Summary
लंबे तरंगदैर्ध्य बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति उत्तेजना के साथ माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग लेजर के ऑप्टिकल तकनीक का एक संयोजन उच्च संकल्प, तीन आयामी, वास्तविक समय इमेजिंग टीजी (sox10:EGFP) और (foxd3:GFP) टीजी zebrafish भ्रूण में न्यूरल क्रेस्ट प्रवास पर कब्जा करने के लिए लागू किया गया था।
Abstract
जन्मजात आँख और craniofacial विसंगतियों न्यूरल क्रेस्ट, प्रवासी स्टेम कोशिकाओं है कि पूरे शरीर में कई प्रकार के सेल को जन्म दे एक क्षणिक जनसंख्या में अवरोधों को प्रतिबिंबित। न्यूरल क्रेस्ट के जीवविज्ञान को समझने, आनुवंशिक रूप से tractable मॉडल है कि अध्ययन में vivo किया जा कर सकते हैं और वास्तविक समय में एक कमी को दर्शाती सीमित कर दी गई है। Zebrafish प्रवासी सेल आबादी, जैसे न्यूरल क्रेस्ट के अध्ययन के लिए एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण विकास मॉडल है। Sox10 और foxd3 जल्दी न्यूरल क्रेस्ट भेदभाव को विनियमित और संभव है कि न्यूरल क्रेस्ट कक्षों के लिए मार्करों का प्रतिनिधित्व करने के लिए कई पशु मॉडल में दिखाया गया है के रूप में न्यूरल क्रेस्ट माइग्रेशन को विकासशील आंख की जांच करने के लिए, लंबी तरंगदैर्य बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति उत्तेजना के साथ माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग लेजर के ऑप्टिकल तकनीक का एक संयोजन ट्रांसजेनिक zebrafish भ्रूण, अर्थात् टीजी (sox10:EGFP) और टीजी (foxd3:GFP), में विकासशील आँख के उच्च संकल्प, तीन आयामी, रीयल-टाइम वीडियो कैप्चर करने के लिए लागू किया गया था। बहु फोटॉन समय चूक इमेजिंग के व्यवहार और प्रवासी पैटर्न दो न्यूरल क्रेस्ट सेल आबादी जल्दी आंख के विकास के लिए योगदान के विचार करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इस प्रोटोकॉल समय चूक वीडियो zebrafish न्यूरल क्रेस्ट माइग्रेशन के दौरान, एक उदाहरण के रूप में पैदा करने के लिए जानकारी प्रदान करता है, और आगे जल्दी विकास zebrafish और अन्य मॉडल जीवों में कई संरचनाओं की कल्पना करने के लिए लागू किया जा सकता।
Introduction
जन्मजात नेत्र रोग बचपन का अंधापन पैदा कर सकते हैं और अक्सर कपाल न्यूरल क्रेस्ट की असामान्यताओं के कारण होते हैं। न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं क्षणिक स्टेम कोशिकाओं है कि न्यूरल ट्यूब से पैदा होती है और पूरे शरीर में कई ऊतक फार्म हैं। 1 , 2 , 3 , 4 , 5 न्यूरल क्रेस्ट prosencephalon और mesencephalon, से व्युत्पन्न कोशिकाओं, अस्थि और उपास्थि midface और ललाट क्षेत्रों, और आइरिस, कॉर्निया, trabecular meshwork और आँख के पूर्वकाल सेगमेंट में sclera का जन्म दे। 4 , 6 , 7 , Rhombencephalon प्रपत्र pharyngeal मेहराब, जबड़े और कार्डिएक बहिर्वाह पथ से 8 न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं। 1 , 3 , 4 , 9 , 10 अध्ययन न्यूरल क्रेस्ट नेत्र करने के लिए योगदान दिया है और periocular विकास, कशोरूकी आंख के विकास में इन कोशिकाओं के महत्व पर बल पर प्रकाश डाला है। दरअसल, न्यूरल क्रेस्ट सेल प्रवास और भेदभाव के विघटन का नेतृत्व craniofacial और नेत्र विसंगतियों के लिए Axenfeld-Rieger सिंड्रोम और पीटर्स प्लस सिंड्रोम में मनाया के रूप में। 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 इस प्रकार, माइग्रेशन, प्रसार और इन न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं के भेदभाव की एक व्यापक समझ जन्मजात नेत्र रोगों अंतर्निहित जटिलताओं में अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा।
Zebrafish नेत्र विकास, zebrafish नेत्र की संरचना करने के लिए अपने स्तनधारी समकक्षों के समान हैं, और कई जीन evolutionarily zebrafish और स्तनधारी के बीच संरक्षित कर रहे हैं के रूप में अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली मॉडल जीव है। 18 , 19 , 20 पारदर्शी और oviparous, रीयल-टाइम में आँख विकास के दृश्य की सुविधा इसके अलावा, zebrafish भ्रूण हैं।
