Summary

화학 절단 및 Planarian Schmidtea 지중해 에 인 두의 재생

Published: March 26, 2018
doi:

Summary

Schmidtea 서 planarian 줄기 세포 및 조직 재생을 공부에 대 한 우수한 모델입니다. 이 게시는 선택적으로 한 기관, 인 두, 화학 나트륨 아 지 드를 동물을 노출 하 여 제거 하는 방법을 설명 합니다. 이 프로토콜은 또한 인 두 재생을 모니터링 하기 위한 방법을 설명 합니다.

Abstract

Planarians는 flatworms는 중생에서 매우 효율적인. 그들은 빚이 수 많은 부상의 모든 종류에 신속 하 게 응답할 수 있는 줄기 세포. 이 동물에 일반적인 부상 모델 조직, 여러 장기를 손상의 다량을 제거 합니다. 극복 하기 위해이 광범위 한 조직 손상, 여기 planarian Schmidtea 지중해에서 단일 기관, 인 두를 선택적으로 제거 하는 방법을 설명 합니다. 우리는 시 토 크롬 산화 효소 억제제 나트륨 아 지 드를 포함 하는 솔루션에 몸을 담글 동물에 의해 이것을 달성. 나트륨 아 지 드에 짧은 노출 우리가 “화학 절단” 이라고 부르는 동물에서 인 두의 돌출을 하면 화학 절단 전체 인 두를 제거 하 고 작은 상처 인 두 소장에 연결을 생성 합니다. 광범위 한 rinsing 후 모든 절단된 동물 약 1 주일에서 완전 한 기능 인 두를 다시 생성 합니다. 줄기 세포는 시체의 나머지 부분에서 새로운 인 두의 재생 드라이브. 여기, 우리는 자세한 제공 화학 절단에 대 한 프로토콜 및 성공적인 절단 및 중생을 평가 하기 위해 조직학 및 행동 방법을 설명.

Introduction

재생 재생 용량 전신 재생 특정 무척 추 동물에서에서 척추1에서 더 제한 된 능력에 이르기까지 동물의 왕국에 걸쳐 발생 하는 현상입니다. 교체 기능 조직의 복잡 한 과정이 고 종종 여러 종류의 세포 동시 복원을 수반 한다. 예를 들어 도롱뇽 다리, osteoblasts, chondrocytes, 신경, 근육, 그리고 될 필요가 상피 세포를 다시 생성 하려면2를 대체 합니다. 이 새로 생성 된 셀 형식 또한 새로운 다리 기능을 촉진 하기 위하여 제대로 구성 해야 합니다. 이러한 복잡 한 프로세스를 이해 기법을 재생 특정 세포 유형 및 기관으로의 통합에 초점을 해야 합니다.

재생 반응의 연구를 단순화 하기 위해 고용 전략 중 하나입니다 대상된 제거 중 특정 종류의 세포 또는 조직의 더 큰 컬렉션. 예를 들어 zebrafish, 표현의 특정 셀에 nitroreductase 그들의 파괴 후에 metronidazole3,4의 응용 프로그램을 리드. 초파리 애벌레에서 조직의 특정 발기인에서 프로-apoptotic 유전자 표현 imaginal 디스크5,6의 특정 지역 ablate 선택적으로 수 있습니다. 모두 이러한 전략의 손상을 신속 하지만 제어, 그리고 분자 및 세포 재생에 대 한 책임 메커니즘을 해 부에 사용 되었습니다.

