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Les explants permettent de quantifier les changements de forme à grande échelle en 3D. Pour illustrer cela, nous avons explanté la somite quatre (N = 3) à partir d’embryons précoces de poisson-zèbre obtenus à partir d’un croisement entre des lignées hétérozygotes Utr ::mCherry (Tg(actb2 :mCherry-Hsa.UTRN) ; e119Tg) et H2B ::GFP (Tg(h2az2a :h2az2a-GFP) ; kca6Tg). L’utrophine est une protéine liant l’actine, et la ligne Utr ::mCherry montre la distribution des structures d’actine filamenteuses. Ce transgène a été utilisé ici comme marqueur pour les contours cellulaires. H2B ::GFP est une histone marquée par fluorescence et marque par conséquent la distribution de la chromatine, fournissant une description efficace de l’emplacement et de la forme nucléaires, ainsi que des figures mitotiques qui mettent en évidence la division cellulaire.
Nous avons évalué le succès du protocole d’explantation lors de l’imagerie. Nous avons observé que chez un somite endommagé lors de la dissection, soit l’intégrité du tissu du somite est compromise, avec de nombreuses cellules se dissociant et extrudant du somite explanté, et/ou de nombreuses cellules mourant, ce qui peut être noté par la présence de noyaux fragmentés dans le canal nucléaire. Les explants réussis sont restés sains pendant 4 à 6 heures, après quoi des changements dans l’intégrité du somite ont été observés, les cellules se dissociant de l’explant et mourant.
Dans le canal utrophine, nous avons effectué une segmentation manuelle des explants dans MATLAB (R2018b) sur des tranches z espacées tous les 10 μm. Nous avons développé un algorithme de segmentation personnalisé dans MATLAB, qui peut être téléchargé gratuitement (https://github.com/sundar07/SomSeg). Dans l’algorithme, le fichier, le cadre et la tranche z à segmenter peuvent être définis, suivis d’une invite de l’utilisateur, ce qui permet de dessiner manuellement un contour autour de la région d’intérêt. Cela a été répété pour plusieurs coupes z et tracé, ce qui a montré l’arrondi des explants au fil du temps en 3D (Figure 3A). De plus, des informations complémentaires sur la forme des tissus à l’aide du canal nucléaire ont également été obtenues. Pour cela, nous avons utilisé Mastodon (version 1.0.0-beta-19, https://github.com/mastodon-sc/mastodon), un plugin FIJI15 , pour obtenir les positions des centroïdes des noyaux grâce à la détection ponctuelle. Nous avons d’abord converti les fichiers tif du microscope au format xml/hdf5 dans FIJI, après quoi un nouveau projet a été ouvert à l’aide du plugin Mastodon. Dans le plugin, nous avons choisi l’option de détection ponctuelle, où nous avons défini une région d’intérêt qui couvrait l’explant et utilisé la différence de détecteur gaussien d’un diamètre de 5 μm et d’un facteur de qualité de 25 pour la détection des taches. Nous avons ensuite transféré les positions centroïdes des noyaux dans MATLAB et utilisé une fonction intégrée (convhull) pour obtenir une enveloppe convexe (Figure 3B), qui a caractérisé la géométrie de l’explant. De même, on a vu l’arrondi des explants dans le temps (figure 3B). Les données des noyaux permettent en outre de quantifier les mouvements cellulaires en suivant en 3D l’évolution du nombre de cellules au fil du temps. D’autre part, le canal utrophine permet de quantifier les changements de forme cellulaire à mesure que les explants s’arrondissent. Ensemble, ces paramètres sont précieux pour caractériser les propriétés intrinsèques des matériaux des somites, ce qui aide à développer des descriptions physiques efficaces des changements de forme à l’échelle des tissus.
Les explants permettent également de caractériser les contraintes de contact avec les tissus voisins de manière quantitative. Pour illustrer cela, nous avons isolé manuellement deux somites et les avons placés à proximité immédiate et observé leur dynamique (N = 2). Pour cette expérience, l’orientation des somites par rapport aux axes corporels in vivo n’a pas été suivie. Il est intéressant de noter qu’au fil du temps, les somites explantés ont adhéré les uns aux autres le long d’une surface, tandis que les surfaces libres, c’est-à-dire les régions éloignées du site de contact, se sont arrondies vers le haut (Figure 4). Cela suggère que les forces d’adhérence surmontent les contraintes générées par la tension superficielle aux sites de contact dans les explants. Cela peut être caractérisé en suivant les changements de forme décrits ci-dessus et en quantifiant les angles de contact entre les deux tissus au fil du temps en 3D. Ainsi, les explants fournissent un système attrayant pour quantifier les forces concurrentes en action qui conduisent à des formes tissulaires spécifiques, dont les implications peuvent ensuite être explorées in vivo.

Figure 1 : Préparation d’explants mono-somite. L’embryon de poisson-zèbre (A) est d’abord déchorionné (B), suivi de l’ablation de la peau et du vitellus (C). La région de l’embryon contenant le somite est ensuite sélectionnée en enlevant le reste des tissus (D, E). Les régions autour du somite d’intérêt sont ensuite retirées en série (F-H) pour finalement isoler un seul somite (I), suivie d’une imagerie en accéléré à l’aide d’un microscope à feuillet de lumière (section en Z centrale du somite illustrée ici) (J). Abréviations : S = somite ; N = notochorde ; LPM = mésoderme de la plaque latérale ; A = antérieur ; P = postérieur. Les lignes pointillées indiquent les positions de coupe. Barre d’échelle = 50 μm dans tous les panneaux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Assemblage d’une chambre d’imagerie à feuillet léger. (A-D) Une bande de membrane FEP (dimensions en (B)) est enroulée autour du support de membrane, fixée sur la chambre d’imagerie et la membrane est collée à la chambre d’imagerie. (E-F) Le lendemain, le support de membrane est retiré et un moule d’imagerie (dimensions en (E)) est placé au centre de la chambre d’imagerie dans une agarose à bas point de fusion. L’ensemble de l’unité est maintenu à 4 °C pendant 30 min, après quoi le moule est retiré et la chambre avec l’auge est utilisée pour l’imagerie des explants. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Analyse 3D de formes de tissus. (A) Les contours des cellules ont été visualisés avec de l’utrophine marquée par fluorescence (Utr ::mCherry) et les noyaux ont été visualisés avec des histones marquées par fluorescence (H2B ::GFP). Les contours de l’explant ont été segmentés manuellement à plusieurs profondeurs à l’aide de MATLAB et présentés ici. (B) Des noyaux (rouges) ont été détectés dans le même explant à l’aide de Mastodon, un plugin FIJI, et soumis à une enveloppe convexe (cyan), qui informe sur la géométrie de l’explant. Notez que l’arrondi des explants est évident dans les deux analyses. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Les somites explantés adhèrent les uns aux autres. Deux somites isolés d’embryons et placés manuellement à proximité ont tendance à adhérer dans le temps (N = 2). Plusieurs coupes z avec un intervalle d’image de 2 min ont été acquises à l’aide d’un microscope à feuillet de lumière et des sections centrales de somites à partir de points temporels sélectionnés sont montrées ici. Les contours des cellules ont été visualisés avec de l’utrophine marquée par fluorescence (Utr ::mCherry). Barre d’échelle = 25 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.