Summary

Generering af retinale skademodeller i Xenopus haletudser

Published: October 13, 2023
doi:

Summary

Vi har udviklet flere protokoller til at fremkalde retinal skade eller retinal degeneration i Xenopus laevis haletudser. Disse modeller giver mulighed for at studere retinale regenereringsmekanismer.

Abstract

Retinale neurodegenerative sygdomme er de førende årsager til blindhed. Blandt mange terapeutiske strategier, der udforskes, viste stimulering af selvreparation sig for nylig som særlig tiltalende. En cellulær kilde til retinal reparation er Müller gliacellen, som har stamcellepotentiale og en ekstraordinær regenerativ kapacitet i anamnioter. Dette potentiale er dog meget begrænset hos pattedyr. Undersøgelse af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for retinal regenerering i dyremodeller med regenerative evner, bør give indsigt i, hvordan man låser op for pattedyrs Müller-cellers latente evne til at regenerere nethinden. Dette er et vigtigt skridt i udviklingen af terapeutiske strategier inden for regenerativ medicin. Til dette formål udviklede vi flere retinale skadeparadigmer i Xenopus: en mekanisk nethindeskade, en transgen linje, der muliggør nitroreduktasemedieret fotoreceptorbetinget ablation, en retinitis pigmentosa-model baseret på CRISPR/Cas9-medieret rhodopsin-knockout og en cytotoksisk model drevet af intraokulære CoCl2-injektioner . Ved at fremhæve deres fordele og ulemper beskriver vi her denne serie protokoller, der genererer forskellige degenerative tilstande og tillader undersøgelse af retinal regenerering i Xenopus.

Introduction

Millioner af mennesker verden over er ramt af forskellige retinale degenerative sygdomme, der fører til blindhed, såsom retinitis pigmentosa, diabetisk retinopati eller aldersrelateret makuladegeneration (AMD). Hidtil er disse forhold stort set uhelbredelige. Nuværende terapeutiske tilgange under evaluering omfatter genterapi, celle- eller vævstransplantationer, neuroprotektive behandlinger, optogenetik og proteser. En anden ny strategi er baseret på selvregenerering gennem aktivering af endogene celler med stamcellepotentiale. Müller gliaceller, den vigtigste gliacelletype i nethinden, er blandt cellulære kilder af interesse i denne sammenhæng. Ved skade kan de dedifferentiere, proliferere og generere neuroner 1,2,3. Selvom denne proces er meget effektiv hos zebrafisk eller Xenopus, er den stort set ineffektiv hos pattedyr.

Ikke desto mindre har det vist sig, at passende behandlinger med mitogene proteiner eller overekspression af forskellige faktorer kan inducere pattedyrs Müller glia-cellecyklus genindtræden og i nogle tilfælde udløse deres efterfølgende neurogeneseforpligtelse 1,2,3,4,5. Dette er dog stort set utilstrækkeligt til behandlinger. Derfor er det nødvendigt at øge vores viden om de molekylære mekanismer, der ligger til grund for regenerering, for at identificere molekyler, der effektivt kan omdanne Müllers stamlignende celleegenskaber til nye cellulære terapeutiske strategier.

Med dette mål udviklede vi flere skadeparadigmer i Xenopus , der udløser retinal celledegeneration. Her præsenterer vi (1) en mekanisk nethindeskade, der ikke er celletypespecifik, (2) en betinget og reversibel celleablationsmodel ved hjælp af NTR-MTZ-systemet, der er målrettet mod stangceller, (3) en CRISPR / Cas9-medieret rhodopsin-knockout , en model af retinitis pigmentosa, der udløser progressiv stangcelledegeneration, og (4) en CoCl2-induceret cytotoksisk model, der ifølge dosis specifikt kan målrette kegler eller føre til bredere retinal celledegeneration. Vi fremhæver de særlige forhold, fordele og ulemper ved hvert paradigme.

