쥐에서 히알로이드 혈관의 평가 및 특성화
Summary
이 프로토콜은 생체 내 및 생체 내 생체 내 방법 모두, 마우스 눈의 혈관 회귀 모델인 히알로이드 혈관을 완전히 시각화하고 특성화하는 방법, 실시간 이미징 및 ex 생체 내 생체 내 생체 내 혈관 조영술을 위한 광학 일관성 단층 촬영 및 안저 플루오레세인 혈관 조영술을 사용하여 설명합니다. 정량 분석을 위한 히알로이드의 격리 및 후속 플랫 마운트.
Abstract
눈에, 배아 히알로이드 혈관은 망막 혈관이 발전할 때 개발 렌즈및 망막및 회귀에 영양을 공급합니다. 히알라이드 혈관의 지속적 또는 실패한 회귀는 지속적인 과소 플라스틱 1 차 유리체 (PHPV)와 같은 질병에서 볼 수 있으며, 방해된 빛 경로 및 시각 기능 장애를 초래합니다. 히알로이드 혈관 회귀의 근본적인 메커니즘을 이해하면 혈관 회귀 과정에 대한 새로운 분자 통찰력과 지속적인 히알로이드 혈관으로 질병을 관리하는 새로운 방법을 얻을 수 있습니다. 여기에서 우리는 광학 일관성 단층 촬영 (OCT) 및 안저 플루오레세인 혈관 조영술 (FFA)를 가진 살아있는 마우스에 있는 화상 진찰 히알로이드를 위한 절차 및 정량 분석을 위한 격리 및 평면 장착 hyaloid ex vivo의 상세한 기술 프로토콜을 기술합니다. 저밀도 지단백 수용체 관련 단백질 5(LRP5) 녹아웃 마우스는 지속적인 히알로이드 혈관의 실험 모델로서, 기술을 설명하기 위해 사용하였다. 함께, 이러한 기술은 지속적인 히알로이드 혈관의 메커니즘에 대한 혈관 회귀 및 연구의 실험 모델로서 히알로이드 혈관의 철저한 평가를 용이하게 할 수 있다.
Introduction
눈의 혈액 공급은 망막과 주변 안구 조직의 정상적인 발달을 보장하고 적절한 시각 기능을 갖추는 데 필수적입니다. 눈에는 망막 혈관, 코로이드 및 히알로이드 혈관의 일시적인 배아 순환 네트워크의 세 가지 혈관 침대가 있습니다. 안구 혈관의 발달은 배아 발생 및 조직 성숙을 통해 공간적 및 시간적 조정을 필요로 합니다. 3개의 혈관 침대 중, 히알로이드 혈관 구조는 새로 형성된 배아 렌즈 및 발달 망막에 영양과 산소를 공급하는 첫번째 기능성 혈액 공급 시스템입니다. 히알로이드 혈관은 망막 혈관구조가 발달하고 성숙하는 동시에 회귀1. 히알라이드 혈관 구조의 회귀는 시각 기능의 발달을위한 명확한 시각적 경로를 허용하는 중추적 인; 따라서, 이 혈관 회귀 과정은 망막 혈관구조의 성장만큼 중요합니다. 히알로이드 회귀가 손상되어 안과 질환으로 이어질 수 있습니다. 더욱이, 히알로이드 혈관의 회귀는 다른 기관의 혈관신생 조절에 영향을 미칠 수 있는 혈관 회귀의 조절에 관여하는 세포 및 분자 메커니즘을 조사하는 모델 시스템을 제공한다.
히알로이드 동맥 (HA)에서 파생 된 히알로이드 혈관 구조는 바사 히알로 아이디어 프로피아 (VHP), 튜니카 혈관로사 렌티스 (TVL), 및 동공 막 (PM)으로 구성됩니다. 그것은 발달 망막에 영양을 제공합니다, 기본 유리체, 배아개발 동안 렌즈 2. HA에서 발생하는 VHP는 유리체를 통해 렌즈에 전방으로 분기합니다. TVL은 렌즈 캡슐의 후방 표면을 컵, 그리고 PM에 해부학, 이는 렌즈의 전방 표면을 덮고, 전방 섬모 동맥에 연결2,3,PM에 혈관의 네트워크의 형성의 결과 3개 , 4개 , 5. 흥미롭게도, 히알로이드 혈관 구조에는 정맥이 없으며, 시스템은 정맥 배수를 달성하기 위해 경피 정맥을 사용합니다.
