Summary

Analyserer<em> In vivo</em> Cell Migration hjælp Cell transplantationer og Time-lapse Imaging i zebrafisk embryoner

Published: April 29, 2016
doi:

Summary

Combining cell transplantation, cytoskeletal labeling and loss/gain of function approaches, this protocol describes how the migrating zebrafish prospective prechordal plate can be used to analyze the function of a candidate gene in in vivo cell migration.

Abstract

Cell migration is key to many physiological and pathological conditions, including cancer metastasis. The cellular and molecular bases of cell migration have been thoroughly analyzed in vitro. However, in vivo cell migration somehow differs from in vitro migration, and has proven more difficult to analyze, being less accessible to direct observation and manipulation. This protocol uses the migration of the prospective prechordal plate in the early zebrafish embryo as a model system to study the function of candidate genes in cell migration. Prechordal plate progenitors form a group of cells which, during gastrulation, undergoes a directed migration from the embryonic organizer to the animal pole of the embryo. The proposed protocol uses cell transplantation to create mosaic embryos. This offers the combined advantages of labeling isolated cells, which is key to good imaging, and of limiting gain/loss of function effects to the observed cells, hence ensuring cell-autonomous effects. We describe here how we assessed the function of the TORC2 component Sin1 in cell migration, but the protocol can be used to analyze the function of any candidate gene in controlling cell migration in vivo.

Introduction

I flercellede organismer, celle migration er afgørende både for udviklingen af ​​embryo, hvor det sikrer organisering af celler i væv og organer, og til voksenlivet, hvor det tager en del til vævshomeostase (sårheling) og immunitet. Foruden disse fysiologiske funktioner, cellemigrering er også involveret i forskellige patologiske situationer, herunder især, cancermetastase.

Cell migration er blevet analyseret in vitro i årtier, giver en overordnet forståelse for de molekylære mekanismer, der sikrer celle bevægelser på flade overflader. In vivo dog celler konfronteret med et mere komplekst miljø. Det tydeligt viste sig i de seneste år, at migration inden en organisme kan påvirkes af eksterne signaler såsom den ekstracellulære matrix, tilstødende celler eller udskilles kemokiner vejledende migration, og at de mekanismer, der driver celle migration kan variere fra hvad der er blevet beskrevet <em> in vitro 1,2. De mekanismer, der sikrer in vivo celle migration har fået mindre opmærksomhed hidtil, primært på grund af den øgede tekniske vanskeligheder i forhold til in vitro-undersøgelser. In vivo analyse af cellemigration især kræver direkte optisk adgang til migrerende celler, teknikker at mærke unikke celler i for at kunne se deres dynamik og morfologi samt gevinst eller tab af funktion tilgange til at teste rollen som kandidatgener. Hidtil har kun få modelsystemer huser disse karakteristika blevet anvendt til at dissekere in vivo cellemigrering 3.

Vi har for nylig brugt migrationen af de fremadrettede prechordal plade i tidlige zebrafisk embryoner som en ny praktisk model system til at vurdere funktionen af kandidatgener i at kontrollere in vivo celle migration 4,5. Prospektiv prechordal plade (også kendt som anterior mesendoderm) er en gruppe af celler danner i starten af ​​gastrulation på dorsale side af fosteret. Under gastrulation denne gruppe migrerer kollektivt mod dyret pol af embryonet 6-8, til dannelse af den prechordal plade, en mesendodermal fortykkelse, anterior til rygstrengen og underliggende neurale plade. Den forreste del af prechordal plade vil give anledning til udrugning kirtel, mens dens bageste del sandsynligvis bidrager til hovedet mesoderm 9. Takket være den eksterne udvikling og optisk klarhed af fisken embryo, kan cellemigrering let og direkte observeret i denne struktur.

Cell transplantation er en meget potent teknik, der giver mulighed for hurtig og nem oprettelse af mosaik embryoner 10. Udtrykker fluorescerende cytoskelet-markører i transplanterede celler resulterer i mærkning af isolerede celler, morfologi og dynamik som let kan observeres. Kombinere dette til tab eller gevinst på funktion nærmer tillader analyse af celle-autonome funktioner i en dåsedidat gen.