पर पहले प्रकाशित काम के विस्तार,6,7,20 न्यूरल क्रेस्ट कक्षों की प्रवासी पैटर्न बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति समय चूक ट्रांसजेनिक zebrafish लाइनों transcriptional नियंत्रण SRY (क्षेत्र लिंग-निर्धारण Y) के तहत ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन (GFP) के साथ लेबल पर इमेजिंग का उपयोग वर्णित किया गया था-बॉक्स 10 (sox10) या Forkhead बॉक्स D3 (foxd3) जीन नियामक क्षेत्रों। 21 , 22 , 23 , 24. बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति समय चूक इमेजिंग fluorophores के साथ टैग की गईं नमूनों की उच्च संकल्प, तीन आयामी छवियों पर कब्जा करने के लिए लंबी तरंग दैर्ध्य बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति उत्तेजना के साथ माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग लेजर के ऑप्टिकल तकनीक को जोड़ती है एक शक्तिशाली तकनीक है। 25 , 26 , 27 बहु फोटॉन लेजर का उपयोग मानक confocal माइक्रोस्कोपी बढ़ ऊतक में घुस और कम fluorophore विरंजन सहित, से अधिक विशिष्ट लाभ है।
इस विधि का उपयोग कर, दो अलग आबादी माइग्रेशन और प्रवासी रास्ते के समय में बदलती न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं के भेदभाव के, अर्थात् foxd3-सकारात्मक न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं में periocular mesenchyme और विकासशील नेत्र और craniofacial mesenchyme में sox10-सकारात्मक न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं थे। इस विधि के साथ, प्रवास zebrafish में नेत्र और craniofacial न्यूरल क्रेस्ट माइग्रेशन की कल्पना करने के लिए एक दृष्टिकोण पेश किया है, यह वास्तविक समय में विनियमित न्यूरल क्रेस्ट प्रवास विकास के दौरान निरीक्षण करने के लिए आसान बनाने के।
इस प्रोटोकॉल समय चूक वीडियो जल्दी आँख विकास में टीजी (sox10:EGFP) और एक उदाहरण के रूप में ट्रांसजेनिक zebrafish टीजी (foxd3:GFP) के दौरान उत्पन्न करने के लिए जानकारी प्रदान करता है। इस प्रोटोकॉल आगे उच्च संकल्प, तीन आयामी, वास्तविक समय दृश्यावलोकन zebrafish में न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं से व्युत्पन्न कोई भी नेत्र और craniofacial संरचना के प्रारंभिक विकास के लिए लागू किया जा सकता। इसके अलावा, इस विधि आगे के विकास के अन्य ऊतकों और अंगों में zebrafish और अन्य पशु मॉडल के दृश्य के लिए लागू किया जा सकता।
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Representative Results
बहु फोटॉन प्रतिदीप्ति समय चूक इमेजिंग कपाल न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं है कि वृद्धि craniofacial संरचनाओं और टीजी (sox10:EGFP) और टीजी (foxd3:GFP) में आंख के पूर्वकाल खंड zebrafish लाइनों देने के माइग्रेशन पैटर्न से पता चला है कि वीडियो की एक श्रृंखला जनरेट किया गया। एक उदाहरण के रूप में, 12 और 30 hpf के बीच सकारात्मक न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं sox10 -craniofacial क्षेत्र (वीडियो 1, चित्र 2) में न्यूरल ट्यूब के किनारे से माइग्रेट करें। पृष्ठीय और periocular mesenchyme को पॉप्युलेट करने के लिए विकासशील आंख वेंट्रल कक्षों prosencephalon और mesencephalon से माइग्रेट करें। इसके अलावा, इन sox10 -सकारात्मक कोशिकाओं की frontonasal प्रक्रिया के रूप में। न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं rhombencephalon से बल स्थानांतरित करें और करने के लिए pharyngeal मेहराब को जन्म दे। समय चूक का foxd3इमेजिंग-30 और 60 के बीच सकारात्मक न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाओं hpf से पता चला कि इन कोशिकाओं ऑप्टिक कप और सतह त्वक के बीच और नेत्र विदर के माध्यम से माइग्रेट किए गए (वीडियो 2, चित्र 3)। इन foxd3-सकारात्मक सेल coalesced लेंस परितारिका स्ट्रोमा बनाने के आसपास,।