인간 배아에서, 히알로이드 혈관 구조는 임신의 대략 9 주에 거의 완료되고 첫번째 망막 혈관이 나타날 때, 임신 2의 4달 도중 회귀하기 시작합니다. VHP의 위축으로 시작하여, TVL의 모세관 네트워크의 회귀, PM, 마지막으로, HA는 이후에2,3. 한편, 1차 유리체 후퇴 및 이차 유리체는 콜라겐 섬유를 포함하는 세포외 매트릭스 성분으로 구성된 형성되기 시작한다. 임신 6개월이 되면, 1차 유리체는 시신경 디스크에서 렌즈로 이어지는 작은 투명 운하로 감소되며, 클로케의 운하 또는 히알로이드 운하라고 불리며, 이차 유리체는 후방 세그먼트의 주성분이 됩니다. 2개 , 3. 히알로이드 순환은 출생 직전 인 임신 35 주에서36 주까지 주로 사라집니다 3.
히알로이드 혈관 구조가 출생 시 완전히 회귀되는 인간과 달리 마우스 히알로이드 혈관 시스템은 출생 후 퇴보하기 시작합니다. 마우스 망막이 태어난 혈관과 망막 혈관이 산후적으로 발달함에 따라, 히알로이드 혈관은 산후 일 (P) 4에서 동시에 회귀하고 대부분 P21 6에 의해 완전히 회귀됩니다 (그림 1). PM은 P10과 P12 사이에서 먼저 사라지고, VHP는 P12와 P16 사이에서 사라지고, 소수의 TVL 및 HA 세포는 P16에서도 남아 있고, P21에 의해히알로이드 혈관 시스템 회귀는 거의 완료된다 6. 그 동안, 망막 혈관은 출생 후에 발달하기 시작합니다. 혈관 신경총의 표면 층은 P7-P8에서 말초 망막으로 완전히 확장되며, 깊은 층 (외부 플렉시폼 층에 위치)은 P7-P12에서 발생하며, 마지막으로 내부 플렉시폼 층의 중간 신경총은 P12와 P15 7 사이에서 발생합니다. . 망막 혈관구조가 발달함에 따라 히알로이드 혈관을 회귀시키는 기능을 점차 대체하여 발달하는 눈에 영양과 산소를 제공합니다. 마우스에서 히알로이드 혈관 회귀의 출생 후 발생은 히알로이드 혈관을 관찰하고 연구할 수 있는 쉽게 접근할 수 있는 실험 모델을 제공하며, 생리학적 및 생리적 및 병리학 적 조건8.
