Induction de l'hypoxie dans les écrevisses vivantes de grenouille et de poisson zèbre
Summary
Nous présentons un nouveau système de chambre hypoxique à utiliser avec des organismes aquatiques tels que des embryons de grenouille et de poisson zèbre. Notre système est simple, robuste, rentable et permet l'induction et le maintien en puissance de l'hypoxie in vivo et jusqu'à 48 h. Nous présentons 2 méthodes reproductibles pour surveiller l'efficacité de l'hypoxie.
Abstract
Ici, nous introduisons un nouveau système pour l'induction de l'hypoxie, que nous avons développé pour étudier les effets de l'hypoxie chez les organismes aquatiques tels que les embryons de grenouille et de poisson zèbre. Notre système comprend une chambre avec une configuration simple qui est néanmoins robuste pour induire et maintenir une concentration et une température d'oxygène spécifiques dans n'importe quelle solution expérimentale de choix. Le système présenté est très rentable mais très fonctionnel, il permet l'induction et le maintien en puissance de l'hypoxie pour des expériences directes in vivo et pour différentes périodes jusqu'à 48 h.
Pour surveiller et étudier les effets de l'hypoxie, nous avons utilisé deux méthodes: la mesure des niveaux de facteur 1alpha inducible à l'hypoxie (HIF-1α) dans des embryons entiers ou des tissus spécifiques et la détermination de la prolifération des cellules souches de la rétine par 5-éthynyl-2'- Incorporation de désoxyuridine (EdU) dans l'ADN. Les niveaux de HIF-1α peuvent servir de marqueur d'hypoxie générale dans l'ensemble de l'embryon ou du tissuDe choix, ici la rétine embryonnaire. L'incorporation d'EdU dans les cellules proliférantes de la rétine embryonnaire est une production spécifique d'induction d'hypoxie. Ainsi, nous avons montré que les progéniteurs de rétine embryonnaire hypoxique diminuent la prolifération dans les 1 h d'incubation sous 5% d'oxygène des embryons de grenouille et de poisson zèbre.
Une fois maîtrisé, notre installation peut être utilisée pour être utilisée avec de petits organismes modèles aquatiques, pour des expériences directes in vivo , une période de temps donnée et sous une concentration d'oxygène normale, hypoxique ou hyperoxyde ou sous tout autre mélange de gaz donné.
Introduction
La recherche sur l'hypoxie comporte de nombreuses applications. Il s'agit notamment d'enquêter sur la pathogenèse et de développer des traitements pour les affections médicales caractérisées par une hypoxie 1 et une maladie aiguë de haute altitude 2 . Le stress hypoxique entraîne des changements métaboliques majeurs chez tous les organismes nécessitant de l'oxygène. Le stress hypoxique influence également la croissance et le développement du fœtus et la pathogenèse de plusieurs maladies humaines, y compris la restriction de la croissance intra-utérine 3 . Le stress hypoxique peut non seulement entraîner une réduction du poids à la naissance, la mortalité du foetus et du néonatale, mais aussi entraîner de nombreuses complications dans la vie adulte, telles que les maladies cardiovasculaires, le diabète de type 2, l'obésité et l'hypertension 4 . Le stress hypoxique est également souvent observé lors du développement de la tumeur solide, lorsque le tissu tumoral dépasse son apport sanguin. Il est donc crucial de pouvoir étudier les effets de l'hypoxie in vivo et directement pendant l'embryon Développement yonique.