이 원고에서 우리는 선택적으로 ablate planarian Schmidtea 서인 두 라는 전체 장기 하는 방법을 설명 합니다. Planarians는 그들의 다 작의 재생 능력에 대 한 알려진 중생의 클래식 모델도 분 조각 전체 동물 7,8을 regrow 수 있습니다. 그들은 줄기 세포를 만능 세포와 혈통 제한 창시자9,,1011의 구성의 큰, 이질적인 인구가 있다. 이 세포는 증식 하 고 인 두, 신경, 소화 및 배설 시스템, 그리고 근육과 상피 세포9,,1012를 포함 하 여 모든 누락 된 조직을 대체 하 차별화 합니다. 우리가 알고 있지만 이러한 줄기 세포 재생을 시작, 우리가 완전히 이러한 모든 다른 세포 유형 대체 몰아 분자 메커니즘을 이해 하지 않습니다. 정확한 줄기 세포 응답을 이끌어내는 정의 부상 방법이 복잡 한 과정의 윤곽을 그리 다 수 있습니다.

인 두, 수 유에 필요한 대형 원통형 튜브 이며, 신경, 근육, 분 비 상피 세포13,29를 포함 합니다. 일반적으로 동물의 복 부 측에 주머니에 숨겨져, 동물의 단일 신체 식품의 존재를 감지 시 열기를 통해 확장 합니다. 선택적으로 인 두를 절단, 하 우리 라는 화학 나트륨 아 지 드, 선 충 C.14,,1516에 일반적으로 사용된 마 취에서에서 planarians를 담근 다. Planarians에 그것의 사용 처음 애 들러 에 의해 보고 되었다., 2014 년12. 나트륨 아 지 드에 노출의 몇 분 안에 planarians 돌출 그들의 pharynges, 그리고 부드러운 동요와 인 두 동물에서 분리. 우리는 인 두의이 완전 하 고 선택적 손실 “화학 절단”로 참조 하십시오. 1 주일 후 절단, 완전 한 기능 인 두 복원된12입니다. 인 두 먹이 기를 위해 필요 하기 때문에, 기능 재생 먹이 행동을 모니터링 하 여 측정할 수 있습니다. 아래, 우리는 화학 절단 및 인 두의 재생 및 복원의 먹이 행동을 평가 하기 위한 프로토콜을 설명 합니다.

Protocol

1입니다. 준비 Planaria 물 준비 17 1 X Montjuïc 소금 솔루션에서 planarians을 유지 관리 합니다. 준비 planarian 물, 개별 재고 솔루션 1 M CaCl2, 1m MgSO4, 1 M MgCl2, 1 M KCl과 초순에 5 M NaCl을 확인 합니다. 필터-0.2 µ m 병 맨 filterfor 장기 저장과 소독.참고: (25 ° C에서 18.2 m ω의 저항)와 초순 이온을 제거 된 물만을 사용 하 여 준비 …

Representative Results

나트륨 아 지 드에 노출 동물 스트레칭 하 고 몸부림을 일으키는 planarians의 정상적인 운동 성 방해. 이러한 움직임은 동물의 복 부 측에서 등장 하는 인 두 고 나트륨 아 지 드 솔루션에서 약 6 분, 후 인 두의 흰색 팁을 볼 수 있다 (그림 1B-왼쪽된 패널). 몇 분 후, 동물 적극적으로 계약 하 고 완전히 몸 밖으로 강제로 그것을 추진 하 여 인 …

Discussion

이 프로토콜 나트륨 아 지 드를 사용 하 여 인 두의 선택적 절제 하는 방법을 설명 합니다. Planarians에 다른 대상된 제거 연구 대뇌21 또는 약리 치료 dopaminergic 신경22ablate을 제거 하려면 수정된 수술을 사용 했습니다. 기존 방법에 비해 화학 절단의 중요 한 장점 중 하나입니다 그것은 수술을 요구 하지 않습니다. Planarian 시체의 나머지 부분에 비해 인 두의 경직 ?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는 감사 알 산체스 알 바로, 초기 최적화 및이 기술 개발을 지원 하 고 싶습니다. 캐롤 린 애 들러의 실험실에 일 코넬 대학 시작 기금에 의해 지원 됩니다.