히알로이드 회귀의 실패는 PHPV와 같은 질병에서 볼 수 있는데, 이는 배아, 1차 유리체 및 히알로이드 혈관구조의 실패 또는 불완전한 회귀로 인한눈의 드문 선천성 발달 변칙이다 9. 히알로이드 혈관 구조의 회귀 과정을 조절하는 메커니즘은 복잡하고 광범위하게 연구됩니다. 히알로이드 혈관의 정상적인 회귀에 필수적인 하나의 주요 분자 경로는 Wnt 신호 통로10이며,이 경로에서 의 유전 적 돌연변이가 Wnt 리간드 및 수용체 모두에 영향을 미치는 인간9에서PHPV와 연결되었기 때문이다. 실험 연구는 Wnt 리간드를 확인, Wnt7b, 이는이 회귀 과정을 중재하기 위해 개발 눈에서 히알로이드 혈관 주위 의 대식세포에 의해 생성되는. Wnt7b는 인접한 내피 세포에서 수용체 곱슬곱슬4(FZD4)/LRP5와 결합하여 Wnt 신호를 활성화시켜 세포 세포 사멸을 개시하고, 히알로이드혈관(10)의회귀로 이어집니다. 그 결과, Wnt7b-결핍마우스는 히알로이드혈관(10)의지속성을 나타낸다. 유사하게, 비전통적인 Wnt 리간드, 노린(Ndp 유전자에 의해 인코딩됨)은 또한 개발 중에 히알로이드 혈관 회귀를 유도하기 위해 FZD4/LRP5에 결합한다. Ndpy/-– Lrp5-/-및 Fzd4-/- 마우스 는 모두 히알로이드 혈관 회귀를 연기하고 Wnt 신호11,12의중요한 규제 역할을 지원합니다. 13,14,15,16. 더욱이, 또 다른 Wnt 코수용체 LRP6는 히알로이드 혈관 내피 세포에서 Wnt 신호 화 경로를 조절하는그들의 기능에서 LRP5와 겹친다(17). 또한 히알로이드 회귀에 기여할 수 있는 그밖 요인은 저산소증 유도인자18,19,혈관 내피 성장 인자20,21,교원질-1822, 23,Arf24,혈관포이에틴-225,및 골 형태유전학 단백질-426. 이 논문에서는 Lrp5-/- 마우스를 지속적인 히알로이드 혈관의 모델로 사용하여 생체 내 및 생체 내 방법 모두를 통해 히알로이드 혈관을 평가하고 특성화하는 기술을 입증합니다.
생체 내 히알로이드 혈관 구조의 시각화와 생체 내 생체 내 생체 내 혈관 구조는 히알라로이드 혈관 회귀의 메커니즘을 연구하는 데 필수적입니다. 현재 히알라이드 혈관구조를 관찰하는 방법은 주로 OCT 및 FFA 이미지, 눈 단면 및 히알로이드 플랫 마운트를 통해 VHP 및 HA를 시각화하고 분석하는 데 중점을 둡니다. OCT와 FFA는 생체 내 이미징 도구에서 강력하여 눈을 뜨고 살아있는 동물의 세로 관찰을 허용합니다. 더욱이, 분리된 히알로이드 플랫 마운트는 전체 히알로이드 혈관구조의 시각화및 혈관 수의 정확한 정량화를 달성하는 수단을 제공한다. 그러나 히알로이드 용기의 섬세하고 깨지기 쉬운 특성과 그 고립의 결과로 인한 기술적 어려움은 다소 눈 연구에서 그 사용을 제한 했을 수 있습니다10,17,27. 이 논문에서는, 우리는 이러한 기술의 타당성을 향상시키기 위해 생체 내 살아있는 망막 이미징 및 ex 생체 외 분리 히알로이드 플랫 마운트를 모두 결합하여 히알로이드 혈관의 시각화에 대한 상세한 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜은 살아있는 안저스 및 OCT 이미징(28)의 생체 내 방법 및 분리된 히알로이드 플랫마운트(11)의생체내 방법에 대한 이전 간행물들로부터의 수정 및 확장에 적응되었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
히알로이드 혈관을 평가하고 특성화하는 기술은 동물 모델에서 히알로이드 혈관 회귀를 관찰하는 직관적이고 필요한 절차이며, 개발 중 혈관 회귀의 기초가 되는 메커니즘에 대한 연구를 허용합니다. 생체 내 망막 이미징은 동일한 동물에서 히알로이드 회귀의 세로 관찰을 허용하는 반면, OCT 및 FFA를 위한 설치류 안저 이미징 시스템에 대한 접근은 제한 요인이 될 수 있다. 추가적인 추가, 살아있…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 J.C. Z.W.에 국립 보건원 (NIH) 보조금 (R01 EY024963 및 EY028100)에 의해 지원되었다 기사단 눈 재단 경력 스타터 그랜트에 의해 지원되었다. 이 연구에서 설명한 히알로이드 격리 절차는 리처드 랭 박사, 쿠리하라 도시히데, 로이스 스미스 박사가 아낌없이 공유한 프로토콜의 수정으로 조정되었으며, 저자들은 감사하게 생각합니다.
