כימות Orofacial פנוטיפים ב<em> צפרדעים</em
Summary
שיטה לכמת את גודלו וצורת orofacial של עוברי laevis Xenopus פותחה. בפרוטוקול זה, מדידות גודל מסורתיות בשילוב עם morphometrics הגיאומטרי כדי לאפשר ניתוחים מתוחכמים יותר של התפתחות וליקויי orofacial.
Abstract
צפרדעים הפכו לכלי חשוב עבור לנתח את המנגנונים לפיקוח על בנייה ופגמי craniofacial. שיטה לכמת פיתוח orofacial תאפשר לניתוח קפדני יותר של פנוטיפים orofacial על ביטול עם חומרים שיכולים מבחינה גנטית או מולקולרי לתפעל ביטוי גנים או תפקוד חלבון. שימוש בשתי תמונות ממדיות של הראשים העובריים, ממדים-כגון גודל מסורתיים כרוחב orofacial, גובה וarea- נמדדים. בנוסף, מדד עגלגלות של פתיחת הפה העוברית משמש לתאר את הצורה של הפה. morphometrics הגיאומטרי של שתי תמונות ממדיות אלה מבוצעים גם כדי לספק מבט מתוחכם יותר של שינויים בצורתו של אזור orofacial. ציוני דרך מוקצות לנקודות ספציפיות באזור orofacial וקואורדינטות נוצרות. ניתוח מרכיבי עיקרון משמש להפחתת קואורדינטות ציון דרך לרכיבי עיקרון שאז להפלות הטיפולקבוצות. תוצאות אלו מוצגות כעלילת פיזור שבו אנשים עם צורות orofacial דומות להתקבץ יחדיו. זה גם שימושי לביצוע ניתוח פונקצית מבחין, שסטטיסטי משווה את עמדותיהם של ציוני הדרך בין שתי קבוצות טיפול. ניתוח זה מוצג ברשת שינוי בהם שינויים בעמדת ציון דרך נתפסים כוקטורים. רשת היא על גבי וקטורים אלה, כך שדפוס השתאה מוצג כדי להראות היכן עמדות ציון דרך משמעותיות השתנו. שינויי צורה בניתוח פונקצית המבחין מבוססים על מדד סטטיסטי, ולכן יכולים להיות מוערך על ידי p-value. ניתוח זה הוא פשוט ונגיש, הדורש רק stereoscope ותוכנה חופשית, ובכך יהיה משאב מחקר והוראה רב-ערך.
Introduction
בין הסוגים הנפוצים וההרסניים ביותר של מומים מולדים אנושיים כאלה המשפיעים על הפה ופנים, הם כמו בקיעי orofacial 1. ילדים עם מבני orofacial פגומים לעבור ניתוחים רבים במהלך חייהם ואת המאבק עם מומי פנים, דיבור, שמיעה ובעיות אכילה. לכן, קידום מחקר חדש בפיתוח cranio- וorofacial הוא בעל חשיבות עליונה למניעה וטיפול בסוגים אלה של מומים מולדים בבני אדם. Laevis Xenopus התפתח ככלי חדש ללנתח את המנגנונים לפיקוח על בניית craniofacial (כמה דוגמאות כוללות את 2,3,4 -11). לכן, שיטה כמותית לניתוח שינויים בגודל ובצורה במהלך פיתוח של הראש והפנים של מין זה יכול להיות מאוד חזק 3.
כאן, אנו מציגים שיטה כאמור; שילוב מדידות גודל מסורתיים עם morphometrics הגיאומטרי מותאם ממחקר צפרדעים 12 </sup> ושפע של מחקרי ניתוח מבנה פנים אנושיים 13-15. מטרת פרוטוקול זה היא לאפשר לחוקרים לכמת גודל פנים וצורות כדי להבחין בין פנוטיפים orofacial השונים במהלך התפתחות נורמלית ולא נורמלית. ניתוח זה יאפשר לבידול טוב יותר בין פגמי craniofacial העדינים כגון אלה הנובעים מהשפעות סינרגיסטי של גנים ו / או גורמים סביבתיים. בנוסף, שיטת כימות זה עשויה גם לחשוף אפילו שיפור או הצלה קל של פגם orofacial. זה כן הופך אותו למדריך שימושי בניתוח הרפוי פוטנציאלי.
השילוב של מדידות פנים וmorphometrics הגיאומטרי שאנו מציגים כאן מאפשר ניתוח סטטיסטי מקיף יותר של שניהם בגודל ובצורה של אזור orofacial מאשר פרוטוקולים הנוכחיים אשר במידה רבה לנצל רק אחת או 15-18 האחר. יתר על כן, אנו מציגים דרך פשוטה להעריך הן את המדיאלי ומטוסים לרוחב שלהפנים ללא צורך בציוד הדמיה תלת-ממדי מתוחכם המשמש במחקרים הנוכחיים 13,19.
