Erstellung von Vogel-Vorderhirn-Chimären zur Beurteilung der Gesichtsentwicklung
Summary
Dieser Artikel beschreibt eine Gewebetransplantationstechnik, die entwickelt wurde, um die Signal- und Musterbildungseigenschaften des basalen Vorderhirns während der kraniofazialen Entwicklung zu testen.
Abstract
Der Vogelembryo wird seit mehr als einem Jahrhundert als Modellsystem verwendet und hat zu einem grundlegenden Verständnis der Entwicklung von Wirbeltieren geführt. Eine der Stärken dieses Modellsystems besteht darin, dass die Wirkung und Interaktion zwischen Geweben direkt in chimären Embryonen beurteilt werden kann. Wir haben bereits gezeigt, dass Signale aus dem Vorderhirn zur Morphogenese des Gesichts beitragen, indem sie die Form der Expressionsdomäne von Sonic hedgehog (SHH) in der frontonasalen ektodermalen Zone (FEZ) regulieren. In diesem Artikel wird die Methode zur Erzeugung der Vorderhirnchimären beschrieben und die Ergebnisse dieser Experimente veranschaulicht.
Introduction
Ein Großteil der aktuellen Forschung in der Entwicklungsbiologie konzentriert sich auf die Rolle der Gene bei der Formung von Embryonen. Es gibt gute Werkzeuge, um Entwicklungsmechanismen aus genetischer Sicht zu untersuchen. Embryonen werden jedoch als Reaktion auf Gewebeinteraktionen zusammengesetzt und durchlaufen eine Morphogenese. Das Vogelsystem ist ein klassisches Instrument, um die Vielfalt der Gewebeinteraktionen zu beurteilen, die die Entwicklung regulieren, und zwar aus folgenden Gründen: Die Embryologie ist gut verstanden, die Embryonen sind leicht zugänglich, die Werkzeuge zur Analyse der Vogelsysteme sind gut entwickelt und die Embryonen sind kostengünstig.
Das Transplantationssystem von Vögeln wird seit fast einem Jahrhundert häufig zur Rückverfolgung von Abstammungslinien und zur Beurteilung von Gewebeinteraktionen während der Entwicklung eingesetzt 1,2,3,4. Dieses System wurde verwendet, um ein Signalzentrum, die frontonasale ektodermale Zone (FEZ), zu untersuchen, die die Morphogenese des Oberkiefers reguliert5, und es wurde ein Video veröffentlicht, das diese Technik zuvor beschriebenhat 6. Neben Wachtel-Küken wurden auch andere Arten verwendet, um Chimären für die Analyse von Gewebeinteraktionen zu erzeugen. Zum Beispiel wurde die Maus-FEZ vonWildtyp-7– und mutierten Mäusen8 transplantiert, und andere haben ein Enten-, Wachtel- und Kükensystem verwendet, um die Rolle der Neuralleiste bei der Strukturierung des Gesichtsskelettszu untersuchen 9,10,11,12.
In dieser Arbeit wurde die Rolle des Vorderhirns bei der Regulation des Genexpressionsmusters in der FEZ durch die reziproke Transplantation des ventralen Vorderhirns zwischen Wachtel-, Enten- und Kükenembryonen untersucht, da ein Signal aus dem Vorderhirn benötigt wird, um die Expression von Sonic hedgehog in der FEZ zu induzieren. Vorderhirntransplantationen sind kein Einzelfall auf diesem Gebiet. Diese Transplantate wurden verwendet, um die Entwicklung der Motilität in Wachtel- und Entenembryonenzu beurteilen 13, obwohl in diesen Experimenten auch Gewebe transplantiert wurden, die zu nicht-neuronalen Derivaten beitrugen. In anderen Arbeiten wurden Hörkreise bei Vögeln durch Vorderhirntransplantation untersucht14, aber diese Transplantate enthielten mutmaßliche Neuralleistenzellen, die zur Gesichtsformbeitragen 9,10 und an der Regulierung der SHH-Expression im FEZbeteiligt sind 15. Daher wurde ein System entwickelt, bei dem nur das ventrale Vorderhirn von einer Vogelart auf eine andere transplantiert wird, bevor das Neuralrohr verschlossen wird, um die Rolle des Gehirns bei der Gesichtsformzu beurteilen 16 (Abbildung 1A,B). Bei dieser Methode kam es zu keiner Neuralleistenkontamination des Transplantats. In diesem Artikel wird die Methode veranschaulicht, die erwarteten Ergebnisse beschrieben und die Herausforderungen diskutiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die beschriebene Methode erlaubt es, die Gewebeinteraktionen zwischen dem basalen Vorderhirn und dem angrenzenden Ektoderm zu untersuchen. Dieser Ansatz unterscheidet sich von bisherigen Vorderhirntransplantationsmethoden dadurch, dass das Spendergewebe auf das ventrale Vorderhirn beschränkt war. Dadurch wird die Transplantation der Neuralleistenzellen eliminiert, von denen gezeigt wurde, dass sie an der Musterung der Gesichtsmorphologie beteiligt sind 9,10. Dah…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die in dieser Veröffentlichung berichteten Forschungsarbeiten wurden vom National Institute of Dental and Craniofacial Research der National Institutes of Health unter den Fördernummern R01DE019648, R01DE018234 und R01DE019638 unterstützt.
Materials
| 1x PBS | TEK | TEKZR114 | |
| 35×10 mm Petri dish | Falcon | 1008 | |
| DMEM | Thermofisher | 11965084 | |
| Needle holder | Fine Science Tools | 26016-12 | |
| Neutral Red | Sigma | 553-24-2 | |
| No. 5 Dumont forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
| Pasteur Pipets | Thermofisher | 13-678-6B | |
| QCPN antibody | Developmental Studies Hybridoma bank, Iowa University, Iowa, USA | ||
| Scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Tungsten Needle | Fine Science Tools | 26000 |
References
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