Induzindo completa Polyp Regeneração do aboral Physa da Anémona Starlet<em> Vectensis Nematostella</em

Summary

Here we demonstrate how to induce and monitor regeneration in the Starlet Sea Anemone Nematostella vectensis, a model cnidarian anthozoan. We demonstrate how to amputate and categorize regeneration using a morphological staging system, and we use this system to reveal a requirement for autophagy in regenerating polyp structures.

Abstract

Cnidários e, especificamente, Hydra, foram os primeiros animais indicado para regenerar estruturas danificadas ou cortada, e na verdade esses estudos sem dúvida lançados investigação biológica moderna através do trabalho de Trembley mais de 250 anos atrás. Presentemente o estudo de regeneração tenha visto um ressurgimento usando ambos os organismos regenerativos "clássicas", tais como a hidra, e Planaria Urodelos, bem como um alargamento do espectro de espécies que abrangem a gama de metazoários, a partir de esponjas através de mamíferos. Além de seu interesse intrínseco como um fenômeno biológico, a compreensão de como a regeneração funciona em uma variedade de espécies irá informar-nos sobre se a processos regenerativos compartilhar recursos e / ou espécies comuns ou mecanismos celulares e moleculares específicas ao contexto. A anêmona de mar estrela, Nematostella vectensis, é um organismo modelo emergente para a regeneração. Como Hydra, Nematostella é membro do filo antiga, cnidaria, mas dentro de tele anthozoa classe, um clado irmão do Hydrozoa que é evolutivamente mais basal. Assim, os aspectos da regeneração na Nematostella será interessante comparar e contrastar com os de Hydra e outros cnidários. Neste artigo, apresentamos um método para bissetriz, observar e classificar a regeneração do fim aboral do adulto Nematostella, que é chamado de physa. O physa naturalmente sofre fissão como um meio de reprodução assexuada, e quer fissão naturais ou amputação manual da physa desencadeia re-crescimento e reforma de morfologias complexas. Aqui temos codificada estas alterações morfológicas simples em um sistema de estadiamento Nematostella Regeneração (a ENSR). Usamos o NRSS para testar os efeitos de cloroquina, um inibidor da função lisossómica que bloqueia autofagia. Os resultados mostram que a regeneração de estruturas de pólipos, particularmente os mesentério, é anormal quando autofagia é inibida.

Introduction

A observação de regeneração em um único hidra foi o evento seminal na advento da biologia como um ^1,2 ciência experimental. Regeneração continua a ser um fenômeno da extraordinariamente amplo apelo para biólogo e leigo alike. O potencial para os biólogos do desenvolvimento, médicos, cientistas biomédicos e engenheiros de tecido para entender e superar os limites sobre a regeneração humana faz biologia regeneração mais de intrinsecamente interessante.

Agora, com o uso de tecnologias emergentes, como a sequenciação do genoma e ganho e perda de ferramentas de função, o campo está pronta para provocar mecanismos além regenerativos e compreender, finalmente, como espécies diferentes podem se regenerar enquanto outros não podem. O grau de comunalidade nas respostas moleculares, celulares e morfológicas continua a ser elucidado, mas até agora parece que as respostas básicas entre os animais que podem regenerar é mais similar do que teria sido imagiNED há apenas uma década ^3.

Cnidários em particular, são facile na regeneração quase todas as suas partes do corpo em meio a um amplo espectro de diversidade morfológica. A partir do solitário pólipo de água doce, Hidra, juntamente com as pequenas pólipos marinhos que constroem imensos recifes de coral, para os Siphonophores coloniais complexos, tais como o Português Man-O-War, a regeneração é muitas vezes um modo de reprodução, além de um mecanismo de reparar ou reformar partes do corpo danificadas ou perdidas resultantes de lesões e predação. Se as diversas espécies de Cnidaria utilizar mecanismos semelhantes ou diferentes para a regeneração é uma questão fundamentalmente interessante ^4-6.

Nós, e outros têm vindo a desenvolver o anthozoan, Nematostella vectensis como um modelo para a regeneração ^7-17. Recentemente, desenvolveu um sistema de estadiamento para descrever a regeneração de um órgão inteiro a partir de um pedaço morfologicamente uniforme de tecido cortada a partir das aboral final do pólipo ^10. Enquanto pólipos Nematostella pode regenerar quando cortada em qualquer nível, nós escolhemos para cortar adultos em uma posição aboral na região mais morfologicamente simples, o physa, em parte porque este é perto do plano normal da fissão assexual natural, ^18, e também porque licenças de observação e análise molecular de como um corpo inteiro é remontado a partir dos componentes morfológicos mais simples.

