Ksenopusta etkili hızlı kan perfüzyonu
Summary
Burada, transkriptomik ve proteomik çalışmalar için Afrika pençeli kurbağalarından doku örnekleri hazırlamak için etkili bir hızlı kan perfüzyon protokolü sunulmaktadır.
Abstract
Xenopus , 100 yılı aşkın bir süredir omurgalı gelişimini ve hastalığını anlamak için güçlü model organizmalar olmuştur. Burada, Xenopus’ta, tüm dokularda kanın tutarlı ve sert bir şekilde azaltılmasını amaçlayan hızlı bir kan perfüzyon protokolü tanımlanmıştır. Perfüzyon, bir iğnenin doğrudan kalbin ventrikülüne sokulması ve heparinize fosfat tamponlu salinin (PBS) vasküler sistem yoluyla pompalanmasıyla gerçekleştirilir. İşlem hayvan başına yaklaşık 10 dakika içinde tamamlanabilir. Kan, birkaç bol miktarda protein ve hücre tipi tarafından yönetilir ve bu proteinler diğer moleküllerin ve hücre tiplerinin çoğunu maskelediği için sayısız sorun yaratır. Yetişkin Xenopus dokularının kantitatif proteomik ve tek hücreli transkriptomik ile tekrarlanabilir karakterizasyonu, organ örneklemesinden önce bu protokolün uygulanmasından fayda sağlayacaktır. Doku örneklemesi protokolleri eşlik eden makalelerde tanımlanmıştır. Bu prosedürler, Xenopus’ta farklı cinsiyet, yaş ve sağlık durumuna, özellikle X. laevis ve X . tropicalis’e sahip uygulamaların standartlaştırılmasını amaçlamaktadır.
Introduction
Amfibilerin tüm vücut perfüzyonu, 1,2,3,4,5,6’nın korunması vesabitlenmesi amacıyla rutin olarak tamamlanır. Bununla birlikte, bu prosedürler hayvan başına alınabilecek taze numune sayısını sınırlayan bir oranda gerçekleşir. Bu çalışmanın amacı, tekniğin hızına öncelik vererek Xenopus’ta etkili bir kan perfüzyon protokolü geliştirmektir. Protokol, X. tropicalis için hayvan başına 10 dakikadan az ve X. laevis hayvanı başına 15 dakikadan az sürer. İkincil öncelikler, çoğaltma kolaylığı ve kolayca elde edilen ekipmanların kullanılmasıdır, böylece yüksek kaliteli numuneler Xenopus laboratuvarları arasında yaygın olarak paylaşılabilir.
Xenopus kurbağaları, türler arasında korunan temel biyolojik ve patolojik süreçleri incelemek için biyomedikal araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tetrapod, memelilerle diğer su modellerinden daha yakın bir evrimsel ilişkiye sahiptir, akciğerlere, üç odacıklı bir kalbe ve basamaklı uzuvlara sahiptir. Uluslararası toplum, derinlemesine hastalık modellemesi ve hastalıkla ilişkili gen fonksiyonunun moleküler analizi yoluyla insan hastalığını daha iyi anlamak için Xenopus’u etkili bir şekilde kullanmaktadır. Xenopus’un bir hayvan modeli olarak sayısız avantajı, onları insan gelişiminin ve hastalığının moleküler temelini incelemek için paha biçilmez araçlar haline getirir; Bu avantajlar şunlardır: büyük yumurta ve embriyo boyutu, yüksek doğurganlık, barınma kolaylığı, hızlı dış gelişim ve genomik manipülasyon kolaylığı. Xenopus’un tanımlanan insan hastalığı genlerinin ~% 80’ini paylaştığı tahmin edilmektedir7.
Popüler memeli modelleriyle karşılaştırıldığında, Xenopus, morfolino yıkma kolaylığı ve CRISPR8 kullanarak verimli transgeniklerin ve hedeflenen gen mutasyonlarının mevcudiyeti ile hızlı, uygun maliyetli bir modeldir. Kantitatif kütle spektrometrisi ve tek hücreli transkriptomik, Xenopus embriyolarına 9,10 başarıyla uygulanmıştır, ancak Xenopus laevis’in yakın tarihli bir hücre atlası, çoğu dokunun bileşiminin kan hücresi tipleri11 tarafından domine edildiğini göstermektedir. Dokuyu hızlı bir şekilde ekssanguine eden bir teknik geliştirilerek ve soğutulmuş ortam kullanılarak, numunenin tazeliği perfüzyondan minimum düzeyde etkilenir. Bu, özellikle amacın fizyolojik olarak bozulmamış mRNA veya protein ekspresyonunun profilini çıkarmak olduğu uygulamalar için önemlidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol, koelomik kaviteye erişmek için geleneksel diseksiyon tekniklerini tanımlar. Diğer teknikler de, dokulara minimum zarar vermeleri, kalbe erişilebilir olmaları ve akciğer ve midenin görünür olması koşuluyla kabul edilebilir. Benzer şekilde, listelenen çoğu diseksiyon aleti kolayca karşılaştırılabilir öğelerle değiştirilebilir.
Bu prosedürün etkinliğini optimize etmek için girişimlerde bulunulmuş olsa da, sonuçlar kişinin deneyimine ve bireysel kurbağ…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NIH’nin OD R24 hibe OD031956 ve NICHD R01 hibe HD073104 tarafından desteklenmiştir. Darcy Kelly’ye bu protokolle ilgili yararlı tartışmalar ve ilk girdiler için teşekkür ederiz. Ayrıca Samantha Jalbert, Jill Ralston ve Wil Ratzan’a yardım ve destekleri için ve üç isimsiz hakemimize geri bildirimleri için teşekkür ederiz.
