkbar , ^16,17. Whole-mount die pronephros zu visualisieren immunostaining ist möglich , mit etablierten Antikörper, die die proximalen, mittleren distalen und Verbindungs ​​Tubuli der Stufe 38 beschriften – 40 Embryonen , die für die Beurteilung der pronephric Entwicklung ermöglichen nach Manipulation der Genexpression gezielt in Xenopus – Embryonen ^18-20.

Protocol

(: HSC-AWC-13-135-Protokoll #) Das folgende Protokoll wurde von der University of Texas Health Science Center in Houston Center for Laboratory Animal Medicine Animal Welfare Committee, das dient als Institutional Care und Verwenden Committee genehmigt. 1. Identifizierung und Auswahl von Blastomeren für Injektionszwecke Nieren-bezogenen Vor der Embryonen zu erzeugen, verwenden Sie die normale Tabelle der Xenopus – Entwicklung 21 , um die Ausrichtung der ersten Zellteilungen im Embr…

Representative Results

Mikroinjektionen von 4- und 8-Zell Xenopus – Embryonen mit MEM-RFP mRNA zeigen verschiedene Ebenen zu den pronephros Targeting. 4 zeigt Stufe 40 Embryonen mit korrektem MEM-RFP mRNA Expressionsmuster. Embryos wurden in der linken ventral Blastomere (4A), und sortiert die richtige Expressionsmuster von MEM-RFP mRNA injiziert. Zusätzlich MEM-RFP im proximalen zum Ausdruck zu bringen, Zwischen- und distalen Tubuli der Niere, richtig injizierten Em…

Discussion

Targeting die pronephros der Entwicklung von Xenopus – Embryonen stützt sich auf die Identifizierung und die richtige Blastomere zu injizieren. Die Injektion des V2 Blastomere von 8-Zellen – Embryonen zielt auf die linke pronephros ^18. Dies lässt die Gegenseite rechts pronephros als interne Kontrolle. Wenn Morpholino Knockdown oder RNA-Überexpression wird verwendet, Nierenentwicklung zu verändern, können die Gegenseite rechts pronephros verwendet werden, um die Auswirkungen von Knock-Down oder ?…

Materials

Sodium chloride	Fisher	S271-3
Potassium chloride	Fisher	P217-500
Magnesium sulfate	Fisher	M63-500
Calcium chloride	Fisher	C79-500
HEPES	Fisher	BP310-500
EDTA	Fisher	S311-500
Gentamycin solution, 50 mg/mL	Amresco	E737-20ML
L-Cysteine, 99%+	Acros Organics	52-90-4
Ficoll	Fisher	BP525-100
100 mm x 15 mm Petri dish	Fisher	FB0875712
Mini Fridge II	Boekel	260009	Benchtop incubator for embryos.
Gap43-RFP plasmid			For making tracer RNA. Ref: Davidson et al., 2006.
Rhodamine dextran, 10,000 M.W.	Invitrogen	D1817	Tracer.
Molecular biology grade, USP sterile purified water	Corning	46-000-CI
7" Drummond replacement tubes	Drummond	3-000-203-G/XL	Microinjection needles.
Needle puller	Sutter Instruments	P-30
Fine forceps	Dumont	11252-30	For breaking microinjection needle tip.
Nanoject II	Drummond	3-000-204	Microinjector.
Mineral oil, heavy	Fisher	CAS 8042-47-5	Oil for needles.
27G monoject hypodermic needle	Covidien	8881200508	For loading mineral oil into microinjection needle.
5 mL Luer-Lok syringe	BD	309646	For loading mineral oil into microinjection needle.
60 mm x 15 mm Petri dish	Fisher	FB0875713A
800 micron polyester mesh	Small Parts	CMY-0800-C
Transfer pipets	Fisher	13-711-7M	For transferring embryos. Cut off the tip so that the embryos are easily taken up by the pipette.
6-well cell culture plate	Nest Biotechnology
MOPS	Fisher	BP308-500
EGTA	Acros Organics	67-42-5
Formaldehyde	Fisher	BP531-500
15 mm x 45 mm screw thread vial	Fisher	03-339-25B	For fixing, staining, and storing embryos.
24-well cell culture plate	Nest Biotechnology
Benzocaine	Spectrum	BE130
Ethanol	Fisher	BP2818-4
Methanol	Fisher	A412-4
Phosphate buffered saline (PBS) 1X powder	Fisher	BP661-50
Bovine serum albumen	Fisher	BP1600-100
Triton X-100	Fisher	BP151-500
3D mini rocker, model 135	Denville Scientific	57281
Goat serum, New Zealand origin	Invitrogen	16210064
Sodium azide	Fisher	S227I-25
Monoclonal 3G8 antibody	European Xenopus Resource Centre		Primary antibody to label proximal tubules.
Monoclonal 4A6 antibody	European Xenopus Resource Centre		Primary antibody to label distal tubule and duct.
anti-RFP pAb, purified IgG/rabbit	MBL	PM005	Primary antibody to label Gap43-RFP tracer.
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG	Life Technologies	A11001	Secondary antibody to label distal tubule and duct.
Alexa Fluor 555 goat anti-rabbit IgG	Life Technologies	A21428	Secondary antibody to label Gap43-RFP tracer.
9 cavity spot plate	Corning	7220-85
Benzyl benzoate	Fisher	105862500	Optional – for clearing embryos
Benzyl alcohol	Fisher	A396-500	Optional – for clearing embryos