Den præsenterede protokol beskriver, hvordan vi vurderede funktionen af TORC2 komponent Sin1 i at kontrollere celle migration og actin dynamik in vivo fem. Men som nævnt i resultaterne, diskuteres yderligere, det kunne anvendes til at analysere den potentielle konsekvenser af ethvert kandidat-gen i at kontrollere cellemigrering in vivo.

Protocol

Bemærk: Figur 1 viser omridset af protokollen. 1. Forberedelse af Needles til injektion og transplantation Bemærk: Nåle kan fremstilles på ethvert tidspunkt og lagres. Opbevar dem i en petriskål, på et bånd af modellervoks. Seal fadet med parafilm at beskytte mod støv. For injektionsnåle, trække et glas kapillarrør (udvendig diameter 1,0 mm, indvendig diameter 0,58 mm, uden endeløse (se listen over Materials))</stro…

Representative Results

Den præsenterede teknik blev anvendt til at analysere den rolle, Sin1, en ​​af de centrale komponenter i Tor komplekse 2 (TORC2), i at kontrollere in vivo celle migration. Anvendelsen af ​​celletransplantation tillader mærkning af isolerede celler og analyse af celle–autonome virkninger. Movie S1 viser migration af transplanterede prechordal plade stamceller. Actin mærkning med ABP140 tillader nem visualisering af actin-rige cytoplasmiske fremspring. Vi målte deres …

Discussion

Denne protokol viser en nem måde at studere rollen af en kandidat-gen i cellemigrering in vivo, ved at kombinere skabelse af kimære embryoner under anvendelse celletransplantation med levende billeddannelse.

Oprettelse af mosaik embryoner

Studere dynamikken i en celle kræver visualisering af sin kontur til at analysere cytoplasmatiske udvidelser. Dette kan opnås ved mærkning isolerede celler i en ellers umærket – eller forskelligt mærket – miljø,…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank F. Bouallague and the IBENS animal facility for excellent zebrafish care. Research reported in this publication was supported by the Fondation ARC pour la recherche sur le cancer, grants N° SFI20111203770 and N° PJA 20131200143.

Materials

Glass capillaries (outside diameter 1.0 mm, inside diameter 0.58 mm) Harvard Apparatus 300085 standard thickness
Glass capillaries (outside diameter 1.0 mm, inside diameter 0.78 mm) Harvard Apparatus 300085 thin-walled
Penicillin-Streptomycin Sigma-Aldrich P4333 10 000 units penicillin and 10 mg streptomycin per ml
fine tweezers Dumont Fine Science Tools 11254-20 5F
glass bottom dishes MatTek P35G-0-10-C
Air transjector Eppendorf 5246
Micro-forge Narishige MF-900
Microgrinder Narishige EG-44
Micromanipulator (for injection) Narishige MN-151
Micromanipulator (for cell transplantation) Leica Leica Micromanipulator
Hammilton Syringe Narishige IM-9B
Micropipette puller David Kopf Instruments Model 720
Transplantation mold Adapative Science Tools PT-1
Needle holder Narishige HI-7
Tube connector Narishige CI-1
PTFE tubing Narishige CT-1