Parmi les méthodes les plus connues qui ont été utilisées pour étudier les effets de l'hypoxie au cours du développement, il y a l'utilisation de chlorure de cobalt dans le milieu de croissance ou l'incubation de l'organisme dans une chambre hypoxique. Le chlorure de cobalt induit artificiellement une réponse hypoxique sous une concentration normale d'oxygène, en raison de son rôle dans la stabilisation du facteur 1 inducible par l'hypoxie (HIF-1α) en empêchant sa dégradation protéosomale 5 , 6 , 7 . Cependant, étant une méthode pratique 8 , l'utilisation de chlorure de cobalt ainsi que d'autres mimétiques d'hypoxie chimique similaires peut avoir un effet délétère non spécifique sur les cellules et les tissus, par exemple , l'apoptose 9 . Par conséquent, les chambres hypoxiques sont une meilleure méthode pour l'induction de «l'hypoxie naturelle» dans les organismes vivants au cours du développement normal.
Nous nous sommes concentrés sur le développement d'un système d'induction de l'hypoxie chez les embryons d'animaux aquatiques. Les grenouilles et le poisson zèbre sont devenus des organismes modèles informatifs à base de vertébrés pour des études sur de nombreux processus biologiques, ainsi que des modèles pour diverses maladies humaines. Se développent à l'extérieur, éliminant la complication de la compensation maternelle. En outre, un développement rapide permet de manipuler les facteurs environnementaux et d'observer les changements phénotypiques dans la formation des organes en temps réel. En outre, de nombreux composants des voies principales de transduction du signal sont fortement conservés Ces organismes modèles et ont été caractérisés en détail par une large littérature. Le principal avantage de l'utilisation de grenouilles et d'embryons de poissons zèbres pour étudier les effets de l'hypoxie sur le développement des vertébrés est que tous les processus peuvent être surveillés directement, car l'oxygène pénètre rapidement dans les embryons. Ainsi, dans les grenouilles et le poisson zèbre, contrairement aux autres organismes modèles tels queEmbryons de souris, l'influence d'une concentration d'oxygène spécifique peut être étudiée dans le tissu d'intérêt, sans tenir compte de la présence ou du manque de système vasculaire fonctionnel.La plupart des configurations disponibles dans le commerce pour l'incubation hypoxique présentent l'inconvénient d'être relativement importantes et d'avoir des coûts de fonctionnement élevés. Outre leur coût initial élevé et leur consommation de gaz, l'équilibrage et l'entretien des chambres communes d'hypoxie nécessitent un maintien de l'atmosphère hypoxique constante contre le gradient de gaz qui se produit naturellement dans ces chambres en raison de leur plus grande taille et / ou de leur respiration. Cela nécessite l'emploi de ventilateurs à gaz et un système de refroidissement, ce qui augmente la quantité d'équipement nécessaire supplémentaire, entrave la dextérité du chercheur et diminue globalement la simplicité de la procédure expérimentale. En revanche, la configuration que nous présentons ici est relativement robuste mais très rentable, petite, facile à établir et permet fÉquilibre économique des gaz, atmosphère hypoxique stable et échange simple de matériaux et de solutions dans la chambre. Notre système peut être utilisé pour être utilisé avec n'importe quel organisme modèle aquatique d'intérêt.
Nous avons construit une chambre hypoxique qui est commodément petite et donc peut être placée dans un incubateur de laboratoire commun, ce qui permet facilement des procédures expérimentales à n'importe quelle température spécifique. Offrant un contrôle pratique de la température ainsi que de la concentration d'oxygène dans le milieu, l'avantage de notre système contre les incubateurs d'hypoxie disponibles dans le commerce réside dans sa petite taille et son rapport coût-efficacité. Ainsi, notre configuration peut être établie en utilisant des fournitures de laboratoire générales disponibles pour la majorité des laboratoires de recherche et ne nécessite aucun matériau coûteux. En outre, notre installation ne génère pas de chaleur, contrairement aux incubateurs d'hypoxie disponibles dans le commerce, et permet une utilisation à des températures inférieures à la température ambiante placées dans un incubateur. La laSt est particulièrement critique pour le travail avec des organismes à sang froid tels que les grenouilles et les poissons où les taux de développement et métabolisme dépendent fortement de la température.