Protocol

Dyrepleje og forsøg blev udført i overensstemmelse med institutionelle retningslinjer under den institutionelle licens A91272108. Undersøgelsesprotokollerne blev godkendt af den institutionelle dyreplejekomité CEEA #59 og modtog godkendelse fra Direction Départementale de la Protection des Populations under referencenummer APAFIS #32589-2021072719047904 v4 og APAFIS #21474-2019071210549691 v2. Se materialefortegnelsen for detaljer vedrørende alle materialer, instrumenter og reagenser, der anvendes …

Representative Results

Mekanisk retinal skadeRetinale sektioner af haletudser, der udsættes for den mekaniske skade, der er beskrevet i protokolafsnit 1, viser, at retinal læsion omfatter alle lag af vævet, mens den forbliver begrænset til punkteringsstedet (figur 2A, B). Betinget stavcelleablation ved hjælp af NTR-MTZ-systemetØjnene på bedøvede Tg (rho: GFP-NTR) transgene haletudser behandlet med MTZ-behandling…

Discussion

Fordele og ulemper ved forskellige retinale skadeparadigmer i Xenopus haletudser

Mekanisk retinal skade
Forskellige kirurgiske skader på nethinden er blevet udviklet i Xenopus haletudser. Den neurale nethinde kan enten fjernes helt15,16 eller kun delvist udskæres16,17. Den mekaniske skade, der præsenteres her, involverer…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne forskning blev støttet af bevillinger til MP fra Association Retina France, Fondation de France, FMR (Fondation Maladies Rares), BBS (Association du syndrome de Bardet-Biedl) og UNADEV (Union Nationale des Aveugles et Déficients Visuels) i partnerskab med ITMO NNP (Institut Thématique Multi-Organisme Neurosciences, sciences cognitives, neurologie, psychiatrie) / AVIESAN (Alliance Nationale pour les sciences de la vie et de la santé).