चित्रा 1 . सेटअप। A. प्रत्येक घटक तंत्र सहित खुले स्नान कक्ष, जल्दी विनिमय मंच और मंच एडाप्टर, बढ़ते भ्रूण के। B. विधानसभा के खुले स्नान कक्ष। C. के अलावा खुले स्नान कक्ष के लिए 2% agarose समाधान (60-70 ° C) के। D. एक फ्लोरोसेंट खुर्दबीन के नीचे खुले स्नान कक्ष में भ्रूण की नियुक्ति। ई. भ्रूण (24 hpf) laterally खुले स्नान कक्ष में agarose पॉलीमराइज्ड समाधान के केंद्र में तैनात। पूरी तरह से खुले स्नान कक्ष में भ्रूण को कवर करने के लिए एफ agarose पॉलीमराइज्ड समाधान की सतह के लिए मीडिया के अलावा। जी खुले स्नान चैंबर जल्दी विनिमय मंच में रखा और मंच एडाप्टर में तैनात। एच. तंत्र बहु फोटॉन माइक्रोस्कोप के मंच पर बढ़ते भ्रूण की नियुक्ति। I. लेजर सुरक्षा बॉक्स। खुला कक्ष refilling के लिए दरवाजे स्लाइडिंग (1 और 2) संकेत कर रहे हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 2 . Deconvolved प्रतिनिधि और बहु फोटोन एक टीजी के समय चूक इमेजिंग से अधिकतम अनुमानित चित्र (sox10:EGFP) zebrafish भ्रूण 12 से 30 hpf. Sox10 -सकारात्मक कोशिकाओं prosencephalon (P) और mesencephalon (M) से periocular mesenchyme (डॉटेड सर्कल आंख अर्थ) और frontonasal प्रक्रिया (खुला तीर) को पॉप्युलेट करने के लिए माइग्रेट। Sox10 -rhombencephalon (R) से सकारात्मक कोशिकाओं बल pharyngeal मेहराब (बंद तीर) फार्म करने के लिए माइग्रेट। छवियाँ हर 20 मिनट समय सीमा के दौरान प्राप्त थे और वीडियो 1 बनाने के लिए एक साथ सिलना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
आंकड़ा 3 . Deconvolved प्रतिनिधि और बहु फोटोन एक टीजी के समय चूक इमेजिंग से अधिकतम अनुमान चित्र(foxd3:GFP) zebrafish भ्रूण 24 से 48 hpf. आँख के पूर्वकाल कक्ष में दर्ज किया Foxd3 -सकारात्मक कोशिकाओं (तारांकन चिह्न अर्थ लेंस) सतह बाह्य त्वक स्तर और ऑप्टिक कप, पृष्ठीय ("D") स्थानीयकृत अधिक कोशिकाओं के साथ बीच-पूर्वकाल ("A") और वेंट्रल ('V') quadrants के साथ पीछे ("P") वृत्त का चतुर्थ भाग की तुलना में। इसके अलावा, foxd3 -सकारात्मक कक्ष सन्निकट करने और नेत्र विदर के माध्यम से चले गए। छवियाँ हर 20 मिनट समय सीमा के दौरान प्राप्त थे और वीडियो 2 बनाने के लिए एक साथ सिलना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 4 . Deconvolved प्रतिनिधि और बहु फोटोन एक टीजी के समय चूक इमेजिंग से अधिकतम अनुमान चित्र(foxd3:GFP) zebrafish भ्रूण 30 से 60 hpf. आँख के पूर्वकाल कक्ष में दर्ज किया Foxd3 -सकारात्मक कोशिकाओं (बाहरी डॉटेड वृत्त अर्थ आंख के परिधीय किनारों, डॉटेड मंडली अर्थ लेंस) सतह बाह्य त्वक स्तर और ऑप्टिक कप, पृष्ठीय ("d") स्थानीयकृत अधिक कोशिकाओं के साथ बीच-पीछे ("p") वृत्त का चतुर्थ भाग के साथ पूर्वकाल की तुलना में ("एक") और पृष्ठीय ('v') quadrants. इसके अलावा, foxd3 -सकारात्मक कक्ष सन्निकट करने और नेत्र विदर के माध्यम से चले गए (सफेद ऐरोहेड अर्थ प्रवसन न्यूरल क्रेस्ट, लाल डैश्ड रेखा नेत्र विदर demarcates)। 60 hpf, foxd3-लेंस (बंद तीर), विदर के को बंद करने का संकेत सकारात्मक कक्ष पूरी तरह से घेर लिया। इसके अलावा, 60 पर hpf, foxd3 थी भी व्यक्त किया (खुला ऐरोहेड), photoreceptors में जो न्यूरल क्रेस्ट कक्षों में इस प्रतिलेखन कारक की अभिव्यक्ति के साथ जुड़ा हुआ नहीं था। छवियाँ हर 20 मिनट समय सीमा के दौरान प्राप्त थे और वीडियो 3 बनाने के लिए एक साथ सिलना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
वीडियो 1। एक टीजी के समय चूक वीडियो (sox10:EGFP) zebrafish भ्रूण 12 से 30 hpf. आँख तारांकन चिह्न अर्थ। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.
