Quantification de Orofacial phénotypes dans<em> Xenopus</em
Summary
Procédé pour quantifier la taille et la forme de orofaciale embryons de Xenopus laevis a été développé. Dans ce protocole, les mesures traditionnelles de taille sont combinés avec la morphométrie géométrique pour permettre des analyses plus poussées de développement oro-faciale et des anomalies.
Abstract
Xenopus est devenu un outil important pour disséquer les mécanismes qui régissent le développement cranio-faciale et des anomalies. Une méthode pour quantifier le développement bucco-faciale permettra une analyse plus rigoureuse des phénotypes orofaciaux sur l'abrogation des substances qui peuvent génétiquement ou moléculaire manipuler l'expression des gènes ou la fonction des protéines. L'utilisation de deux images tridimensionnelles des chefs embryonnaires, dimensions telles de taille traditionnels que la largeur bucco-faciale, la hauteur et Area-sont mesurés. En outre, une mesure de la rondeur de l'ouverture de bouche embryonnaire est utilisé pour décrire la forme de la bouche. Morphométrie géométrique de ces images en deux dimensions est également effectuée pour fournir une vue plus sophistiqué de l'évolution de la forme de la région oro-facial. Sites d'intérêt sont affectés à des points spécifiques de la région oro-faciale et coordonnées sont créés. Une analyse en composantes principales est utilisé pour réduire les coordonnées de point de repère aux principaux composants qui constituent une discrimination alors le traitementgroupes. Ces résultats sont affichés sous forme de nuage de points dans lequel les individus avec des formes oro-faciales similaires se regroupent. Il est également utile pour effectuer une analyse discriminante, qui compare statistiquement les positions des points de repère entre les deux groupes de traitement. Cette analyse est affichée sur une grille de transformation où les changements de position de point de repère sont considérés comme des vecteurs. Une grille se superpose à ces vecteurs de sorte qu'un motif de déformation est affichée pour montrer où les positions historiques importantes ont changé. les changements de forme dans l'analyse de la fonction discriminante sont basées sur une mesure statistique, et peuvent donc être évalués par un p-valeur. Cette analyse est simple et accessible, nécessitant seulement un stéréoscope et logiciel freeware, et donc sera une recherche et d'enseignement ressource précieuse.
Introduction
Parmi les types les plus répandus et les plus dévastatrices de malformations congénitales humaines sont celles qui touchent la bouche et du visage, comme les fentes faciales 1. Les enfants atteints de malformations oro-faciales structures subissent des chirurgies multiples tout au long de leur durée de vie et luttent avec défigurations faciales, de la parole, de l'ouïe et des problèmes d'alimentation. Par conséquent, faciliter de nouvelles recherches dans le développement cranio et oro-facial est primordiale pour la prévention et le traitement de ces types d'anomalies congénitales chez les humains. Xenopus laevis a émergé comme un nouvel outil pour disséquer les mécanismes qui régissent le développement cranio-facial (quelques exemples 2,3,4 -11). Par conséquent, une méthode quantitative pour analyser taille et la forme des changements au cours du développement de la tête et le visage de cette espèce pourrait être très puissant 3.
Ici, nous présentons une telle méthode; combinant les mesures de taille traditionnels avec la morphométrie géométrique adaptées d'une étude Xenopus 12 </sup> et un grand nombre d'études analysant la forme du visage humain 13-15. Le but de ce protocole est de permettre aux chercheurs de quantifier la taille du visage et des formes de distinction entre les différents phénotypes oro-faciales au cours du développement normal et anormal. Cette analyse permettra de mieux différencier les défauts cranio-faciales subtiles telles que celles découlant des effets synergiques de gènes et / ou des facteurs environnementaux. En outre, cette méthode de quantification pourrait également révéler même légère amélioration ou de sauvetage d'un défaut oro-facial. Ceci permet donc un guide utile dans l'analyse des agents thérapeutiques potentiels.
La combinaison de mesures faciales et morphométrie géométrique que nous présentons ici permet une analyse statistique plus complet de la taille et la forme de la région oro-faciale que les protocoles actuels qui utilisent en grande partie l'un ou l'autre 15-18. En outre, nous présentons une méthode simple pour évaluer à la fois la médiane et plans latéraux dele visage sans nécessiter d'équipement d'imagerie en trois dimensions sophistiqués utilisés dans les études actuelles 13,19.