Étant très rentable et facilement construit, notre chambre d'incubation de gaz est néanmoins très polyvalente dans l'établissement de diverses conditions hypoxiques ou hyperoxiques, tout en permettant une administration rapide et facile de différents supports et solutions pour un grand nombre de conditions expérimentales. En outre, en utilisant une plaque de 24 puits au lieu des plats couramment utilisés ou des réservoirs de laboratoire 10 , 11 , 12 , notre système permet l'observation et le traitement expérimental de plusieurs conditions mutantes à la fois.
Pour contrôler l'induction correcte de l'hypoxie, nous avons surveillé les niveaux de la protéine HIF-1α par détection Western Blot. En outre, le nombre de cellules proliférantes avant et après incubationN dans la chambre hypoxique peut être utilisé pour déterminer si l'hypoxie a été induite dans le tissu. Cette méthode est basée sur nos résultats précédemment publiés 13 , montrant que la prolifération du nerf embryonnaire de cellules souches rétiniennes diminue lors de l'induction de l'hypoxie. Ainsi, nous avons surveillé le niveau de prolifération des cellules souches de la rétine en ajoutant de la 5-éthynyl-2'-désoxyuridine (EdU) au milieu embryonnaire et en mesurant son incorporation dans l'ADN des cellules nouvellement proliférantes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous avons présenté une nouvelle méthode simple mais robuste pour induire une hypoxie qui est ajustée pour être utilisée avec des embruns de grenouille et de poisson zèbre mais peut également être adaptée à d'autres organismes aquatiques. L'avantage majeur de cette méthode réside dans sa simplicité et sa rentabilité. Néanmoins, les résultats obtenus avec cette méthode sont très robustes. Nous avons montré que l'hypoxie peut être efficacement induite dans la chambre à la fois dans d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le soutien de Wellcome Trust SIA Award 100329 / Z / 12 / Z à WAH et la bourse DFG KH 376 / 1-1 décerné à HK
Materials
| Sodium chloride | Sigma | S7653 | NaCl / 0.1X MBS, Embryo medium, 10X TBST |
| Potassium chloride | Sigma | P9333 | KCl / 0.1X MBS, Embryo mediu, |
| Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | NaHCO3 / 0.1X MBS |
| HEPES | Sigma | H3375 | 0.1X MBS |
| Magnesium sulfate | Sigma | M7506 | MgSO4 / 0.1X MBS, Embryo medium |
| Calcium nitrate | Sigma | 202967 | Ca (NO3)2 / 0.1X MBS |
| Calcium chloride | Sigma | C1016 | CaCl2 / 0.1X MBS, Embryo medium |
| Methylene blue | Sigma | M9140 | Embryo medium |
| Pregnant mare serum gonadotropin | Sigma | CG10 | frog fertilization |
| Zebrafish breeding tank | Carolina | 161937 | gas chamber construction |
| 24-well plate | Thermo Scientific | 142475 | Nunclon Delta Surface, for gas chamber construction |
| Epoxy resin | RS Components UK | Kit 199-1468 | |
| Gas distributor valve | WPI Luer Valves | Kit 14011 | aquatic tank attachment (Schema 1, H) |
| High precision gas valve | BOC | 200 bar HiQ C106X/2B | gas tank attachment (Schema 1, I) |
| 5% oxygen and 95% N2 gas tank | BOC | 226686-L | hypoxic gas mixture |
| ceramic disc diffuser | CO2 Art | Glass CO2 Nano Aquarium Diffuser, DG005DG005 | Schema 1, J |
| silicone grease | Scientific Laboratory Supplies | VAC1100 | Schema 1, K |
| oxymeter | Oxford Optronix | Oxylite, CP/022/001 | hypoxic chamber setup |