Materials
| AK-Fluor (fluorescein injection, USP) | Akorn | 17478-253-10 | |
| Anti-CD31 antibody | Abcam | ab28364 | |
| Antifade mounting medium | Thermo Fisher | S2828 | |
| Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Artificial tear eyedrop | Systane | N/A | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2058 | |
| C57BL/6J mice | The Jackson Laboratory | Stock NO: 000664 | |
| Calcium chloride (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C1016 | |
| Cryostat | Leica | CM3050S | |
| Cryostat | Leica | CM3050 S | |
| Cyclopentolate hydrochloride and phenylephrine hydrochloride eyedrop | Cyclomydril | N/A | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G9382 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | ThermoFisher Scientific | A-11008 | |
| Heating board | Lab-Line Instruments Inc. | N/A | |
| Isolectin GS-IB4, 594 conjugate | ThermoFisher Scientific | I21413 | |
| Ketamine hydrochloride injection | KetaVed | NDC 50989-996-06 | |
| Lrp5-/- mice | The Jackson Laboratory | Stock NO. 005823 | Developed by Deltagen Inc., San Mateo, CA |
| Micron IV and OCT | Phoenix Research Labs | N/A | Imaging software: InSight |
| Microscope | Zeiss | discovery v8 | |
| Microsurgery forceps | Scanlan International | 4004-05 | |
| Microsurgery scissors | Scanlan International | 6006-44 | |
| Optimal cutting temperature compound | Tissue-Tek | 4583 | |
| Optimal cutting temperature compound | Agar Scientific | AGR1180 | |
| Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| Peel-A-Way disposable embedding molds (tissue molds) | Fisher Scientific | 12-20 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) buffer (10X) | Teknova | P0496 | |
| Slide cover glass | Premiere | 94-2222-10 | |
| Superfrost microscope slides | Fisherbrand | 12-550-15 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | |
| Xylazine sterile solution | Akorn: AnaSed | NDC: 59399-110-20 |
References
- Lutty, G. A., McLeod, D. S. Development of the hyaloid, choroidal and retinal vasculatures in the fetal human eye. Progress in Retinal and Eye Research. 62, 58-76 (2018).
- Anand-Apte, B., Hollyfield, J., Besharse, J., Bok, D. Developmental anatomy of the retinal and choroidal vasculature. The Retina and its Disorders. , (2011).
- Hobbs, R. P., Hartnett, M. E., Hartnett, M. E. Chapter 2: The hyaloidal vasculature and its role in development. Pediatric Retina: Second Edition. , (2013).
- Fruttiger, M. Development of the retinal vasculature. Angiogenesis. 10 (2), 77-88 (2007).
- Saint-Geniez, M., D’Amore, P. A. Development and pathology of the hyaloid, choroidal and retinal vasculature. The International Journal of Developmental Biology. 48 (8-9), 1045-1058 (2004).
- Ito, M., Yoshioka, M. Regression of the hyaloid vessels and pupillary membrane of the mouse. Anatomy and Embryology. 200 (4), 403-411 (1999).
- Stahl, A., et al. The mouse retina as an angiogenesis model. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 51 (6), 2813-2826 (2010).
- Liu, C. H., Wang, Z., Sun, Y., Chen, J. Animal models of ocular angiogenesis: from development to pathologies. FASEB Journal. 31 (11), 4665-4681 (2017).
- Shastry, B. S. Persistent hyperplastic primary vitreous: congenital malformation of the eye. Clinical & Experimental Ophthalmology. 37 (9), 884-890 (2009).
- Lobov, I. B., et al. WNT7b mediates macrophage-induced programmed cell death in patterning of the vasculature. Nature. 437 (7057), 417-421 (2005).
- Kato, M., et al. Cbfa1-independent decrease in osteoblast proliferation, osteopenia, and persistent embryonic eye vascularization in mice deficient in Lrp5, a Wnt coreceptor. The Journal of Cell Biology. 157 (2), 303-314 (2002).
