Yetişkin Xenopus tropicalis Kalbinde Apikal Rezeksiyon Modeli
Summary
Xenopus tropicalis, organlarının çoğu dikkate değer bir rejeneratif kapasiteye sahip olduğu için rejeneratif araştırmalar için ideal bir modeldir. Burada, X. tropicalis’te apeks rezeksiyonu yoluyla bir kalp hasarı modeli oluşturmak için bir yöntem sunuyoruz.
Abstract
Yetişkin memelilerde, kalbin rejeneratif kapasitesini kaybettiği ve kalp yetmezliğini dünya çapında önde gelen ölüm nedenlerinden biri haline getirdiği bilinmektedir. Önceki araştırmalar, diploid genoma sahip bir anuran amfibi olan yetişkin Xenopus tropicalis’in kalbinin rejeneratif yeteneğini ve memelilerle yakın bir evrimsel ilişkiyi göstermiştir. Ek olarak, çalışmalar ventriküler apeks rezeksiyonunu takiben, X. tropicalis’te kalbin skar olmadan yenilenebileceğini göstermiştir. Sonuç olarak, bu önceki sonuçlar X. tropicalis’in yetişkin kalp rejenerasyonu çalışması için uygun bir alternatif omurgalı modeli olduğunu göstermektedir. Burada erişkin X. tropicalis’te kardiyak rejenerasyonun cerrahi bir modeli sunulmaktadır. Kısaca, kurbağalar uyuşturuldu ve sabitlendi; Daha sonra iridektomi makası ile cilde ve perikarda nüfuz eden küçük bir kesi yapıldı. Ventriküle hafif basınç uygulandı ve ventrikülün tepesi makasla kesildi. Kardiyak hasar ve rejenerasyon rezeksiyon (dpr) sonrası 7-30 gün sonra histoloji ile doğrulandı. Bu protokol , yetişkin X. tropicalis’te yetişkin kalp rejenerasyonunun mekanizmalarını aydınlatmak için kullanılabilecek apikal bir rezeksiyon modeli oluşturmuştur.
Introduction
Kalp yetmezliği son yıllarda dünya çapında mortalitenin önde gelen nedenlerinden biri olmuştur. 2000 yılından bu yana, kalp yetmezliğine bağlı ölümlerin sayısı zamanla artmaktadır. 2019 yılında 9 milyondan fazla insan kardiyomiyopatiden öldü ve bu da küresel olarak toplam ölüm sayısının% 16’sını oluşturdu1. Yetişkin memelilerde kalbin rejeneratif kapasitesinin kaybı nedeniyle, bazı durumlarda, kalpteki kasılma fonksiyonlarını korumak için yeterli kardiyomiyosit yoktur, bu da kalp fonksiyonunu etkiler ve anormal ventrikül yeniden şekillenmesine ve kalp yetmezliğine katkıda bulunur 2,3,4. Gerçekten de, memelilerde, kalp, karaciğer, akciğerler, bağırsaklar, mesane, kemik ve cilt gibi diğer organlara kıyasla en zayıf rejeneratif kapasiteye sahiptir. Dünya nüfusunun yaşlanması küresel bir megatrend haline geldikçe, kalp hastalığı ile karşı karşıya kaldığımız zorluklar yoğunlaşacaktır5.
Kardiyak rejenerasyon mekanizmalarının aydınlatılması, iskemik kalp hastalığının tedavileri için önemli etkilere sahip olabilir. Raporlar, yenidoğan farelerin kalplerinin apeks rezeksiyon6 sonrası rejeneratif kapasiteye sahip olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte, bu rejeneratif kapasite7 günlük 7 yaşından sonra kaybolur. Çalışmalar, yetişkin memeli kalplerinin yenilenemediğini, çünkü kardiyomiyosit proliferasyonu kapasitelerinin 8,9 azaldığını göstermiştir. Bununla birlikte, alt omurgalıların kalpleri yaralanma sonrası güçlü bir rejeneratif kapasiteye sahiptir. Örneğin, zebra balığı 10, X. tropicalis11, Xenopus laevis12, newt 13 ve axolotl14, apeks rezeksiyonundan sonra tam rejenerasyon yeteneğine sahiptir. Ek olarak, bazı alt omurgalıların vücutlarının diğer kısımları da, yenilerin uzuvları ve tropikal pençeli kurbağaların kuyrukları, lensleri ve kolları gibi tam bir yenilenme geçirebilir 4,15,16.
Kardiyak hasar modellerinin oluşturulması, kardiyak rejenerasyonun altında yatan mekanizmaların aydınlatılmasında ilk adımdır ve rejeneratif araştırmalarda büyük öneme sahiptir. Araştırmacılar, bıçaklama, kontüzyon, genetik ablasyon, kriyoyaralanma ve enfarktüs dahil olmak üzere kardiyak yaralanma modelleri oluşturmak için çeşitli yöntemler geliştirmişlerdir 5,6.
