Summary

La alimentación de las larvas de pez cebra paradigma para la alta en grasas: Alimentación, imágenes en vivo, y Cuantificación de la ingesta de alimentos

Published: October 27, 2016
doi:

Summary

Zebrafish are emerging as a valuable model of dietary lipid processing and metabolic disease. Described are protocols of lipid-rich larval feeds, live imaging of dietary fluorescent lipid analogs, and quantification of food intake. These techniques can be applied to a variety of screening, imaging, and hypothesis driven inquiry techniques.

Abstract

Zebrafish are emerging as a model of dietary lipid processing and metabolic disease. This protocol describes how to feed larval zebrafish a lipid-rich meal, which consists of an emulsion of chicken egg yolk liposomes created by sonicating egg yolk in embryo media. Detailed instructions are provided to screen larvae for egg yolk consumption so that larvae that fail to feed will not confound experimental results. The chicken egg yolk liposomes can be spiked with fluorescent lipid analogs, including fatty acids and cholesterol, enabling both systemic and subcellular visualization of dietary lipid processing. Several methods are described to mount larvae that are conducive to short- and long-term live imaging with both upright and inverted objectives at high and low magnification. Additionally presented is an assay to quantify larval food intake by extracting the lipids of larvae fed fluorescent lipid analogs, spotting the lipids on a thin layer chromatography plate, and quantifying the fluorescence. Finally, critical aspects of the procedures, important controls, options for modifying the protocols to address specific experimental questions, and potential limitations are discussed. These techniques can be applied not only to focused, hypothesis driven inquiries, but also to a variety of screens and live imaging techniques to study dietary lipid metabolism and the control of food intake.

Introduction

Los mecanismos por los que el intestino regula el procesamiento de lípidos de la dieta, el hígado controles complejos síntesis de lípidos y metabolismo de las lipoproteínas, y cómo estos órganos trabajan con el sistema nervioso central para controlar la ingesta de alimentos se conocen por completo. Es de interés biomédico para dilucidar esta biología a la luz de la actual epidemia de la obesidad, las enfermedades cardiovasculares, la diabetes y la enfermedad de hígado graso no alcohólica. Los estudios en cultivos celulares y en ratones han proporcionado la mayor parte de nuestra comprensión de las relaciones mecánicas entre lípidos de la dieta y la enfermedad, y el pez cebra (Danio rerio) están emergiendo como un modelo ideal para complementar este trabajo.

El pez cebra tiene gastrointestinal similar (GI) los órganos, el metabolismo de los lípidos, y el transporte de lipoproteínas de vertebrados superiores a 1,2, se desarrollan rápidamente y son genéticamente manejable. La claridad óptica de la larvas de pez cebra facilita los estudios in vivo, una particulaventaja r para el estudio del sistema GI como su medio extracelular (es decir, la bilis, microbiota, la señalización endocrina) es prácticamente imposible de modelo ex vivo. De acuerdo, un cuerpo de investigación combinando la tratabilidad genética y condiciones favorables para imágenes en directo de las larvas de pez cebra con una variedad de manipulaciones de la dieta (alto contenido de grasa, 3,4 -colesterol 5 y dietas -carbohydrate 6,7), y modelos de enfermedad cardiovascular 8, la diabetes 9,10, esteatosis hepática 11-13, 14-16 y la obesidad, están emergiendo para proporcionar una gran cantidad de puntos de vista metabólico.

Un aspecto esencial de la transición de la larvas de pez cebra en la investigación metabólica es la optimización de las técnicas desarrolladas en otros animales modelo al pez cebra y el desarrollo de nuevos ensayos que explotan las ventajas únicas de la pez cebra. Este protocolo presenta técnicas desarrollados y optimizados para alimentar larvas de pez cebra un lipid-rica comida, visualizar el procesamiento de lípidos de la dieta de todo el cuerpo de la resolución subcelular, y miden la ingesta de alimentos. yema de huevo de pollo fue elegido para componer la comida rica en lípidos, ya que contiene altos niveles de grasas y colesterol (lípidos componen ~ 58% de yema de huevo de gallina, de los cuales ~ 5% es el colesterol, 60% son triglicéridos, y 35% son fosfolípidos ). Yema de huevo de pollo proporciona más grasa que los alimentos típicos comerciales de pez cebra de microgránulos (~ 15% de lípidos) y la ventaja de que es un alimento estandarizado con porcentajes conocidos de especies ácidos grasos específicos, como las dietas de pez cebra y regimientos de alimentación no se han normalizado a través de los laboratorios 17. Por otra parte, los análogos de lípidos fluorescentes previstos en la yema de huevo visualizar el transporte y la acumulación de lípidos de la dieta 18, los componentes celulares de imagen incluyendo gotitas de lípidos, actuando ambos colorantes vitales 3 y a través de la incorporación covalente en lípidos complejos, investigar el metabolismo a través de cromatografía en capa fina (TLC) 19 </sup> Y cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) (SAF datos no publicados), y proporcionar un ensayo cuantitativo para la ingesta total de alimentos 20.