वीडियो 2। एक टीजी के समय चूक वीडियो (foxd3:GFP) zebrafish भ्रूण 24 से 48 hpf. लेंस तारांकन चिह्न अर्थ। तारांकन चिह्न नेत्र विदर अर्थ। d, पृष्ठीय; v, वेंट्रल; p, पीछे; एक, पूर्वकाल। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.
वीडियो 3। एक टीजी के समय चूक वीडियो (foxd3:GFP) zebrafish भ्रूण 30 से 60 hpf. तारांकन चिह्न लेंस अर्थ। तीर नेत्र विदर अर्थ। d, पृष्ठीय; v, वेंट्रल; p, पीछे; एक, पूर्वकाल। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
बहु फोटॉन समय चूक इमेजिंग क्षणिक और प्रवासी सेल आबादी के इन विवो ट्रैकिंग सक्षम बनाता है। इस शक्तिशाली तकनीक वास्तविक समय में भ्रूण प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जा कर सकते हैं, और वर्तमान अध्ययन में, इस विधि के परिणाम न्यूरल क्रेस्ट सेल प्रवास और विकास के वर्तमान ज्ञान बढ़ाया। पिछले समय चूक इमेजिंग अध्ययन आम तौर पर confocal माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग लेजर का उपयोग करें। 29 , 30 , 31 , 32 यहाँ, हम एक बहु फोटॉन तकनीक है, जो पारंपरिक confocal माइक्रोस्कोपी पर कई फायदे हैं का उपयोग वर्तमान। बहु फोटॉन माइक्रोस्कोपी के आधार कि दो फोटॉनों अब अवरक्त तरंगदैर्ध्य के fluorophore को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक परिणाम के रूप में, वहाँ कम बिखरने और इस प्रकार गहरी ऊतक में घुस को सक्षम करने, इमेजिंग confocal माइक्रोस्कोपी से अधिक कुशल का पता लगाने के साथ जैविक ऊतक में 1 मिमी से अधिक गहराई को प्राप्त करने की घटी हुई पृष्ठभूमि, है। ये गुण भी कमी phototoxicity, जो बार-बार और लगातार छवि अधिग्रहण के साथ एक महत्वपूर्ण विचार है। 25 , 26 , 27 इन गुणों से, दो-फोटॉन माइक्रोस्कोपी तैयारी पूरे अंग और ऊतक छोटे पशु मॉडल, में छवि कर सकते हैं (जैसे चूहों, zebrafish भ्रूण में 12 hpf - वर्तमान अध्ययन के मामले में)। इसके अलावा, इन छोटे पशु मॉडल आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड फ्लोरोसेंट प्रोटीन, जो ब्याज के ऊतक में स्थानीयकृत हो सकते हैं का उपयोग सक्षम करें। इस प्रकार, बहु-फोटॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग बहुत समय चूक प्रयोगों के लिए छवि प्राप्ति वृद्धि कर सकते हैं।
बहु फोटॉन लेजर और डिटेक्शन सिस्टम इस्तेमाल किया जा रहा है के प्रकार पर निर्भर करते हैं जो इस प्रोटोकॉल में कई चरण हैं। इस प्रोटोकॉल के साथ अधिकांश समस्याओं लेजर सेटिंग्स और छवियों का पता लगाने सिस्टम इस्तेमाल किया पर आधारित के अधिग्रहण के साथ उत्पन्न होती हैं। अलग-अलग प्रणाली और तकनीकी समर्थन करने के लिए पहुँच का व्यावहारिक ज्ञान महत्वपूर्ण हैं। इसके अलावा, पिछले अनुभव confocal माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग लेजर के साथ समस्या निवारण के लिए उपयोगी है। इसके अलावा, प्रारंभिक सिस्टम सेट अप समय लगता हो सकता है। सिस्टम सेट अप पूरा होने के बाद, हालांकि, केवल छोटे समायोजन एक ही ट्रांसजेनिक लाइनों का उपयोग करते समय विशेष रूप से आवश्यक हैं।
वर्तमान अध्ययन में, zebrafish भ्रूण hpf 12 और 60 के बीच इन प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया। इस उम्र सीमा के दौरान, छोटे, आसानी से agarose में एम्बेडेड और tricaine के साथ आसानी से ले ली anesthetized भ्रूण हैं। हालांकि, भ्रूण विकास बन सकता है और प्रयोग की लंबाई के आधार पर developmentally देरी। इसलिए, कि भ्रूण उचित प्रयोग के अंत में मंचन किया है सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए।