A encenação Sistema Nematostella Regeneração (ENSR) fornece um conjunto relativamente simples de pontos de referência morfológicas que poderiam ser usados para marcar o progresso de qualquer aspecto da regeneração por um physa amputada, em condições de cultura normais ou experimentalmente perturbado situações como pequenos tratamentos molécula, a manipulação genética ou alteração ambiental. Como antecipado, a NRSS está sendo adotado como um andaime morfológico em que os eventos celulares e moleculares de regeneração pode ser referenciado10.

Finalmente o nosso método de corte produz uma Gaping buracos várias ordens de magnitude maior do que a punção ponto pinos usado em um estudo recente ^17, mas ambas as feridas cicatrizam em torno de 6 horas. Documentar as fases visualmente distintas de prender e de encerramento de feridas deve sugerir abordagens experimentais para explicar a aparente independência do tamanho de uma ferida e o tempo que leva para a fechar. Assim, uma compreensão visual mais profunda do processo de amputação aboral, fornecida por este protocolo, irá auxiliar investigações ulteriores sobre esta sistema de regeneração de modelo e ampliar a aplicação deste sistema de estadiamento usando Nematostella vectensis.

Protocol

1. Condicionado dos Animais para temperatura, Nutrição e ciclo claro / escuro Obter adultos Nematostella vectensis de um dos numerosos laboratórios Nematostella em todo o mundo, ou um fornecedor sem fins lucrativos (Tabela 1) Manter Nematostella a uma temperatura constante (tipicamente entre 18 e 21 ° C) no escuro, em "1 / 3x" mar artificial água (ASW) a uma salinidade de 12 partes por mil (ppt). Manter culturas simples de soda-cal placas de…

Representative Results

A progressão de eventos morfológicas durante a regeneração em physa cortada é mostrado na Figura 1A, que inclui vistas representativas de physa em cada fase NRSS. O site típico physa corte é indicado no adulto (setas). As fotografias na Figura 1A mostra a regeneração progressiva das estruturas orais e corporais a partir physa recém-cortada através pólipo completamente formado. Figura 1B, C mostram a disposição dos septos in…

Discussion

Uso de Nematostella como um modelo de cura de feridas e a regeneração está a tornar-se cada vez mais popular. Assim, é importante ser capaz de visualizar os padrões morfológicos de um protocolo em particular antes de análises celulares e moleculares eficazes podem ser atribuídas e comparados. Nematostella têm um elevado grau de "flexibilidade" regenerativa, ser capaz de mudar a quase qualquer estrutura que falta amputado em qualquer local, em fases pós-Planula de vida. Assim, vário…

Materials

Nematostella vectensis, adults	Marine Biological Lab (MBL)		non-profit supplier
Glass Culture Dish, 250 ml	Carolina Biological Supply	741004	250 ml
Glass Culture Dish, 1,500 ml	Carolina Biological Supply	741006	1,500 ml
Polyethylene transfer pipette, 5ml	USA Scientific	1022-2500	narrow bore, graduated
Polyethylene transfer pipet, tapered	Samco	202-205	cut off 1 inch of tip to make wide bore
Disposable Scalpel	Feather Safety Razor Co. Ltd	no. 10	blade should be curved
#5 Dumont Fine point tweezers	Roboz	RS5045	alternative suppliers available
Pyrex petri dish, 100 mm diameter	Corning	3160	can substitute other glass petri plates
Sterile 6 well plate	Corning Falcon	353046	or similar from other manufacturer
Sterile 12 well plate	Nunc	150628	or similar from other manufacturer
Sterile 24 well plate	Cellstar, Greiner bio-one	662-160	or similar from other manufacturer
Brine shrimp hathery kit	San Francisco Bay; drsfostersmith.com	CD-154005	option for growing brine shrimp
pyrex baking dish	common in grocery stores		option for growing brine shrimp
artificial seawater mix 50 gal or more	Instant Ocean; drsfoster-smith.com	CD-116528	others brands may suffice
Plastic tub for stock ASW preparation	various		common 25 gallon plastic trash can OK
Polypropylene Carboy	Carolina Biological Supply	716391	For working stock of ASW @ 12 ppt
Beaker, Graduated, 4,000ml	PhytoTechnology Laboratories	B199	For dilution of 36 ppt ASW to 12 ppt
Stereomicroscope and light source	various		with continuous 1 – 40x magnification