La ablación quirúrgica de ensayo para estudio de la regeneración de los ojos en planarias

Summary

Este protocolo se muestra cómo extirpar consistentemente ojos planarias (tazas óptica) sin molestar a los tejidos circundantes. Usando una aguja de insulina y la jeringa, ya sea uno o ambos ojos pueden ser ablacionada para facilitar las investigaciones sobre los mecanismos que regulan la regeneración ojo, la evolución de la regeneración visual, y la base neural de la conducta inducida por la luz.

Abstract

En el estudio de células madre adultas y mecanismos regenerativos, gusanos planos planarian son un elemento básico en el sistema de modelo in vivo. Esto se debe en gran parte a su abundante población de células madre pluripotentes y capacidad de regenerar todos los tipos de células y tejidos después de las lesiones que serían catastróficas para la mayoría de los animales. Recientemente, las planarias han ganado popularidad como un modelo para la regeneración de los ojos. Su capacidad para regenerar todo el ojo (compuesto de dos tipos de tejidos: células de pigmento y fotorreceptores) permite la disección de los mecanismos que regulan la regeneración del sistema visual. ablación Eye tiene varias ventajas sobre otras técnicas (tales como la decapitación o perforadora) para examinar vías y mecanismos de ojo específico, el más importante de los cuales es que la regeneración se limita en gran parte a los tejidos del ojo solo. El propósito de este artículo de vídeo es demostrar cómo eliminar de forma fiable la copa óptica planaria sin perturbar el cerebro o en los tejidos circundantes.También se describe la manipulación de los gusanos y de mantenimiento de una colonia establecida. Esta técnica utiliza un 31 G, aguja de insulina 5/16 pulgadas para sacar quirúrgicamente a cabo la copa óptica de planarias inmovilizados en un plato frío. Este método abarca tanto la ablación simple y doble ojo, con los ojos en regeneración dentro de 1-2 semanas, lo que permite una amplia gama de aplicaciones. En particular, esta técnica de ablación se puede combinar fácilmente con pantallas farmacológicos y genéticos (ARN de interferencia) para una mejor comprensión de los mecanismos regenerativos y su evolución, las células madre del ojo y su mantenimiento, y las respuestas de comportamiento phototaxic y su base neurológica.

Introduction

Las planarias son una poderosa organismo modelo para el estudio de madre adultas regeneración mediada por células. Estos gusanos planos de agua dulce no parasitarias poseen la capacidad de regenerar cualquier y todos los tejidos perdidos, incluyendo su sistema nervioso central y el cerebro ^1. Estudió tan atrás como la década de 1700 ^2, los avances tecnológicos en el campo planaria durante los últimos 10-15 años (como un genoma secuenciado, hibridación in situ, inmunohistoquímica, RNA de interferencia (RNAi), y transcriptómica) han actualizado este organismo modelo histórico . En concreto, las planarias recientemente han ganado popularidad como un modelo emergente para la investigación del ojo ^3.

Planarias tienen ojos prototípicos con sólo dos tipos de tejido, las neuronas fotorreceptoras y las células de pigmento; esto ha permitido la caracterización de la población de células madre del ojo y demostrado que muchos de los mismos genes que regulan vertebrado ojo desarrollo se conservan en planarias ^{4, 5.} Las copas óptica están situados dorsalmente y compuestas de los blancos, las dendritas no pigmentados de las neuronas fotorreceptoras y las células de pigmento negro semi-lunares, y los ojos inervan el cerebro a través de un quiasma óptico. Además de ser un modelo para elucidar los procesos regenerativos ^6, el ojo planaria es muy adecuado para el estudio de la evolución de los mecanismos visuales ^7, las respuestas de comportamiento a la luz (planarias muestran fototaxis negativo) ^8, y las bases neurológicas del comportamiento ^9.

La regeneración de los ojos en planarias se ha estudiado en gran parte en dos contextos principales: como parte de regeneración de la cabeza después de la decapitación ^{4, 10,} y después de la escisión de sólo los tejidos del ojo ^{11, 12} </sup>. La mayoría de los estudios sobre la regeneración de las planarias ojos han utilizado el método de la decapitación, ya que es simple y directo. El método de escisión ojo planaria más común hasta la fecha ha sido a través de perforadora con un fino tubo capilar de vidrio ^{13, 14,} aunque algunos estudios también han realizado amputaciones justo detrás de los ojos (decapitación parcial) ^15. Sin embargo, todos estos métodos implican la pérdida de muchos tejidos que no sean sólo el ojo (tales como el cerebro, los intestinos y nefridios), complicando potencialmente la interpretación de los resultados. El protocolo de ablación ojo que aquí se presenta restringe la escisión de los tejidos del ojo (específicamente con exclusión de cerebro), resultando en datos que son más específicos para el ojo. Además, a diferencia de los gusanos decapitados que tienen 7-14 días para iniciar la alimentación, gusanos oculares ablación se alimentarán dentro de 24 h de ablación ^12, lo que permite experimentos de RNAi (donde RNAi se entrega a través de los alimentos) para ser performed simultáneamente.