Referências

  1. Charras, G., Sahai, E. Physical influences of the extracellular environment on cell migration. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 15 (12), 813-824 (2014).
  2. Friedl, P., Wolf, K. Plasticity of cell migration: A multiscale tuning model. Journal of Cell Biology. 188 (1), 11-19 (2010).
  3. Friedl, P., Gilmour, D. Collective cell migration in morphogenesis, regeneration and cancer. Nature reviews. Molecular cell biology. 10 (7), 445-457 (2009).
  4. Dang, I., Gorelik, R., et al. Inhibitory signalling to the Arp2/3 complex steers cell migration. Nature. , (2013).
  5. Dumortier, J. G., David, N. B. The TORC2 Component, Sin1, Controls Migration of Anterior Mesendoderm during Zebrafish Gastrulation. Plos One. 10, e0118474 (2015).
  6. Solnica-Krezel, L., Stemple, D. L., Driever, W. Transparent things: cell fates and cell movements during early embryogenesis of zebrafish. BioEssays. 17 (11), 931-939 (1995).
  7. Ulrich, F., Concha, M. L., et al. Slb/Wnt11 controls hypoblast cell migration and morphogenesis at the onset of zebrafish gastrulation. Development. 130 (22), 5375-5384 (2003).
  8. Dumortier, J. G., Martin, S., Meyer, D., Rosa, F. M., David, N. B. Collective mesendoderm migration relies on an intrinsic directionality signal transmitted through cell contacts. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 1-6 (2012).
  9. Gritsman, K., Talbot, W. S., Schier, A. F. Nodal signaling patterns the organizer. Development. 127 (5), 921-932 (2000).
  10. Kemp, H. A., Carmany-Rampey, A., Moens, C. Generating chimeric zebrafish embryos by transplantation. Journal of visualized experiments : JoVE. (29), (2009).
  11. Westerfield, M. . The zebrafish book. A guide for the laboratory use of zebrafish (Danio rerio). , (2000).
  12. Barry, D. J., Durkin, C. H., Abella, J. V., Way, M. Open source software for quantification of cell migration, protrusions, and fluorescence intensities. The Journal of Cell Biology. 209 (1), 163-180 (2015).
  13. Gorelik, R., Gautreau, A. Quantitative and unbiased analysis of directional persistence in cell migration. Nature Protocols. 9 (8), 1931-1943 (2014).
  14. Sacan, A., Ferhatosmanoglu, H., Coskun, H. CellTrack: An open-source software for cell tracking and motility analysis. Bioinformatics. 24 (14), 1647-1649 (2008).
  15. Tahinci, E., Symes, K. Distinct functions of Rho and Rac are required for convergent extension during Xenopus gastrulation. Developmental biology. 259 (2), 318-335 (2003).
  16. Zhang, T., Yin, C., et al. Stat3-Efemp2a modulates the fibrillar matrix for cohesive movement of prechordal plate progenitors. Development. 141 (22), 4332-4342 (2014).
  17. Riedl, J., Crevenna, A. H., et al. Lifeact: a versatile marker to visualize F-actin. Nature methods. 5 (7), 605-607 (2008).
  18. Burkel, B. M., Von Dassow, G., Bement, W. M. Versatile fluorescent probes for actin filaments based on the actin-binding domain of utrophin. Cell Motility and the Cytoskeleton. 64 (11), 822-832 (2007).
  19. Yoo, S. K., Deng, Q., Cavnar, P. J., Wu, Y. I., Hahn, K. M., Huttenlocher, A. Differential regulation of protrusion and polarity by PI3K during neutrophil motility in live zebrafish. Developmental cell. 18 (2), 226-236 (2010).
  20. Spracklen, A. J., Fagan, T. N., Lovander, K. E., Tootle, T. L. The pros and cons of common actin labeling tools for visualizing actin dynamics during Drosophila oogenesis. Developmental biology. 393 (2), 209-226 (2014).
  21. Johnson, H. W., Schell, M. J. Neuronal IP3 3-kinase is an F-actin-bundling protein: role in dendritic targeting and regulation of spine morphology. Molecular biology of the Cell. 20 (24), 5166-5180 (2009).
  22. Yi, J., Wu, X. S., Crites, T., Hammer, J. A. Actin retrograde flow and actomyosin II arc contraction drive receptor cluster dynamics at the immunological synapse in Jurkat T cells. Molecular Biology of the Cell. 23 (5), 834-852 (2012).

Play Video

Citar este artigo
Giger, F. A., Dumortier, J. G., David, N. B. Analyzing In Vivo Cell Migration using Cell Transplantations and Time-lapse Imaging in Zebrafish Embryos. J. Vis. Exp. (110), e53792, doi:10.3791/53792 (2016).

View Video