אנו מדגימים פרוטוקול זה על צפרדעי laevis עוברים שטופלו במעכב קולטני חומצה רטינואית שגורם פיתוח orofacial חריג ו2,3 חיך שסוע חציון. כימות של הממדים וצורה של אזור orofacial בעוברים אלה חשפה שינויים בmidface שדומה לבני אדם עם בקיעי חיך דומים ומודלים של עכברי 20,21. עם זאת, פרוטוקול זה יכול להיות מנוצל כדי להעריך את ההשפעות של תרכובות אחרות בפיתוח orofacial כגון חומרים טבעיים, קוטלי עשבים, או חלבונים כגון גורמי גדילה. יתר על כן, שינויי גודל וצורת orofacial הנובעים מהפרעות של ביטוי גנים באמצעות הפסד או רווח של ניסויי פונקציה (באמצעות morpholinos antisense או מצננים / Talens) יכול להיות גם לכמת באמצעות פרוטוקול זה. לבסוף, פיתחנו specifica שיטה זוlly להעריך מורפולוגיה צפרדעים; עם זאת, הוא שונה בקלות לניתוח של כל חוליות. יישומים אחרים יכולים לכלול גם שימוש בפרוטוקול זה להשוואה בין מינים קשורים באופן הדוק למחקרים אבולוציוניים או אקולוגיים. בעוד הדוגמא שאנו מספקים כאן מנצלת פרוטוקול זה כדי לתאר את הניתוח באזור orofacial, זה יכול בקלות להיות שונה לניתוח של אזורים אחרים, איברים, או מבנים.
פרוטוקול כימות orofacial זה יהפוך למשאב יקר ערך עבור קהילת המחקר, כמו גם כלי ללימוד מצוין לסטודנטים לתואר ראשון כהפגנת וידאו.
Protocol
Representative Results
Discussion
laevis Xenopus הפך לכלי שימושי עבור לנתח מנגנוני התפתחות פיתוח orofacial בסיס; עם זאת, אין כיום פרוטוקולים מתארים גודל ובצורה של שינויים באזור זה בצפרדעים. השיטה המתוארת כאן תתרום באופן משמעותי לתחום של פיתוח orofacial כך שהוא מאפשר לכימות קפדני יותר של פנוטיפים orofacial בצפרדע?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
כספים סטארט-אפ לא דיקינסון מVCU תמכו בעבודה זו.
המחברים מבקשים להודות דן Nacu לכשרון האמנותי שלו ביצירת האיור סכמטי.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Dissecting microscope | Zeiss | fitted with AxioCamICC1 camera | |
| Dumont #5 Inox forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Sterile, disposable scalpel | Sklar | 06-2015 | |
| 24-well plate | Fisher Scientific | 087721 | |
| Standard Disposable transfer pipettes | Fisher Scientific | 13-711-7M | |
| 150 mm X 15 mm Petri dishes | Falcon | 351058 | |
| Incubators | Ectotherm | set to 15C or 20C | |
| Modeling Clay | Premo, or other non-toxic modeling clay | in black or white | |
| Straight teasing needle | Thermo Scientific | 19010 | |
| Capillary Tubing (for needles) | FHC | 30-30-1 | Borosil 1.0mm OD x 0.5mm ID/Fiber, 100 mm each |
| Needle Puller, Model P-97 | Sutter Instrument Co, | Needle Puller: P-97 Flaming/ Bown micropipette puller Filament: FB300B | For filaments, use Sutter 3.00mm square box filaments, 3.0mm wide. |
| Pipettemen | Gilson | F144802, F123600, F123602 | |
| BMS-453 | Tocris | 3409 | |
| DMSO | American Bioanalytical | AB00435-01000 | |
| Cysteine | Sigma-Aldrich | 52-90-4 | |
| Paraformaldehyde powder | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| Petri dishes | Falcom | 353003, 351058 | 100 mm diameter and 150 mm in diameter |
| 100% Ethanol | VWR | 89125-170 |
References
- Mossey, P. A., Little, J., Munger, R. G., Dixon, M. J., Shaw, W. C. Cleft lip and palate. Lancet. 374, 1773-1785 (2009).
- Kennedy, A. E., Dickinson, A. J. Median facial clefts in Xenopus laevis: roles of retinoic acid signaling and homeobox genes. Dev Biol. 365, 229-240 (2012).
