Модель апикальной резекции в сердце взрослого Xenopus tropicalis
Summary
Xenopus tropicalis является идеальной моделью для регенеративных исследований, поскольку многие из его органов обладают замечательной регенеративной способностью. Здесь мы представляем метод построения модели повреждения сердца у X. tropicalis с помощью резекции вершины.
Abstract
Известно, что у взрослых млекопитающих сердце утратило свою регенеративную способность, что делает сердечную недостаточность одной из основных причин смерти во всем мире. Предыдущие исследования продемонстрировали регенеративную способность сердца взрослого Xenopus tropicalis, беснулевой амфибии с диплоидным геномом и тесной эволюционной связью с млекопитающими. Кроме того, исследования показали, что после резекции верхушки желудочка сердце может регенерировать без рубцевания у X. tropicalis. Следовательно, эти предыдущие результаты свидетельствуют о том, что X. tropicalis является подходящей альтернативной моделью позвоночных для изучения регенерации сердца у взрослых. Здесь представлена хирургическая модель регенерации сердца у взрослой особи X. tropicalis. Вкратце, лягушки были обезболены и зафиксированы; Затем был сделан небольшой разрез ножницами для иридэктомии, проникающий в кожу и перикард. На желудочек оказывалось легкое давление, а затем ножницами вырезали верхушку желудочка. Повреждение сердца и регенерация были подтверждены гистологией через 7-30 дней после резекции (ДПР). Этот протокол установил модель апикальной резекции у взрослых X. tropicalis, которая может быть использована для выяснения механизмов регенерации сердца у взрослых.
Introduction
Сердечная недостаточность является основной причиной смертности во всем мире в последние годы. С 2000 года число смертей от сердечной недостаточности со временем увеличивается. В 2019 году от кардиомиопатии умерло более 9 миллионов человек, что составило 16% от общего числа смертей во всеммире1. Из-за потери регенеративной способности сердца у взрослых млекопитающих в некоторых случаях не хватает кардиомиоцитов для поддержания сократительных функций в сердце, что влияет на функцию сердца и способствует аномальному ремоделированию желудочков и сердечной недостаточности 2,3,4. Действительно, у млекопитающих сердце имеет самую низкую регенеративную способность по сравнению с другими органами, такими как печень, легкие, кишечник, мочевой пузырь, кости и кожа. По мере того, как старение населения мира становится глобальной мегатенденцией, проблемы, с которыми мы сталкиваемся в связи с сердечно-сосудистыми заболеваниями, будут усиливаться5.
Выяснение механизмов регенерации сердца может иметь значительные последствия для терапии ишемической болезни сердца. Отчеты показали, что сердца новорожденных мышей обладают регенеративной способностью после резекциивершины 6. Тем не менее, эта регенеративная способность теряется после 7 дней в возрасте7 лет. Исследования показали, что сердца взрослых млекопитающих не могут регенерировать, потому что их способность к пролиферации кардиомиоцитов уменьшилась 8,9. Однако сердца низших позвоночных обладают мощной регенеративной способностью после травмы. Например, рыбки данио-рерио 10, X. tropicalis11, Xenopus laevis12, тритон13 и аксолотль14 способны к полной регенерации после резекции вершины. Кроме того, другие части тела некоторых низших позвоночных также могут подвергаться полной регенерации, такие как конечности тритонов и хвосты, хрусталики и руки тропических когтистых лягушек 4,15,16.
Создание моделей сердечных повреждений является первым шагом к выяснению механизмов, лежащих в основе регенерации сердца, и имеет большое значение в регенеративных исследованиях. Исследователи разработали различные методы построения моделей сердечных травм, включая колющие ранения, ушибы, генетическую абляцию, криотравму и инфаркт 5,6.
Криотравма, инфаркт миокарда (ИМ) и резекция верхушки широко используются для индукции сердечной травмы, и тип травмы может оказывать существенное влияние на последующую регенерацию кардиомиоцитов6. В зависимости от хирургической техники реакция сердца на регенерацию может варьироваться. Криотравма вызывает массовую гибель клеток и вызывает фиброзные рубцы в сердцах рыбокданио-17, создавая таким образом модель, напоминающую инфаркт млекопитающих. Апикальная резекция выполняется путем отсечения части тканей желудочков, что было сделано у рыбок данио-рерио10 и X. tropicalis11, не вызывая постоянных рубцов. В этом исследовании была выполнена апикальная резекция, которая является более простой операцией и требует меньшего количества хирургических инструментов, чем криотравма. Используя анализ отслеживания происхождения, предыдущее исследование показало, что регенерация сердца связана с пролиферацией кардиомиоцитов, которые ранее существуют в сердцах мышей6 и рыбок данио-рерио18, но нет никаких сообщений о земноводных. Следовательно, модель резекции вершины у X. tropicalis играет важную роль в выяснении механизмов, лежащих в основе регенеративных реакций.
Protocol
Representative Results
Discussion
Апикальная резекция, которая включает хирургическую ампутацию верхушки сердца, была описана у рыбок данио-рерио и мышей 6,18; однако это не было описано в X. tropicalis. В этом отчете описывается достоверная модель сердечной травмы и демонстрируется, что се?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантами Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая (2016YFE0204700), Национального фонда естественных наук Китая (82070257, 81770240) и исследовательским грантом Ключевой лаборатории регенеративной медицины Министерства образования Цзинаньского университета (ZSYXM202004 и ZSYXM202104), Китай.
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 |
Referências
- 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. Biologia do Desenvolvimento. 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).