Materials

Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2) Fisher Chemical C79-3 Montjuïc salt solution
Magnesium Sulfate Anhydrous (MgSO4) Fisher Chemical M65-3 Montjuïc salt solution
Magnesium Chloride Hexahydrate (MgCl2) Acros/VWR 41341-5000 Montjuïc salt solution
Potassium Chloride (KCl) Acros Organics/VWR 196770010 Montjuïc salt solution
Sodium Chloride (NaCl) Acros Organics/VWR 207790050 Montjuïc salt solution
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) Acros Organics/VWR 123360010 Montjuïc salt solution
Nalgene autoclavable polypropylene copolymer lowboy with spigot ThermoFisher Scientific/VWR 2324-0015 Storing planaria water
Instant Ocean Sea Salt Spectrum Brands Amazon Planaria water
Gentamicin Sulfate Gemini Bio-products 400-100P Planaria water
Razor blades Electron Microscopy Sciences 71970 Mincing liver 
Disposable pastry bags-16”, 12 pack Wilton Amazon Liver aliquots
5 mL syringes BD/VWR 309647 Liver aliquots
Petri dishes-35mm/60mm Greiner Bio-One/VWR 82050-536/82050-544
Plastic containers (various sizes) Ziploc Amazon Housing planarians in static culture
Sodium Azide Sigma S2002
Transfer pipette Globe Scientific 138030
Forceps – Dumont Tweezer, Style 5 Electron Microscopy Sciences  72700-D (0203-5-PO)
Triton X-100 Sigma T8787
DAPI  ThermoFisher 62247
Streptavidin, Alexa Fluor 488 conjugate ThermoFisher S11223
Glycerol Fisher BioReagents BP229-1

