Summary

Визуализация и количественный анализ эмбрионального ангиогенеза у<em> Xenopus tropicalis</em

Published: May 25, 2017
doi:

Summary

Этот протокол демонстрирует основанный на флуоресценции метод для визуализации сосудистой сети и для количественной оценки ее сложности у Xenopus tropicalis . Кровеносные сосуды можно визуализировать через несколько минут после введения флуоресцентного красителя в сердцебиение эмбриона после генетических и / или фармакологических манипуляций для исследования сердечно-сосудистого развития in vivo .

Abstract

Кровеносные сосуды снабжают кислородом и питательными веществами всюду по телу, и формирование сосудистой сети находится под жестким контролем за развитием. Эффективная визуализация кровеносных сосудов in vivo и надежная количественная оценка их сложности являются ключевыми для понимания биологии и болезней сосудистой сети. Здесь мы предоставляем подробный метод визуализации кровеносных сосудов с коммерчески доступным флуоресцентным красителем, ацетилированным человеческим плазмом липопротеидом низкой плотности DiI комплекса (DiI-AcLDL) и количественной оценкой их сложности у Xenopus tropicalis . Кровеносные сосуды могут быть помечены простой инъекцией DiI-AcLDL в сердцебиение эмбриона, а кровеносные сосуды всего эмбриона могут быть отображены в живых или фиксированных эмбрионах. В сочетании с пертурбацией гена путем целенаправленного микроинъекции нуклеиновых кислот и / или применения ванны фармакологических реагентов роль гена или сигнального пути в развитии сосудов может быть inveСтигировали в течение одной недели, не прибегая к сложным генетически модифицированным животным. Из-за четко определенной венозной системы Xenopus и его стереотипного ангиогенеза, прорастание уже существующих сосудов, сложность судна могут быть количественно определены после экспериментов по возмущению. Этот относительно простой протокол должен служить легко доступным инструментом в различных областях сердечно-сосудистых исследований.

Introduction

Васкулогенез, образование новых кровеносных сосудов из новорожденных эндотелиальных клеток и ангиогенез, образование новых сосудов из ранее существовавших сосудов, являются двумя различными процессами, которые формируют эмбриональную сосудистую сеть 1 . Любая дисрегуляция в этих процессах приводит к различным сердечным заболеваниям и структурным аномалиям сосудов. Более того, рост опухоли связан с неконтролируемым ростом сосудов. Таким образом, молекулярные механизмы, лежащие в основе васкулогенеза и ангиогенеза, являются объектом интенсивного исследования 2 .

Xenopus и данио являются привлекательными моделями позвоночных для исследований васкулогенеза и ангиогенеза по нескольким причинам. Во-первых, их эмбрионы небольшие; Поэтому относительно просто отобразить всю сосудистую сеть. Во-вторых, эмбриональное развитие происходит быстро; Требуется всего несколько дней для развития всей сосудистой сети, в течение которых развивающиеся васкулы Ature может отображаться. В-третьих, генетические и фармакологические вмешательства до и во время формирования сосудов легко выполнить, например, посредством микроинъекции антисмысловых морфолиновых нуклеотидов (МО) в развивающийся эмбрион или посредством применения ванн препаратов 3 , 4 , 5 .

Уникальное преимущество Xenopus над рыбой данио заключается в том, что эмбриологические манипуляции могут выполняться, потому что Xenopus следует стереотипным голообластическим расколам, и эмбриональная карта судьбы четко определена 6 . Например, можно создать эмбрион, в котором только одну боковую сторону генетически манипулируют путем инъекции антисмысловой МО к одной клетке на стадии с двумя клетками. Также возможно пересадить зачаток сердца от одного зародыша к другому, чтобы определить, выполняет ли ген свою функцию с помощью клеточного-внутреннего или экссудативного механизмаAss = "xref"> 7. Хотя эти методы в основном были разработаны у Xenopus laevis , который является аллотетраплаидным и поэтому не является идеальным для генетических исследований, их можно непосредственно применять к Xenopus tropicalis , близкородственному диплоидному виду 8 .