- Xia, C. H., et al. A model for familial exudative vitreoretinopathy caused by LPR5 mutations. Human Molecular Genetics. 17 (11), 1605-1612 (2008).
- Xu, Q., et al. Vascular development in the retina and inner ear: control by Norrin and Frizzled-4, a high-affinity ligand-receptor pair. Cell. 116 (6), 883-895 (2004).
- Ye, X., et al. Norrin, frizzled-4, and Lrp5 signaling in endothelial cells controls a genetic program for retinal vascularization. Cell. 139 (2), 285-298 (2009).
- Ohlmann, A. V., Adamek, E., Ohlmann, A., Lutjen-Drecoll, E. Norrie gene product is necessary for regression of hyaloid vessels. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (7), 2384-2390 (2004).
- Chen, J., et al. Retinal expression of Wnt-pathway mediated genes in low-density lipoprotein receptor-related protein 5 (Lrp5) knockout mice. PLoS One. 7 (1), 30203 (2012).
- Nayak, G., et al. Developmental vascular regression is regulated by a Wnt/beta-catenin, MYC and CDKN1A pathway that controls cell proliferation and cell death. Development. 145 (12), (2018).
- Kurihara, T., et al. Astrocyte pVHL and HIF-alpha isoforms are required for embryonic-to-adult vascular transition in the eye. The Journal of Cell Biology. 195 (4), 689-701 (2011).
- Huang, T. Q., et al. Deletion of HIF-1alpha partially rescues the abnormal hyaloid vascular system in Cited2 conditional knockout mouse eyes. Molecular Vision. 18, 1260-1270 (2012).
- Yoshikawa, Y., et al. Developmental regression of hyaloid vasculature is triggered by neurons. The Journal of Experimental Medicine. 213 (7), 1175-1183 (2016).
- Garcia, C. M., et al. The function of VEGF-A in lens development: formation of the hyaloid capillary network and protection against transient nuclear cataracts. Experimental Eye Research. 88 (2), 270-276 (2009).
- Hurskainen, M., et al. Abnormal maturation of the retinal vasculature in type XVIII collagen/endostatin deficient mice and changes in retinal glial cells due to lack of collagen types XV and XVIII. FASEB journal. 19 (11), 1564-1566 (2005).
- Fukai, N., et al. Lack of collagen XVIII/endostatin results in eye abnormalities. The EMBO Journal. 21 (7), 1535-1544 (2002).
- McKeller, R. N., et al. The Arf tumor suppressor gene promotes hyaloid vascular regression during mouse eye development. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (6), 3848-3853 (2002).
- Hackett, S. F., Wiegand, S., Yancopoulos, G., Campochiaro, P. A. Angiopoietin-2 plays an important role in retinal angiogenesis. Journal of Cellular Physiology. 192 (2), 182-187 (2002).
- Chang, B., et al. Haploinsufficient Bmp4 ocular phenotypes include anterior segment dysgenesis with elevated intraocular pressure. BMC Genetics. 2, 18 (2001).
- Wang, Z., et al. Pharmacologic Activation of Wnt Signaling by Lithium Normalizes Retinal Vasculature in a Murine Model of Familial Exudative Vitreoretinopathy. The American Journal of Pathology. 186 (10), 2588-2600 (2016).
- Gong, Y., et al. Optimization of an Image-Guided Laser-Induced Choroidal Neovascularization Model in Mice. PLoS One. 10 (7), 0132643 (2015).
- Kishimoto, A., et al. Histochemical characteristics of regressing vessels in the hyaloid vascular system of neonatal mice: Novel implication for vascular atrophy. Experimental Eye Research. 172, 1-9 (2018).
- Lang, R. A., Bishop, J. M. Macrophages are required for cell death and tissue remodeling in the developing mouse eye. Cell. 74 (3), 453-462 (1993).
- Riazifar, H., et al. Phenotypic and functional characterization of Bst+/- mouse retina. Disease Models & Mechanisms. 8 (8), 969-976 (2015).