बहु फोटॉन समय चूक इमेजिंग सेल प्रवास, जो न केवल इन विवो zebrafish embryogenesis का अध्ययन करने की क्षमता को बढ़ाता है, लेकिन भी अन्य कई सिस्टम के लिए लागू किया जा सकता का उच्च संकल्प, तीन आयामी, रीयल-टाइम दृश्य पैदावार। बाह्य रेखा वाले प्रोटोकॉल zebrafish न्यूरल क्रेस्ट सेल प्रवास पर केंद्रित है, हालांकि इस तकनीक आसानी से अन्य इमेजिंग प्रयोजनों के लिए अनुकूलित किया जा सकता।
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Disclosures
इस काम के स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थानों (K08EY022912-01) और दृष्टि अनुसंधान कोर (P30 EY007003) राष्ट्रीय नेत्र संस्थान से अनुदान के माध्यम से आर्थिक रूप से समर्थित किया गया।
Acknowledgments
लेखक थॉमस शिलिंग कृपया टीजी (sox10:eGFP) मछली और मैरी Halloran टीजी(foxd3:GFP) मछली कृपया उपहार देने के लिए उपहार देने के लिए धन्यवाद।
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Breeding Tanks with Dividers | Aquaneering | ZHCT100 | Crossing Tank Set (1.0-liter) Clear Polycarbonate with Lid and Insert |
M205 FA Combi-Scope | Leica Microsystems CMS GmbH | Stereofluorescence Microscope - FusionOptics and TripleBeam | |
Sodium Chloride | Millipore (EMD) | 7760-5KG | Double PE sack. CAS No. 7647-14-5, EC Number 231-598-3 |
Potassium Chloride | Millipore (EMD) | 1049380500 | Potassium chloride 99.999 Suprapur. CAS No. 7447-40-7, EC Number 231-211-8. |
Calcium Chloride Dihydrate | Fisher Scientific | C79-500 | Poly bottle; 500 g. CAS No. 10035-04-8 |
Magnesium Sulfate (Anhydrous) | Millipore (EMD) | MX0075-1 | Poly bottle; 500 g. CAS No. 7487-88-9, EC Number 231-298-2 |
Methylene Blue | Millipore (EMD) | 284-12 | Glass bottle; 25 g. Powder, Certified Biological Stain |
Sodium Bicarbonate | Millipore (EMD) | SX0320-1 | Poly bottle; 500 g. Powder, GR ACS. CAS No. 144-55-8, EC Number 205-633-8 |
N-Phenylthiourea | Sigma | P7629-25G | >98%. CAS Number 103-85-5, EC Number 203-151-2 |
Dimethylsulfoxide | Sigma | D8418-500ML | Molecular Biology grade. CAS Number 67-68-5, EC Number 200-664-3 |
Tricaine Methanesulfonate | Western Chemical Inc. | MS222 | Tricaine-S |
Low-Melt Agarose | ISC Bioexpress | E-3112-25 | GeneMate Sieve GQA Low Melt Agarose, 25 g |
Open Bath Chamber | Warner Instruments | RC-40HP | High Profile |
Glass Coverslips | Fisher Scientific | 12-545-102 | Circle cover glass. 25 mm diameter |
High Vacuum Grease | Fisher Scientific | 14-635-5C | 2.0-lb. tube. DOW CORNING CORPORATION 1658832 |
Quick Exchange Platform | Warner Instruments | QE-1 | 35 mm |
Stage Adapter | Warner Instruments | SA-20LZ-AL | 16.5 x 10 cm |
TC SP5 MP multi-photon microscope | Leica Microsystems CMS GmbH | ||
Mai Tai DeepSee Ti-Sapphire Laser | SpectraPhysics | ||
Laser Safety Box | Leica Microsystems CMS GmbH | ||
Leica Application Suite X (LAS X) Software | Leica Microsystems CMS GmbH | ||
Photoshop CS 6 Version 13.0 x64 Software | Adobe | ||
iMovie Version 10.1.4 Software | Apple |
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