Kriyoyaralanma, miyokard enfarktüsü (MI) ve apeks rezeksiyonu kardiyak hasarı indüklemek için yaygın olarak kullanılmaktadır ve yaralanma tipinin kardiyomiyositlerin aşağıdaki rejenerasyonu üzerinde önemli etkileri olabilir6. Cerrahi tekniğe bağlı olarak, kalbin yenilenmeye cevabı değişebilir. Kriyoyaralanma büyük hücre ölümüne neden olur ve zebra balığı17’nin kalbinde fibrotik izler üretir, böylece memeli enfarktüsüne benzeyen bir model oluşturur. Apikal rezeksiyon, zebra balığı 10 ve X. tropicalis11’de yapılan ventrikül dokularının bir kısmının kalıcı izlere neden olmadan kesilmesiyle gerçekleştirilir. Bu çalışmada daha basit bir operasyon olan ve kriyoyaralanmaya göre daha az cerrahi alet gerektiren apikal rezeksiyon uygulandı. Soy izleme analizini kullanarak, önceki bir çalışma, kardiyak rejenerasyonun, fare6 ve zebra balığı18’in kalplerinde önceden var olan kardiyomiyositlerin çoğalmasıyla ilişkili olduğunu, ancak amfibiler için hiçbir rapor bulunmadığını göstermiştir. Bu nedenle, X. tropicalis’teki apeks rezeksiyon modeli, rejeneratif yanıtların altında yatan mekanizmaların aydınlatılmasında önemli bir rol oynamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kalbin tepesinin cerrahi amputasyonunu içeren apikal rezeksiyon, zebra balığı ve farelerdetanımlanmıştır 6,18; ancak, bu X. tropicalis’te tanımlanmamıştır. Bu yazıda kardiyak hasarın güvenilir bir modeli açıklanmakta ve erişkin X. tropicalis’in kalbinin apikal rezeksiyondan sonra skar oluşmadan tamamen yenilenebildiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, bazı eksikliklerin iyileştirilmesi ve bazı detayların dikkat edilmesi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2016YFE0204700), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (82070257, 81770240) ve Eğitim Bakanlığı, Jinan Üniversitesi (ZSYXM202004 ve ZSYXM202104), Çin Rejeneratif Tıp Anahtar Laboratuvarı Araştırma Bursu ile desteklenmiştir.
Materials
| Acetic acid | GHTECH | 64-19-7-500ml | |
| Acid Alcohol Fast Differentiation Solution | Beyotime | C0163M | |
| Acid Fuchsin | aladdin | A104916 | |
| Alcohol Soluble Eosin Y Stainin Solution | Servicebio | G1001-500ML | |
| BioReagent | Beyotime | ST2600-100g | |
| Ethanol absolute | Guangzhou Chemical Reagent Factory | HB15-GR-0.5L | |
| Hematoxylin Stain Solution | Servicebio | G1004-500ML | |
| Neutral balsam | Solarbio | G8590 | |
| Operating Scissors | Prosperich | HC-JZ-YK-Z-10cm | |
| Paraffins | Leica | 39601095 | |
| Para-formaldehyde Fixative | Servicebio | G1101-500ML | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) powder | Servicebio | G0002-2L | |
| Phosphomolybdic acid hydrate | Macklin | P815551 | |
| Stereo microscope | Leica | ||
| surgical forceps | ChangZhou | zfq-11-btjw | |
| Surgical Suture | HUAYON | 18-5140 | |
| Tricaine | Macklin | ||
| Xylene | Guangzhou Chemical Reagent Factory | IC02-AR-0.5L |
References
- Thiara, B. Cardiovascular disease. Nursing Standard. 29 (33), 60 (2015).
- van Amerongen, M. J., Engel, F. B. Features of cardiomyocyte proliferation and its potential for cardiac regeneration. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 12 (6), 2233-2244 (2008).
- Burke, A. P., Virmani, R. Pathophysiology of acute myocardial infarction. Medical Clinics of North America. 91 (4), 553-572 (2007).
- Sessions, S. K., Bryant, S. V. Evidence that regenerative ability is an intrinsic property of limb cells in Xenopus. Journal of Experimental Zoology. 247 (1), 39-44 (1988).
- Laflamme, M. A. Heart regeneration. Nature. 473 (7347), 326-335 (2011).
- Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nature Protocols. 9 (2), 305-311 (2014).
- Tzahor, E., Poss, K. D. Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 356 (6342), 1035-1039 (2017).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331 (6020), 1078-1080 (2011).
- Porrello, E. R., et al. Regulation of neonatal and adult mammalian heart regeneration by the miR-15 family. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (1), 187-192 (2013).
- Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).
- Liao, S., et al. Heart regeneration in adult Xenopus tropicalis after apical resection. Cell & Bioscience. 7, 70 (2017).
- Marshall, L. N., et al. Stage-dependent cardiac regeneration in Xenopus is regulated by thyroid hormone availability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (9), 3614-3623 (2019).
- Witman, N., Murtuza, B., Davis, B., Arner, A., Morrison, J. I. Recapitulation of developmental cardiogenesis governs the morphological and functional regeneration of adult newt hearts following injury. 발생학. 354 (1), 67-76 (2011).
- Cano-Martinez, A., et al. Functional and structural regeneration in the axolotl heart (Ambystoma mexicanum) after partial ventricular amputation. Archivos de Cardiología de México. 80 (2), 79-86 (2010).
- Kragl, M., et al. Cells keep a memory of their tissue origin during axolotl limb regeneration. Nature. 460 (7251), 60-65 (2009).
- Oberpriller, J. O., Oberpriller, J. C. Response of the adult newt ventricle to injury. Journal of Experimental Zoology. 187 (2), 249-253 (1974).
- Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138 (9), 1663-1674 (2011).
- Ellman, D. G., et al. Apex resection in zebrafish (Danio rerio) as a model of heart regeneration: A video-assisted guide. International Journal of Molecular Sciences. 22 (11), 5865 (2021).
- Lee-Liu, D., et al. Genome-wide expression profile of the response to spinal cord injury in Xenopus laevis reveals extensive differences between regenerative and non-regenerative stages. Neural Development. 9, 12 (2014).
- Wu, H. Y., et al. Fosl1 is vital to heart regeneration upon apex resection in adult Xenopus tropicalis. npj Regenerative Medicine. 6 (1), 36 (2021).
- Chablais, F., Jazwinska, A. Induction of myocardial infarction in adult zebrafish using cryoinjury. Journal of Visualized Experiments. (62), e3666 (2012).