| fibre-optic dissolved oxygen sensor | Oxford Optronix | HL_BF/OT/E | hypoxic chamber setup |
| plastic pasteur pipette | Sterilin | STS3855604D | for embryo transfer |
| MS222 | Sigma Aldrich | E10521-50G | embryo anesthetic |
| RIPA buffer | Sigma | R0278-50ML | tissue homogenization |
| Protease inhibitor | Sigma | P8340 | tissue homogenization |
| Tris | Sigma | 77-86-1 | 4X Laemmli loading buffer, 10X TBST |
| Glycerol | Sigma | G5516 | 4X Laemmli loading buffer |
| Sodium Dodecyl Sulfate | Sigma | L3771 | SDS, 4X Laemmli loading buffer, 5X Running buffer |
| beta-Mercaptoethanol | Sigma | M6250 | 4X Laemmli loading buffer |
| Bromophenol Blue | Sigma-Aldrich | B0126 | 4X Laemmli loading buffer |
| Trizma base | Sigma | 77-86-1 | 5X Running buffer, Transfer buffer |
| Glycine | Sigma | G8898 | 5X Running buffer, Transfer buffer |
| Methanol | Sigma | 34860 | Transfer buffer |
| Tween 20 | Sigma | P2287-500ML | 10X TBST |
| skim milk powder | Sigma | 70166 | Blocking Solution |
| Eppendorf microcentrifuge tube | Sigma | T9661 | |
| tissue homogenizer | Pellet Pestle Motor Kontes | Z359971 | tissue homogenization |
| pellet pestles | Sigma | Z359947-100EA | tissue homogenization |
| precast 12% gel | Biorad | Mini-ProteinTGX, 456-1043 | Western Blot |
| protein ladder | Amersham | Full-Range Rainbow ladder, RPN800E | Western Blot |
| nitrocellulose membrane (0.45 µm) | Biorad | 162-0115 | Western Blot |
| anti-HIF-1α antibody | Abcam | ab2185 | Western Blot |
| anti-α-tubulin antibody | Sigma | T6074 | Western Blot |
| goat anti-rabbit antibody | Abcam | ab6789 | Western Blot |
| goat anti-mouse antibody | Abcam | ab97080 | Western Blot |
| Pierce ECL 2 reagent | Thermo Scientific | 80196 | Western Blot |
| ECL films Hyperfilm | GE Healthcare Amersham | 28906837 | Western Blot |
| 5-Ethynyl-2′-deoxyuridine | santa cruz | CAS 61135-33-9 | EdU, EdU incorporation |
| Phosphate-buffered Saline | Oxoid | BR0014G | 1X PBS |
| Formaldehyde | Thermo Scientific | 28908 | Fixation solution |
| Sucrose | Fluka | S/8600/60 | Solution solution |
| Triton X-100 | Sigma | T9284-500ML | PBST |
| Heat-inactivated Goat Serum | Sigma | G6767-100ml | HIGS, Blocking solution (EdU incorporation) |
| 4',6-diamidino-2-phenylindole | ThermoFisher Scientific | D1306 | DAPI, EdU incorporation |
| Dimethyl sulfoxide | Molecular Probes | C10338 | DMSO, EdU incorporation |
| glass vial | VWR | 98178853 | EdU incorporation analysis |
| Tissue-Plus optimal cutting temperature compound | Scigen | 4563 | embedding medium, EdU incorporation analysis |
| cryostat Jung Fridgocut 2800E | Leica | CM3035S | EdU incorporation analysis |
| microscope slides Super-Frost plus Menzel glass | Thermo Scientific | J1800AMNZ | EdU incorporation analysis |
| EdU Click-iT chemistry kit | Molecular Probes | C10338 | EdU incorporation analysis |
| FluorSave | Calbiochem | D00170200 | mounting medium, EdU incorporation analysis |
| coverslips | VWR | ECN631-1575 | EdU incorporation analysis |
| fluorescent microscope | Nikon | Eclipse 80i | EdU incorporation analysis |
| confocal scanning microscope | Olympus | Fluoview FV1000 | EdU incorporation analysis |
| Volocity software | PerkinElmer | Volocity 6.3 | EdU incorporation analysis |
Riferimenti
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