Nous démontrons ce protocole sur Xenopus laevis embryons traités avec un inhibiteur du récepteur de l'acide rétinoïque qui induit le développement bucco-faciale anormale et une fente palatine 2,3 médian. La quantification des dimensions et de la forme de la région orofaciale dans ces embryons ont révélé des changements dans le milieu du visage qui est analogue à l'homme avec des fentes palatines similaires et des modèles de souris 20,21. Cependant, ce protocole peut être utilisé pour évaluer les effets d'autres composés sur le développement orofaciale, tels que des substances naturelles, des herbicides ou des protéines telles que des facteurs de croissance. En outre, la taille et de la forme change oro-faciales résultant de la perturbation de l'expression des gènes par la perte ou le gain d'expériences de fonction (en utilisant morpholinos antisens ou bacs à légumes / Talens) peuvent également être quantifiés en utilisant ce protocole. Enfin, nous avons développé cette méthode specifically à évaluer Xenopus morphologie; cependant, il est facilement modifiée pour l'analyse de tout vertébré. D'autres applications pourraient aussi inclure l'utilisation de ce protocole pour comparer espèces étroitement apparentées pour les études évolutives ou écologiques. Bien que l'exemple que nous fournissons ici utilise ce protocole pour décrire l'analyse de la région oro-faciale, il pourrait facilement être modifié pour l'analyse d'autres régions, des organes ou structures.
Ce protocole de quantification orofaciale deviendra une ressource précieuse pour la communauté de la recherche, ainsi que d'un excellent outil d'enseignement pour les étudiants de premier cycle comme une vidéo de démonstration.
Protocol
Representative Results
Discussion
Xenopus laevis est devenu un outil utile pour disséquer les mécanismes de développement de développement oro-facial sous-jacent; Cependant, il n'y a actuellement aucun protocole décrivant taille et la forme des changements de cette région chez les grenouilles. La méthode décrite ici contribuera de manière significative dans le domaine du développement oro-faciale en permettant une quantification plus rigoureuse des phénotypes oro-faciales chez le xénope et autres vertébrés.
<p cla…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Fonds de démarrage à A. Dickinson engagement soutenu ce travail.
Les auteurs tiennent à remercier Dan Nacu pour son talent artistique dans la création de la représentation schématique.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Dissecting microscope | Zeiss | fitted with AxioCamICC1 camera | |
| Dumont #5 Inox forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Sterile, disposable scalpel | Sklar | 06-2015 | |
| 24-well plate | Fisher Scientific | 087721 | |
| Standard Disposable transfer pipettes | Fisher Scientific | 13-711-7M | |
| 150 mm X 15 mm Petri dishes | Falcon | 351058 | |
| Incubators | Ectotherm | set to 15C or 20C | |
| Modeling Clay | Premo, or other non-toxic modeling clay | in black or white | |
| Straight teasing needle | Thermo Scientific | 19010 | |
| Capillary Tubing (for needles) | FHC | 30-30-1 | Borosil 1.0mm OD x 0.5mm ID/Fiber, 100 mm each |
| Needle Puller, Model P-97 | Sutter Instrument Co, | Needle Puller: P-97 Flaming/ Bown micropipette puller Filament: FB300B | For filaments, use Sutter 3.00mm square box filaments, 3.0mm wide. |
| Pipettemen | Gilson | F144802, F123600, F123602 | |
| BMS-453 | Tocris | 3409 | |
| DMSO | American Bioanalytical | AB00435-01000 | |
| Cysteine | Sigma-Aldrich | 52-90-4 | |
| Paraformaldehyde powder | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| Petri dishes | Falcom | 353003, 351058 | 100 mm diameter and 150 mm in diameter |
| 100% Ethanol | VWR | 89125-170 |
References
- Mossey, P. A., Little, J., Munger, R. G., Dixon, M. J., Shaw, W. C. Cleft lip and palate. Lancet. 374, 1773-1785 (2009).
- Kennedy, A. E., Dickinson, A. J. Median facial clefts in Xenopus laevis: roles of retinoic acid signaling and homeobox genes. Dev Biol. 365, 229-240 (2012).
- Kennedy, A. E., Dickinson, A. J. Quantitative Analysis of Orofacial Development and Median Clefts in Xenopus Laevis. Anat Rec (Hoboken). , (2014).