Protocol

Estos protocolos han sido aprobados por la Institución Carnegie para la Ciencia Institucional Cuidado de Animales y el empleo (Protocolo nº. 139). 1. Preparación de los animales Mantener los adultos y las larvas a 28 ° C en un 14 h: 10 h luz: oscuridad ciclo. Alimentar a los adultos dos veces al día con la cáscara de Artemia libre (decapsulated, no eclosión, a partir de las 14 dpf) y microgránulos comerciales. Estos protocolos se han optimizado para el uso de 6-7 larvas dpf …

Representative Results

Cuando se alimenta en un agitador a 29-31 ° C, la mayoría de las larvas sanas (≥95%) va a comer dentro de 1 hora. Al consumir la emulsión de yema de huevo, el intestino de las larvas se oscurece. Muy intestinos oscuros pueden ser observadas a las 2 horas (Figura 1). Si las larvas son sin comer o dejar de comer, el intestino sigue siendo clara. Las larvas alimentadas huevo blanco exhibición distendido lumen intestinal que no se oscurece en color. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-…

Discussion

Las técnicas descritas aquí permiten a los investigadores tratan larvas de pez cebra con una alimentación rica en lípidos, visualizar el procesamiento de los lípidos de la dieta en larvas vivas, y cuantificar la ingesta de alimentos de las larvas. Para asegurar el éxito, se debe prestar especial atención a varios pasos críticos. huevos de gallina comerciales varían; para minimizar la variabilidad potencial llevamos a cabo todos los ensayos en los huevos orgánicos de gallinas libres de jaulas que no han sido en…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank Meng-Chieh Shen for images, Jennifer Anderson for providing helpful comments on the manuscript, and members of the Farber laboratory for their contributions in developing these techniques. This study was funded by NIDDK-NIH award RO1DK093399 (S.A.F.), RO1GM63904 (The Zebrafish Functional Genomics Consortium: PI Stephen Ekker and Co-PI S.A.F), and F32DK096786 (J.P.O.). This content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of NIH. Additional support was provided by the G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation to the laboratory of S.A.F and the Carnegie Institution for Science endowment.

Materials

Tricaine (ethyl 3-aminobenzoate methanesulofnate salt) Sigma-Aldrich A5040-25G Anesthesia for larval zebrafish
Chicken eggs N/A N/A Organic, cage-free eggs, not enriched for omege-3 fatty acids
Ultrasonic processor 3000 sonicator Misonix, Inc. S-3000 To make egg yolk liposomes
Sonabox acoustic enclosure Misonix, Inc. 432B To make egg yolk liposomes
1/8” tapered microtip Misonix, Inc. 419 To make egg yolk liposomes
Amber vials (4 ml, glass) National Scientific 13-425 Lipid storage; includes vials, open-top caps, and cap septa
Incu-Shaker Mini  Benchmark 1222U12 Incubated shaker for feeds
BODIPY FL C16  Thermo Fisher Scientific D3821 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Hexadecanoic Acid)
BODIPY FL C12  Thermo Fisher Scientific D3822 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Dodecanoic Acid)
BODIPY FL C5  Thermo Fisher Scientific D3834 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Pentanoic Acid)
BODIPY FL C5 Thermo Fisher Scientific D2183 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Propionic Acid)
TopFluor cholesterol  Avanti Polar Lipids Inc. 810255 Fluorescent lipid analog; 23-(dipyrrometheneboron difluoride)-24-norcholesterol
Fatty acid-free BSA Sigma-Aldrich A0281-1G For TopFluor cholesterol solubilization
Methyl cellulose Sigma-Aldrich M0387 Mounting media for live larval imaging; 75 x 25 x 1 mm
Low melt agarose Thermo Fisher Scientific BP165-25 Mounting media for live larval imaging; 22 x 30
VWR microscope slides  VWR  16004-422 Mounting larvae for live imaging
Coverslips  Cover Glass 12-544A Mounting larvae for live imaging
Super glue Loctite LOC01-30379 Mounting larvae for live imaging
FluoroDish (glass bottom dish) World Precision Instruments, Inc.  FD35-100 Mounting larvae for live imaging; 35 mm dish, 23 mm glass, 0.17 mm glass thickness  
Confocal microscope Leica Microsytems SP-2, SP-5 Microscope for high magnification live imaging
Stereoscope Nikon SM21500 Microscope for low magnification live imaging
Glass culture tubes  Kimble 73500-13100 Lipid extraction; (13 x 100 mm; 13 ml)
Savant SpeedVac Plus  ThermoQuest SC210A Lipid extraction
Channeled TLC plates Whatman Scientific WC4855-821 Food intake assay; LK5D Silica Gel 150 A, 20 x 20 cm, 250 um thick; Discontinued
Channeled TLC plates Analtech, Inc. 66911 Food intake assay; Direct replacement for Whatman Scientific TLC plates
Typhoon 9410 Variable Mode Imager GE Healthcare 9410 Fluorescent plate reader for food intake assay
ImageQuant software GE Healthcare 29000605 Analysis of food intake assay
5 3/4’ Wide bore, borosilicate disposable pasteur pipets    Kimble 63A53WT Transfering larvae

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Citer Cet Article
Otis, J. P., Farber, S. A. High-fat Feeding Paradigm for Larval Zebrafish: Feeding, Live Imaging, and Quantification of Food Intake. J. Vis. Exp. (116), e54735, doi:10.3791/54735 (2016).

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