Materials

1,2-Propanediol (propylène glycol) Sigma-Aldrich 398039
Absolute ethanol ≥99.8% VWR chemicals 20821-365
Anti-Cleaved Caspase 3 antibody (rabbit) Cell signaling 9661S Dilution 1/300
Anti-GFP antibody (chicken) Aveslabs GFP-1020 Dilution 1/500
Anti-M-Opsin antibody (rabbit) Sigma-Aldrich AB5405 Dilution 1/500
Anti-mouse secondary antibody, Alexa Fluor 594 (goat) Invitrogen Thermo Scientific A11005 Dilution 1/1,000
Anti-Otx2 antibody (rabbit) Abcam Ab183951 Dilution 1/100
Anti-rabbit secondary antibody, Alexa Fluor 488 (goat) Invitrogen Thermo Scientific A11008 Dilution 1/1,000
Anti-rabbit secondary antibody, Alexa Fluor 594 (goat) Invitrogen Thermo Scientific A11012 Dilution 1/1,000
Anti-Recoverin antibody (rabbit) Sigma-Aldrich AB5585 Dilution 1/500
Anti-Rhodopsin antibody (mouse) Sigma-Aldrich MABN15 Dilution 1/1,000
Anti-S-Opsin antibody (rabbit) Sigma-Aldrich AB5407 Dilution 1/500
Apoptotis detection kit (Dead end fluorimetric TUNEL system) Promega G3250
Benzocaine  Sigma-Aldrich E1501 Stock solution 10%
bisBenzimide H 33258 (Hoechst) Sigma-Aldrich B2883 Stock solution 10 mg/mL
Butanol-1 ≥99.5% VWR chemicals 20810.298
Calcium chloride dihydrate (CaCl2, 2H2O) Sigma-Aldrich (Supelco) 1.02382 Use at 0.1 M
Cas9 (EnGen Spy Cas9 NLS) New England Biolabs M0646T
Clark Capillary Glass model GC100TF-10 Warner Instruments (Harvard Apparatus) 30-0038
Cobalt(II) chloride hexahydrate (CoCl2, 6H2O) Sigma-Aldrich C8661 Stock solution 100 mM
Coverslip 24 x 60 mm VWR 631-1575
Dako REAL ab diluent  Agilent S202230-2
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich D8418
Electronic Rotary Microtome Thermo Scientific Microm HM 340E 
Eosin 1% aqueous RAL Diagnostics 312740
Fluorescein lysine dextran   Invitrogen Thermo Scientific D1822
Fluorescent stereomicroscope Olympus SZX 200
Gentamycin Euromedex EU0410-B
Glycerin albumin acc. Mallory Diapath E0012 Use at 3% in water
Hematoxylin (Mayer's Hemalun) RAL Diagnostics 320550
HEPES potassium salt Sigma-Aldrich H0527
Human chorionic gonadotropin hormone MSD Animal Health Chorulon 1500
Hydrochloric acid fuming, 37% (HCl) Sigma-Aldrich (SAFC) 1.00314
L-Cysteine hydrochloride monohydrate Sigma-Aldrich C7880 Use at 2% in 0.1x MBS (pH 7.8 – 8.0)
Magnesium Sulfate Heptahydrate (MgSO4, 7H2O) Sigma-Aldrich (Supelco) 1.05886
Metronidazole  Sigma-Aldrich (Supelco) M3761 Use at 10 mM
Microloader tips Eppendorf 5242956003
Micropipette puller (P-97 Flaming/Brown) Sutter Instrument Co. Model P-97 Program : Heat 700 / Pull 100 / Vel 75 / Time 90 / Unlocked p = 500
Mounting medium to preserve fluorescence, FluorSave Reagent Millipore 345789
Mounting medium, Eukitt Chem-Lab CL04.0503.0500
MX35 Ultra Microtome blade Epredia 3053835
Needle Agani 25 G x 5/8'' Terumo AN*2516R1
Nickel Plated Pin Holder Fine Science Tools 26016-12
Nylon filtration tissue (sifting fabric) NITEX, mesh opening 1,000 µm Sefar 06-1000/44
Paraffin histowax without DMSO Histolab 00403
Paraformaldehyde solution (32%) Electron Microscopy Sciences EM-15714-S Use at 4% in 1x PBS pH 7.4
Peel-A-Way Disposable Embedding Molds Epredia 2219
Pestle VWR 431-0094
Petri Dish 100 mm Corning Gosselin SB93-101
Petri Dish 55 mm Corning Gosselin BP53-06
Phosphate Buffer Saline Solution (PBS) 10x Euromedex ET330-A
PicoSpritzer Microinjection system Parker Instrumentation Products PicoSpritzer III
Pins  Fine Science Tools 26002-20
Polysucrose (Ficoll PM 400 ) Sigma-Aldrich F4375 Use at 3% in 0.1x MBS
Potassium chloride (KCl) Sigma-Aldrich P3911
Powdered fry food : sera Micron Nature sera 45475 (00720)
Scissors dissection Fine Science Tools 14090-09
Slide Superfrost   KNITTEL Glass VS11171076FKA 
Slide warmer Kunz instruments HP-3
Sodium chloride (NaCl) Sigma-Aldrich S7653
Sodium citrate trisodium salt dihydrate (C6H5Na3O7, 2H2O) VWR chemicals 27833.294
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) Sigma-Aldrich (Supelco) 1.06329
Sodium hydroxide 30% aqueous solution (NaOH) VWR chemicals 28217-292
Stereomicroscope Zeiss Stemi 2000
Syringes Omnifix-F Solo Single-use Syringes 1 mL B-BRAUN 9161406V
trans-activating crRNA (tracrRNA) Integrated DNA Technologies 1072533
Triton X-100 Sigma-Aldrich X-100
Tween-20 Sigma-Aldrich P9416
X-Cite 200DC Fluorescence Illuminator X-Cite  200DC
Xylene ≥98.5%  VWR chemicals 28975-325