Один из способов визуализации сосудистой сети в живом эмбрион Xenopus заключается в введении флуоресцентного красителя для маркировки кровеносных сосудов. Ацетилированный липопротеин низкой плотности (AcLDL), меченный флуоресцентной молекулой, такой как DiI, является очень полезным зондом. В отличие от неацетилированного LDL, AcLDL не связывается с рецептором LDL 9, а эндоцитируется макрофагами и эндотелиальными клетками. Инъекция DiI-AcLDL в сердце живого животного приводит к специфическому флуоресцентному мечению эндотелиальных клеток, и вся сосудистая сеть может быть визуализирована с помощью флуоресцентной микроскопии в живых или фиксированных эмбрионах 4 .

Здесь мыПодробные протоколы визуализации и количественного определения кровеносных сосудов с использованием DiI-AcLDL у Xenopus tropicalis ( рис. 1 ). Мы представляем ключевые практические вопросы, примеры успешных и неудачных экспериментов. Кроме того, мы предоставляем простой метод количественного анализа сосудистой сложности, который может быть полезен при оценке влияния генетических и экологических факторов на формирование сосудистой сети.

Protocol

Все эксперименты соответствовали протоколам, утвержденным Комиссией по лечебным учреждениям и комитетам по применению ухода за больными при Университете им. Йонсей. 1. Приготовление эмбрионов Xenopus tropicalis ПРИМЕЧАНИЕ : Зародыши Xenopus tropicalis были получены, к…

Representative Results

Временная шкала экспериментов (рисунки 1 и 2) Вскоре после оплодотворения может быть проведена целенаправленная микроинъекция для модуляции экспрессии генов. Например, антисмысловая МО, которая специфически связывается с инициирующим…

Discussion

Протокол, представленный здесь, был впервые разработан Али Х. Бриванлу и его коллегами для изучения событий развития во время формирования сосудов у Xenopus laevis 4 , но, как показано в этой рукописи, он может применяться к другим мелким животным. Инъекция красителя в сердце ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было вдохновлено работой Levine et al. , В котором описан этот экспериментальный метод и дано подробное описание развития сосудов у Xenopus laevis. Мы благодарим членов нашей лаборатории за их вклад. Это исследование было поддержано исследовательской инициативой Университета Йонсей в 2015 году (2015-22-0095) и Программой развития биомедицинских технологий Национального исследовательского фонда (NRF), финансируемой Министерством науки, ИКТ и планирования будущего ( NRF-2013M3A9D5072551)

Materials

35mm Petri dish SPL 10035 Sylgard mold frame
60mm Petri dish SPL 10060 Embryo raising tray
Borosilicate Glass Sutter instrument B100-50-10 Needle for injection
BSA Sigma A3059-10G Coating reagent
CaCl2 D.S.P.GR Reagent 0.1X MBS component
Coverslip Superior HSU-0111520 For confocal imaging
DiI-AcLDL Thermo Fisher Scientific L3484 Vessel staining solution
FBS Hyclone SH.30919.02 For storage of testis
Fiber Optical Illuminator World Precision Instruments Z-LITE-Z Light
Ficoll Sigma F4375 Injection buffer
Flaming/Brown Micropipette Puller Sutter instrument P-97 Injection needle puller
Forcep Fine Science Tool 11255-20 For embryo hatching and
needle tip cutting
Glass Bottom dish SPL 100350 For confocal imaging
hCG MNS Korea For priming of frogs
HEPES Sigma H3375 Buffering agent
Incubator Lab. Companion ILP-02 For raising embryos
KCl DAEJUNG 6566-4400 MBS component
L15 medium Gibco 11415-114 For storage of testis
L-cysteine Sigma 168149-100G De-jellying reagent
MgSO4 Sigma M7506 MBS component
Microtube Axygen MCT-175-C-S For storage of testis
MS222 Sigma E10521 Anesthetic powder
NaCl DAEJUNG 7647-14-5 MBS component
NaOH Sigma S-0899 pH adjusting reagent
Paraformaldehyde Sigma P6148 Fixatives
PBS BIOSESANG P2007 Buffer for imaging
pH paper Sigma P4536-100EA For confirming pH
PICO-LITER INJECTOR Waner instruments PLI-100A For injection
Pin Pinservice 26002-10 For incision
Pinholder Scitech Korea 26016-12 For incision
Precision Stereo Zoom Binocular Microscope World Precision Instruments PZMIII For visual screening
Standard Manual Control Micromanipulator  Waner instruments W4 64-0056 For microinjection
SYLGARD 184 Kit Dow Corning For DiI injection
Transfer pipette Korea Ace Scientific Co. YM.B78-400 For eggs and
embryo collection