- Kennedy, A. E., Dickinson, A. J. Quantitative Analysis of Orofacial Development and Median Clefts in Xenopus Laevis. Anat Rec (Hoboken). , (2014).
- Dickinson, A., Sive, H. Positioning the extreme anterior in Xenopus: cement gland, primary mouth and anterior pituitary. Semin Cell Dev Biol. 18, 525-533 (2007).
- Dickinson, A. J., Sive, H. Development of the primary mouth in Xenopus laevis. Dev Biol. 295, 700-713 (2006).
- Dickinson, A. J., Sive, H. L. The Wnt antagonists Frzb-1 and Crescent locally regulate basement membrane dissolution in the developing primary mouth. Development. 136, 1071-1081 (2009).
- Barnett, C., et al. Syndrome Transcription Factor is critical for neural crest cell function in Xenopus laevis. Mech Dev. 129, 324-338 (2012).
- Gonzales, B., Yang, H., Henning, D., Valdez, B. C. Cloning and functional characterization of the Xenopus orthologue of the Treacher Collins syndrome (TCOF1) gene product. Gene. 359, 73-80 (2005).
- Reisoli, E., De Lucchini, S., Nardi, I., Ori, M. Serotonin 2B receptor signaling is required for craniofacial morphogenesis and jaw joint formation in Xenopus. Development. 137, 2927-2937 (2010).
- Schuff, M., et al. FoxN3 is required for craniofacial and eye development of Xenopus laevis. Dev Dyn. 236, 226-239 (2007).
- Slater, B. J., Liu, K. J., Kwan, M. D., Quarto, N., Longaker, M. T. Cranial osteogenesis and suture morphology in Xenopus laevis: a unique model system for studying craniofacial development. PLoS One. 4, (2009).
- Vandenberg, L. N., Adams, D. S., Levin, M. Normalized shape and location of perturbed craniofacial structures in the Xenopus tadpole reveal an innate ability to achieve correct morphology. Dev Dyn. 241, 863-878 (2012).
- Bugaighis, I., Mattick, C. R., Tiddeman, B., Hobson, R. 3D Facial Morphometry in Children with Oral Clefts. Cleft Palate Craniofac J. , (2013).
- Farkas, L. G., Katic, M. J., Forrest, C. R. Surface anatomy of the face in Down’s syndrome: anthropometric proportion indices in the craniofacial regions. J Craniofac Surg. 12, 519-524 (2001).
- Scheuer, H. A., Holtje, W. J., Hasund, A., Pfeifer, G. Prognosis of facial growth in patients with unilateral complete clefts of the lip, alveolus and palate. J Craniomaxillofac Surg. 29, 198-204 (2001).
- Parsons, K. J., Andreeva, V., James Cooper, W., Yelick, P. C., Craig Albertson, R. Morphogenesis of the zebrafish jaw: development beyond the embryo. Methods Cell Biol. 101, 225-248 (2011).
- Farkas, L. G., Katic, M. J., Forrest, C. R. Surface anatomy of the face in Down’s syndrome: age-related changes of anthropometric proportion indices in the craniofacial regions. J Craniofac Surg. 13, 368-374 (2002).
- Cooper, W. J., et al. Bentho-pelagic divergence of cichlid feeding architecture was prodigious and consistent during multiple adaptive radiations within African rift-lakes. PLoS One. 5, (2010).
- Klingenberg, C. P., et al. Prenatal alcohol exposure alters the patterns of facial asymmetry. Alcohol. 44, 649-657 (2010).
- Zhao, Y., et al. Isolated cleft palate in mice with a targeted mutation of the LIM homeobox gene lhx8. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 15002-15006 (1999).
- Allam, K. A., et al. The spectrum of median craniofacial dysplasia. Plast Reconstr Surg. , 812-821 (2011).
- Sive, H. L., Grainger, R., Harlard, R. . Early development of Xenopus laevis: a laboratory manual. , (2000).
- Cross, M. K., Powers, M. Obtaining eggs from Xenopus laevis females. J Vis Exp. , (2008).
- Nieuwkoop, P. D., Faber, J. . Normal Table of Xenopus Laevis (Daudin). , (1967).
- Nieuwkoop, P. D. a. F. J. . Normal Table of Xenopus laevis (Daudin): A Systematical and Chronological Survey of the Development from the Fertilized Egg till the End of Metamorphosis. , (1994).
- Abdi, H., Williams, L. J. Principal Component Analysis. WIREs Computational Statistics. 2, (2010).
- Hill, T. L. . P. STATISTICS: Methods and Applications. , (2013).