A pesar de que la ablación del ojo es técnicamente más difícil de realizar con éxito de la decapitación, los estudios actuales que implican la extirpación del ojo no han incluido instrucciones detalladas sobre sus procedimientos. El objetivo de este artículo de vídeo es permitir a los investigadores para eliminar sistemáticamente la copa óptica planaria sin molestar a los tejidos cerebrales subyacentes y eliminar la menor cantidad de otros tejidos como sea posible. Este método puede ser utilizado tanto para la ablación simple y doble ojo y es aplicable a una amplia gama de investigaciones. Como la mayoría de los ensayos de regeneración, la ablación del ojo es muy adecuado para la combinación con las dos pantallas farmacológicos y genéticos (RNAi), así como los estudios de comportamiento. Aquí se describen los métodos para la manipulación de los gusanos, el mantenimiento de una colonia planaria, y la técnica de ablación ojo mismo.

Protocol

1. Cultura Animal y Manejo NOTA: Este protocolo utiliza mediterranea Schmidtea, una especie planarian diploides con un genoma secuenciado 16, 17 que se utiliza comúnmente para la investigación de regeneración. Sin embargo, el ensayo es el mismo éxito con otras especies, tales como Girardia tigrina y dorotocephala Girardia (que están disponibles en el comercio). Mantener gusanos en &q…

Representative Results

Para el primero después de la cirugía 1-2 h, los animales pueden muestran una disminución de movimiento en comparación con gusanos intactos (sin embargo, todavía se moverán). Si se desea, los gusanos se comerán dentro de las 24 h de la cirugía (por ejemplo, para la alimentación de RNAi). Cuando después de la regeneración ojo en los mismos individuos en el tiempo, asegúrese de tomar una fotografía de cada gusano tanto antes de la cirugía (intacto) y en 1 h post ablación (hp…

Discussion

Esta técnica de ablación ojo mejora sobre los métodos actuales (tales como perforadora) por exclusión de los tejidos del cerebro y la restricción de escisión principalmente a los tejidos del ojo. Con la práctica, esta técnica puede ser realizada por la mayoría de los individuos, de los técnicos con experiencia en microcirugía a los estudiantes universitarios sin experiencia, sino de conciencia. Se recomienda que esta técnica puede practicar muchas veces antes de usar ablaciones en experimentos, incluyendo (c…

Materials

Instant Ocean sea salts	Spectrum Brands	SS15-10	"10 Gallon" box  (net weight 3 lbs)
Kimwipes EX-L lint-free tissue wipe	Kimberly-Clark	34155	4.5 x 8.5 in
Whatman #2 filter paper	Sigma	WHA1002125	Circles, 125 mm diameter, white
Easy Touch Insulin syringe (with needle)	Pet Health Market	17175-04	U-100 1 cc syringe, 31-gauge 5/16 in needle
100 mm Petri dish	VWR	25384-342	100 x 15 mm
60 mm Petri dish	VWR	25384-092	60 x 15 mm
Dumont #5  forceps	Fine Science Tools	11254-20	Inox, straight tip , 11 cm
Transfer pipettes	Samco Scientific	225	Graduated, large bulb, 7.5 mL, non sterile
Parafilm M paraffin film	Brand	701606	4 in x 125 ft roll
12-well untreated tissue culture plate	VWR	15705-059	Untreated, flat bottom, sterile, Falcon brand
Plastic food containers (for colony)	Ziploc	Large rectangle	2.25 qt (2.12 L), 10" x 6 -3/4 " x 3 -3/16"
Planaria (Girardia tigrina)	Carolina Biological	132954	Sold as "Brown" Planaria; most often they are G. tigrina (aka Dugesia tigrina), but sometimes are G. dorotocephala (aka Dugesia dorotocephala); either will work.
Planaria (Schmidtea mediterranea)	n/a	n/a	S. mediterranea are not commercially available. At this time animals are only obtainable from laboratories that use them and have extra animals.
Brown paper towels	Grainger	2U229	9-3/16 x 9-3/8" 1-Ply Multifold Paper Towel, UNBLEACHED
Wash bottle (for worm water), optional	VWR	16650-275	Wash Bottles, Low-Density Polyethylene, Wide Mouth, 500 mL
Anti-synapsin antibody, optional	Developmental Studies Hybridoma Bank	3C11	Supernatant
Anti-arrestin antibody, optional	n/a	n/a	Not commercially available. Kind gift from Michael Levin, Tufts University
Nalgene Lowboy carboy with spigot (for storing worm water), optional	Nalge Nunc International Corporation	2324-0015	15 L,  polypropylene, low profile makes it easier to fill plastic colony containers
Custom Peltier plate, optional	Williams Machine, Foxboro, MA	n/a	Design specifics courtesy of Junji Morokuma, Tufts University:  Peltier plate is constructed of a standard thermoelectric heat pump (for example, All Electronics Corp Catalog # PJT-1, 30 mm2).  The square heat pump is covered with a thin mirrored surface, then placed inside a 30 mm2 square hole in a circular plexiglass form (~50 mm in diameter). This form is of similar thickness to the heat pump, and fits flush into a well tooled in the center of a round heat sink (~115 mm in diameter). The form/heat pump is  "anchored" to the sink with silicone base heat sink compound. The leads are threaded through holes drilled through both the form and the the heat sink. The bottom half of the heat sink is tooled into a "foot" that fits into the opening of your microscope's base plate.
DC power source (for Peltier plate), optional	B & K Precision	1665	Regulated Low Voltage DC Power Supply, 1-18 volts (DC), 1-10 amps.
Other common supplies
Gloves
Razor blade
Scissors
Dissecting scope with gooseneck lighting
Chopstick rests, optional