References

  1. Herbert, S. P., Stainier, D. Y. Molecular control of endothelial cell behaviour during blood vessel morphogenesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 12 (9), 551-564 (2011).
  2. Augustin, H. G., Koh, G. Y., Thurston, G., Alitalo, K. Control of vascular morphogenesis and homeostasis through the angiopoietin-Tie system. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (3), 165-177 (2009).
  3. Lawson, N. D., Weinstein, B. M. Arteries and veins: making a difference with zebrafish. Nat Rev Genet. 3 (9), 674-682 (2002).
  4. Levine, A. J., Munoz-Sanjuan, I., Bell, E., North, A. J., Brivanlou, A. H. Fluorescent labeling of endothelial cells allows in vivo, continuous characterization of the vascular development of Xenopus laevis. Dev Biol. 254 (1), 50-67 (2003).
  5. Yang, C., et al. Calmodulin Mediates Ca2+-Dependent Inhibition of Tie2 Signaling and Acts as a Developmental Brake During Embryonic Angiogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 36 (7), 1406-1416 (2016).
  6. Moody, S. A. Fates of the blastomeres of the 32-cell-stage Xenopus embryo. Dev Biol. 122 (2), 300-319 (1987).
  7. Elliott, K. L., Houston, D. W., Fritzsch, B. Transplantation of Xenopus laevis tissues to determine the ability of motor neurons to acquire a novel target. PLoS One. 8 (2), 55541 (2013).
  8. Grainger, R. M. Xenopus tropicalis as a model organism for genetics and genomics: past, present, and future. Methods Mol Biol. 917, 3-15 (2012).
  9. Weisgraber, K. H., Innerarity, T. L., Mahley, R. W. Role of lysine residues of plasma lipoproteins in high affinity binding to cell surface receptors on human fibroblasts. J Biol Chem. 253 (24), 9053-9062 (1978).
  10. Showell, C., Conlon, F. L. Egg collection and in vitro fertilization of the western clawed frog Xenopus tropicalis. Cold Spring Harb Protoc. 2009 (9), 5293 (2009).
  11. Nieuwkoop, P. D., Faber, J. . Normal Table of Xenopus laevis (Daudin). , (1956).
  12. Longair, M. H., Baker, D. A., Armstrong, J. D. Simple Neurite Tracer: open source software for reconstruction, visualization and analysis of neuronal processes. Bioinformatics. 27 (17), 2453-2454 (2011).
  13. Marshak, S., Nikolakopoulou, A. M., Dirks, R., Martens, G. J., Cohen-Cory, S. Cell-autonomous TrkB signaling in presynaptic retinal ganglion cells mediates axon arbor growth and synapse maturation during the establishment of retinotectal synaptic connectivity. J Neurosci. 27 (10), 2444-2456 (2007).
  14. Cha, H. J., et al. Evolutionarily repurposed networks reveal the well-known antifungal drug thiabendazole to be a novel vascular disrupting agent. PLoS Biol. 10 (8), 1001379 (2012).
  15. Ny, A., et al. A transgenic Xenopus laevis reporter model to study lymphangiogenesis. Biol Open. 2 (9), 882-890 (2013).
  16. Bussmann, J., et al. Arteries provide essential guidance cues for lymphatic endothelial cells in the zebrafish trunk. Development. 137 (16), 2653-2657 (2010).
  17. Li, X. M., Hu, Z., Jorgenson, M. L., Slayton, W. B. High levels of acetylated low-density lipoprotein uptake and low tyrosine kinase with immunoglobulin and epidermal growth factor homology domains-2 (Tie2) promoter activity distinguish sinusoids from other vessel types in murine bone marrow. Circulation. 120 (19), 1910-1918 (2009).

Play Video

Cite This Article
Ohk, J., Jung, H. Visualization and Quantitative Analysis of Embryonic Angiogenesis in Xenopus tropicalis. J. Vis. Exp. (123), e55652, doi:10.3791/55652 (2017).

View Video