Materials
| 5x Magnifying glass with LED light and stand | amazon.com | B08QJ6J8P1 | light must not produce heat |
| Disposable transfer pipets | VWR | 414004-036 | |
| Dissecting fine-pointed forceps | Fisher Scinetific | 08-875 | |
| Dissecting scissors sharp piont, straight 6.5" | VWR | 76457-374 | |
| Dissection tray | Fisher Scinetific | 14-370-284 | styrofoam sheets are an acceptable alternative |
| Euthanasia container | US Plastic | Item 2860 | alternative opaque containers acceptable |
| Euthanasia container lid | US Plastic | Item 3047 | |
| Fine dissection pins | Living Systems Instrumentation | PIN-#3 | |
| General use hypodermic needles, 22 G | Fisher Scientific | 14-826-5A | for X. laevis |
| General use hypodermic needles, 25 G | Fisher Scientific | 14-826AA | for X. tropicalis |
| Heparin, porcine intestinal mucosa | MilliporeSigma | 37-505-410MG | |
| Iridectomy scissors 6" | vwr | 470018-938 | iris scissors are an acceptable alternative |
| Luer-to-barb adapter male Luer with lock ring | amazon.com | B09PTX6M2Z | size will be dependant on the hosing of the pump used |
| Mayo-Hegar needle holder | Fisher Scinetific | 08-966 | mosquito forceps are an acceptable alternative |
| MS-222: Syncaine (formerly tricaine) | Pentair AES | TRS1 | |
| PBS 1x | Corning | 21-040-CV | |
| Peristaltic liquid pump dosing pump 5–100 mL/min | amazon.com | B07PWY4SM6 | any peristaltic pump capable of pumping 5-10mL/min is acceptable |
| Sharpening stone | VWR | 470150-112 | optional; for dulling needles |
| Sodium bicarbonate, powder, USP | Fisher Scientific | 18-606-333 | |
| Specimen forceps, serrated | VWR | 82027-442 | |
| T-Pins for dissecting | Fisher Scinetific | S99385 | |
| Ultra-fine short insulin syringes, 31 G | VWR | BD328438 | |
| Wire flush cutters, 6-inch ultra sharp & powerful side cutter clippers | amazon.com | B087P191LP |
Riferimenti
- Saltman, A. J., Barakat, M., Bryant, D. M., Brodovskaya, A., Whited, J. L. DiI perfusion as a method for vascular visualization in Ambystoma mexicanum. Journal of Visualized Experiments. (124), e55740 (2017).
- Lametschwandtner, A., Minnich, B. Microvascular anatomy of the brain of the adult pipid frog, Xenopus laevis (Daudin): A scanning electron microscopic study of vascular corrosion casts. Journal of Morphology. 279 (7), 950-969 (2018).
- Lametschwandtner, A., Minnich, B. Microvascular anatomy of the urinary bladder in the adult African clawed toad, Xenopus laevis: A scanning electron microscope study of vascular casts. Journal of Morphology. 282 (3), 368-377 (2021).
- Lametschwandtner, A., et al. Microvascular anatomy of the gallbladder of the adult South African clawed toad, Xenopus laevis Daudin: A scanning electron microscope study of vascular corrosion casts. Microscopy and Microanalysis. 13, 492-493 (2007).
- Lametschwandtner, A., Spornitz, U., Minnich, B. Microvascular anatomy of the non-lobulated liver of adult Xenopus laevis: A scanning electron microscopic study of vascular casts. Anatomical Record. 305 (2), 243-253 (2022).
- Miodoński, A. J., Bär, T. Arterial supply of the choriocapillaris of anuran amphibians (Rana temporaria, Rana esculenta). Scanning electron-microscopic (SEM) study of microcorrosion casts. Cell and Tissue Research. 249 (1), 101-109 (1987).
- Nenni, M. J., et al. Xenbase: Facilitating the use of Xenopus to model human disease. Frontiers in Physiology. 10, 154 (2019).
- Tandon, P., Conlon, F., Furlow, J. D., Horb, M. E. Expanding the genetic toolkit in Xenopus: Approaches and opportunities for human disease modeling. Biologia dello sviluppo. 426 (2), 325-335 (2017).
- Peshkin, L., et al. The protein repertoire in early vertebrate embryogenesis. bioRxiv. , (2019).
- Briggs, J. A., et al. The dynamics of gene expression in vertebrate embryogenesis at single-cell resolution. Science. 360 (6392), (2018).
- Liao, Y., et al. Cell landscape of larval and adult Xenopus laevis at single-cell resolution. Nature Communications. 13 (1), 4306 (2022).
- AVMA (American Veterinary Medical Association). AVMA guidelines for the euthanasia of animals, 2020 edition. AVMA. , 37 (2020).
- Navarro, K., Jampachaisri, K., Chu, D., Pacharinsak, C. Bupivacaine as a euthanasia agent for African Clawed Frogs (Xenopus laevis). PLoS One. 17 (12), e0279331 (2022).
- Wu, J., et al. Transcardiac perfusion of the mouse for brain tissue dissection and fixation. Bio-Protocol. 11 (5), e3988 (2021).
- Heinz-Taheny, K. M. Cardiovascular physiology and diseases of amphibians. Veterinary clinics of North America. The Veterinary Clinics of North America. Exotic Animal Practice. 12 (1), 39-50 (2009).
- Stephenson, A., Adams, J. W., Vaccarezza, M. The vertebrate heart: an evolutionary perspective. Journal of Anatomy. 231 (6), 787-797 (2017).
- Hoops, D. A perfusion protocol for lizards, including a method for brain removal. MethodsX. 2, 165-173 (2015).