- Dickinson, A., Sive, H. Positioning the extreme anterior in Xenopus: cement gland, primary mouth and anterior pituitary. Semin Cell Dev Biol. 18, 525-533 (2007).
- Dickinson, A. J., Sive, H. Development of the primary mouth in Xenopus laevis. Dev Biol. 295, 700-713 (2006).
- Dickinson, A. J., Sive, H. L. The Wnt antagonists Frzb-1 and Crescent locally regulate basement membrane dissolution in the developing primary mouth. Development. 136, 1071-1081 (2009).
- Barnett, C., et al. Syndrome Transcription Factor is critical for neural crest cell function in Xenopus laevis. Mech Dev. 129, 324-338 (2012).
- Gonzales, B., Yang, H., Henning, D., Valdez, B. C. Cloning and functional characterization of the Xenopus orthologue of the Treacher Collins syndrome (TCOF1) gene product. Gene. 359, 73-80 (2005).
- Reisoli, E., De Lucchini, S., Nardi, I., Ori, M. Serotonin 2B receptor signaling is required for craniofacial morphogenesis and jaw joint formation in Xenopus. Development. 137, 2927-2937 (2010).
- Schuff, M., et al. FoxN3 is required for craniofacial and eye development of Xenopus laevis. Dev Dyn. 236, 226-239 (2007).
- Slater, B. J., Liu, K. J., Kwan, M. D., Quarto, N., Longaker, M. T. Cranial osteogenesis and suture morphology in Xenopus laevis: a unique model system for studying craniofacial development. PLoS One. 4, (2009).
- Vandenberg, L. N., Adams, D. S., Levin, M. Normalized shape and location of perturbed craniofacial structures in the Xenopus tadpole reveal an innate ability to achieve correct morphology. Dev Dyn. 241, 863-878 (2012).
- Bugaighis, I., Mattick, C. R., Tiddeman, B., Hobson, R. 3D Facial Morphometry in Children with Oral Clefts. Cleft Palate Craniofac J. , (2013).
- Farkas, L. G., Katic, M. J., Forrest, C. R. Surface anatomy of the face in Down’s syndrome: anthropometric proportion indices in the craniofacial regions. J Craniofac Surg. 12, 519-524 (2001).
- Scheuer, H. A., Holtje, W. J., Hasund, A., Pfeifer, G. Prognosis of facial growth in patients with unilateral complete clefts of the lip, alveolus and palate. J Craniomaxillofac Surg. 29, 198-204 (2001).
- Parsons, K. J., Andreeva, V., James Cooper, W., Yelick, P. C., Craig Albertson, R. Morphogenesis of the zebrafish jaw: development beyond the embryo. Methods Cell Biol. 101, 225-248 (2011).
- Farkas, L. G., Katic, M. J., Forrest, C. R. Surface anatomy of the face in Down’s syndrome: age-related changes of anthropometric proportion indices in the craniofacial regions. J Craniofac Surg. 13, 368-374 (2002).
- Cooper, W. J., et al. Bentho-pelagic divergence of cichlid feeding architecture was prodigious and consistent during multiple adaptive radiations within African rift-lakes. PLoS One. 5, (2010).
- Klingenberg, C. P., et al. Prenatal alcohol exposure alters the patterns of facial asymmetry. Alcohol. 44, 649-657 (2010).
- Zhao, Y., et al. Isolated cleft palate in mice with a targeted mutation of the LIM homeobox gene lhx8. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 15002-15006 (1999).
- Allam, K. A., et al. The spectrum of median craniofacial dysplasia. Plast Reconstr Surg. , 812-821 (2011).
- Sive, H. L., Grainger, R., Harlard, R. . Early development of Xenopus laevis: a laboratory manual. , (2000).
- Cross, M. K., Powers, M. Obtaining eggs from Xenopus laevis females. J Vis Exp. , (2008).
- Nieuwkoop, P. D., Faber, J. . Normal Table of Xenopus Laevis (Daudin). , (1967).
- Nieuwkoop, P. D. a. F. J. . Normal Table of Xenopus laevis (Daudin): A Systematical and Chronological Survey of the Development from the Fertilized Egg till the End of Metamorphosis. , (1994).
- Abdi, H., Williams, L. J. Principal Component Analysis. WIREs Computational Statistics. 2, (2010).
- Hill, T. L. . P. STATISTICS: Methods and Applications. , (2013).