References

  1. Tanaka, E. M., Reddien, P. W. The cellular basis for animal regeneration. Dev. Cell. 21, 172-185 (2011).
  2. Tanaka, E. M. The Molecular and Cellular Choreography of Appendage Regeneration. Cell. 165, 1598-1608 (2016).
  3. Curado, S., Stainier, D. Y. R., Anderson, R. M. Nitroreductase-mediated cell/tissue ablation in zebrafish: a spatially and temporally controlled ablation method with applications in developmental and regeneration studies. Nat. Protoc. 3, 948-954 (2008).
  4. White, D. T., Mumm, J. S. The nitroreductase system of inducible targeted ablation facilitates cell-specific regenerative studies in zebrafish. Methods. 62, 232-240 (2013).
  5. Smith-Bolton, R. K., Worley, M. I., Kanda, H., Hariharan, I. K. Regenerative growth in Drosophila imaginal discs is regulated by Wingless and Myc. Dev. Cell. 16, 797-809 (2009).
  6. Smith-Bolton, R. Drosophila Imaginal Discs as a Model of Epithelial Wound Repair and Regeneration. Adv. Wound Care. 5, 251-261 (2016).
  7. Newmark, P. A., Sánchez Alvarado, A. Not your father’s planarian: a classic model enters the era of functional genomics. Nat. Rev. Genet. 3, 210-219 (2002).
  8. Reddien, P. W., Sánchez Alvarado, A. Fundamentals of planarian regeneration. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 20, 725-757 (2004).
  9. Wagner, D. E., Wang, I. E., Reddien, P. W. Clonogenic neoblasts are pluripotent adult stem cells that underlie planarian regeneration. Science. 332, 811-816 (2011).
  10. Scimone, M. L., Kravarik, K. M., Lapan, S. W., Reddien, P. W. Neoblast specialization in regeneration of the planarian Schmidtea mediterranea. Stem Cell Reports. 3, 339-352 (2014).
  11. van Wolfswinkel, J. C., Wagner, D. E., Reddien, P. W. Single-cell analysis reveals functionally distinct classes within the planarian stem cell compartment. Cell Stem Cell. 15, 326-339 (2014).
  12. Adler, C. E., Seidel, C. W., McKinney, S. A., Sánchez Alvarado, A. Selective amputation of the pharynx identifies a FoxA-dependent regeneration program in planaria. Elife. 3, e02238 (2014).
  13. Adler, C. E., Sánchez Alvarado, A. PHRED-1 is a divergent neurexin-1 homolog that organizes muscle fibers and patterns organs during regeneration. Dev. Biol. 427, 165-175 (2017).
  14. Wong, M. C., Martynovsky, M., Schwarzbauer, J. E. Analysis of cell migration using Caenorhabditis elegans as a model system. Methods Mol. Biol. 769, 233-247 (2011).
  15. Margie, O., Palmer, C., Chin-Sang, I. C elegans chemotaxis assay. J. Vis. Exp. , e50069 (2013).
  16. Fang-Yen, C., Gabel, C. V., Samuel, A. D. T., Bargmann, C. I., Avery, L. Laser microsurgery in Caenorhabditis elegans. Methods Cell Biol. 107, 177 (2012).
  17. Tasaki, J., Uchiyama-Tasaki, C., Rouhana, L. Analysis of Stem Cell Motility In Vivo Based on Immunodetection of Planarian Neoblasts and Tracing of BrdU-Labeled Cells After Partial Irradiation. Methods Mol. Biol. 1365, 323-338 (2016).
  18. Roberts-Galbraith, R. H., Brubacher, J. L., Newmark, P. A. A functional genomics screen in planarians reveals regulators of whole-brain regeneration. Elife. 5, (2016).
  19. Arnold, C. P., et al. Pathogenic shifts in endogenous microbiota impede tissue regeneration via distinct activation of TAK1/MKK/p38. Elife. 5, (2016).
  20. Pearson, B. J., et al. Formaldehyde-based whole-mount in situ hybridization method for planarians. Dev. Dyn. 238, 443-450 (2009).
  21. LoCascio, S. A., Lapan, S. W., Reddien, P. W. Eye Absence Does Not Regulate Planarian Stem Cells during Eye Regeneration. Dev. Cell. 40, 381-391 (2017).
  22. Nishimura, K., et al. Regeneration of dopaminergic neurons after 6-hydroxydopamine-induced lesion in planarian brain. J. Neurochem. 119, 1217-1231 (2011).
  23. Wilson, D. F., Chance, B. Azide inhibition of mitochondrial electron transport. I. The aerobic steady state of succinate oxidation. Biochim. Biophys. Acta. 131, 421-430 (1967).
  24. Duncan, H. M., Mackler, B. Electron Transport Systems of Yeast: III. Preparation and properties of cytochrome oxidase. J. Biol. Chem. 241, 1694-1697 (1966).
  25. Buchan, J. R., Yoon, J. H., Parker, R. Stress-specific composition, assembly and kinetics of stress granules in Saccharomyces cerevisiae. J. Cell Sci. 124, 228-239 (2011).
  26. Cebrià, F. Organization of the nervous system in the model planarian Schmidtea mediterranea: An immunocytochemical study. Neurosci. Res. 61, 375-384 (2008).
  27. Shimoyama, S., Inoue, T., Kashima, M., Agata, K. Multiple Neuropeptide-Coding Genes Involved in Planarian Pharynx Extension. Zoolog. Sci. 33, 311-319 (2016).
  28. Ito, H., Saito, Y., Watanabe, K., Orii, H. Epimorphic regeneration of the distal part of the planarian pharynx. Dev. Genes Evol. 211, 2-9 (2001).
  29. Bueno, D., Espinosa, L., Baguñà, J., Romero, R. Planarian pharynx regeneration in tail fragments monitored with cell-specific monoclonal antibodies. Dev. Genes Evol. 206, 425-434 (1997).
  30. Hyman, L. . The invertebrates: Platyhelminthes and Rhynchocoela, the acoelomate Bilateria. , (1951).
check_url/fr/57168?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Shiroor, D. A., Bohr, T. E., Adler, C. E. Chemical Amputation and Regeneration of the Pharynx in the Planarian Schmidtea mediterranea. J. Vis. Exp. (133), e57168, doi:10.3791/57168 (2018).

View Video