Riferimenti

  1. Goldman, D. Müller glial cell reprogramming and retina regeneration. Nature reviews. Neuroscience. 15 (7), 431-442 (2014).
  2. Hamon, A., Roger, J. E., Yang, X. -. J., Perron, M. Müller glial cell-dependent regeneration of the neural retina: An overview across vertebrate model systems. Developmental Dynamics. 245 (7), 727-738 (2016).
  3. García-García, D., Locker, M., Perron, M. Update on Müller glia regenerative potential for retinal repair. Current Opinion in Genetics & Development. 64, 52-59 (2020).
  4. Todd, L., et al. Efficient stimulation of retinal regeneration from Müller glia in adult mice using combinations of proneural bHLH transcription factors. Cell Reports. 37 (3), 109857 (2021).
  5. Hoang, T., et al. Gene regulatory networks controlling vertebrate retinal regeneration. Science. 370 (6519), (2020).
  6. Langhe, R., et al. Müller glial cell reactivation in Xenopus models of retinal degeneration. Glia. 65 (8), 1333-1349 (2017).
  7. Chesneau, A., Bronchain, O., Perron, M. Conditional chemogenetic ablation of photoreceptor cells in Xenopus retina. Methods in Molecular Biology. 1865, 133-146 (2018).
  8. Martinez-De Luna, R. I., Zuber, M. E. Rod-specific ablation using the nitroreductase/metronidazole system to investigate regeneration in Xenopus. Cold Spring Harbor protocols. 2018 (12), (2018).
  9. Zahn, N., et al. Normal Table of Xenopus development: a new graphical resource. Development. 149 (14), (2022).
  10. McNamara, S., Wlizla, M., Horb, M. E. Husbandry, general care, and transportation of Xenopus laevis and Xenopus tropicalis. Methods in Molecular Biology. 1865, 1-17 (2018).
  11. Parain, K., et al. CRISPR/Cas9-mediated models of retinitis pigmentosa reveal differential proliferative response of Müller cells between Xenopus laevis and Xenopus tropicalis. Cells. 11 (5), 807 (2022).
  12. Wlizla, M., McNamara, S., Horb, M. E. Generation and care of Xenopus laevis and Xenopus tropicalis embryos. Methods in Molecular Biology. 1865, 19-32 (2018).
  13. Yuan, S., Sun, Z. Microinjection of mRNA and morpholino antisense oligonucleotides in zebrafish embryos. Journal of Visualized Experiments JoVE. (27), (2009).
  14. Parain, K., Chesneau, A., Locker, M., Borday, C., Perron, M. Regeneration from three cellular sources and ectopic mini-retina formation upon neurotoxic retinal degeneration in Xenopus. bioRxiv. , (2023).
  15. Vergara, M. N., Del Rio-Tsonis, K. Retinal regeneration in the Xenopus laevis tadpole: a new model system. Molecular Vision. 15, 1000-1013 (2009).
  16. Lee, D. C., Hamm, L. M., Moritz, O. L. Xenopus laevis tadpoles can regenerate neural retina lost after physical excision but cannot regenerate photoreceptors lost through targeted ablation. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (3), 1859-1867 (2013).
  17. Martinez-De Luna, R. I., Kelly, L. E., El-Hodiri, H. M. The retinal homeobox (Rx) gene is necessary for retinal regeneration. Biologia dello sviluppo. 353 (1), 10-18 (2011).
  18. Choi, R. Y., et al. Cone degeneration following rod ablation in a reversible model of retinal degeneration. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (1), 364-373 (2011).
check_url/it/65771?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Parain, K., Donval, A., Chesneau, A., Lun, J. X., Borday, C., Perron, M. Generating Retinal Injury Models in Xenopus Tadpoles. J. Vis. Exp. (200), e65771, doi:10.3791/65771 (2023).

View Video