Summary

Vetrijke Feeding Paradigm voor larvale zebravis: Voeden, Live Imaging, en kwantificering van voedselinname

Published: October 27, 2016
doi:

Summary

Zebrafish are emerging as a valuable model of dietary lipid processing and metabolic disease. Described are protocols of lipid-rich larval feeds, live imaging of dietary fluorescent lipid analogs, and quantification of food intake. These techniques can be applied to a variety of screening, imaging, and hypothesis driven inquiry techniques.

Abstract

Zebrafish are emerging as a model of dietary lipid processing and metabolic disease. This protocol describes how to feed larval zebrafish a lipid-rich meal, which consists of an emulsion of chicken egg yolk liposomes created by sonicating egg yolk in embryo media. Detailed instructions are provided to screen larvae for egg yolk consumption so that larvae that fail to feed will not confound experimental results. The chicken egg yolk liposomes can be spiked with fluorescent lipid analogs, including fatty acids and cholesterol, enabling both systemic and subcellular visualization of dietary lipid processing. Several methods are described to mount larvae that are conducive to short- and long-term live imaging with both upright and inverted objectives at high and low magnification. Additionally presented is an assay to quantify larval food intake by extracting the lipids of larvae fed fluorescent lipid analogs, spotting the lipids on a thin layer chromatography plate, and quantifying the fluorescence. Finally, critical aspects of the procedures, important controls, options for modifying the protocols to address specific experimental questions, and potential limitations are discussed. These techniques can be applied not only to focused, hypothesis driven inquiries, but also to a variety of screens and live imaging techniques to study dietary lipid metabolism and the control of food intake.

Introduction

De mechanismen waarmee de darm reguleert dieet lipide verwerking, de lever stuurt complex lipidesynthese en lipoproteïne metabolisme, en hoe deze organen met het centrale zenuwstelsel voedselinname zijn onvolledig begrepen. Het is van biomedische belang deze biologie verhelderen in het licht van de huidige epidemieën van zwaarlijvigheid, hart- en vaatziekten, diabetes en niet-alcoholische steatohepatitis. Studies in celcultuur en muizen hebben op voorwaarde dat de meerderheid van onze kennis van de mechanistische relaties tussen de voeding vetten en de ziekte, en de zebravis (Danio rerio) zijn in opkomst als een ideaal model om dit werk aan te vullen.

Zebravis soortgelijke gastrointestinale (GI) organen, lipidemetabolisme en lipoproteïne transport hogere vertebraten 1,2, snel ontwikkelen en genetisch handelbaar. De optische helderheid van de larvale zebravis vergemakkelijkt in vivo studies, een particular voordeel voor de studie van het GI-systeem als zijn extracellulaire milieu (dwz, gal, microbiota, endocriene signalering) is het vrijwel onmogelijk om te modelleren ex vivo. Volgens een lichaam van het onderzoek combineren van de genetische tractability en bevorderlijk zijn beeldvorming van de zebravis larven leven diverse manipulaties dieet (vetrijk 3,4, 5 -cholesterol en -carbohydrate diëten 6,7) en modellen van hart- en vaatziekten 8, diabetes 9,10, hepatische steatose 11-13, 14-16 en obesitas, ontstaan ​​van een groot aantal metabole inzichten.

Essentieel overgang de larvale zebravis in de metabole activiteit is het optimaliseren van technieken die in andere modeldieren de zebravis en de ontwikkeling van nieuwe assays die de unieke sterktes van de zebravis benutten. Dit protocol presenteert technieken ontwikkeld en geoptimaliseerd om larvale zebravis diervoeders een Lipid-rijke maaltijd, visualiseren dieet lipide de verwerking van het hele lichaam naar subcellulaire resolutie, en meet voedselinname. Kip eidooier werd gekozen om de vetrijke maaltijd samenstellen aangezien het een hoog gehalte aan vetten en cholesterol (lipiden samen ~ 58% kip eigeel, waarvan ~ 5% cholesterol, 60% triglyceriden en 35% fosfolipiden ). Kip eidooier bevat meer vet dan typische commerciële zebravis micropellet voedingsmiddelen (~ 15% lipiden) en het voordeel dat het een gestandaardiseerde feed met bekende percentages van specifieke vetzuren species, zoals zebravis dieet en voeding regimenten niet in laboratoria 17 gestandaardiseerd. Bovendien fluorescerende lipide analogen die in de eidooier visualiseren transport en de accumulatie van voedingslipiden 18, stock celcomponenten inclusief vetdruppels door zowel fungeert als vitale kleurstoffen 3 en door covalente opname in complexe lipiden onderzoeken metabolisme met dunnelaagchromatografie (TLC) 19 </sup> En hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) (SAF ongepubliceerde gegevens), en een kwantitatieve assay voor totale voedselinname 20.

Protocol

Deze protocollen zijn goedgekeurd door het Carnegie Institution for Science Institutional Animal Care en gebruik Comite (protocol nr. 139). 1. Dierlijke Voorbereiding Handhaaf volwassenen en larven bij 28 ° C op een 14 uur: 10 uur licht: donker cyclus. Feed volwassenen tweemaal daags met shell gratis Artemia (decapsulated, niet uitkomen, te beginnen bij 14 DPF) en commerciële micropellets. Deze protocollen zijn geoptimaliseerd voor het gebruik van 6-7 dpf larven door natuurlijke p…

Representative Results

Bij toediening op een rocker bij 29-31 ° C, zal de meerderheid van gezonde larven (≥95%) eten op 1 uur. Na het nuttigen van het eigeel emulsie, de larvale darm donkerder van kleur. Zeer donkere darmen kan worden waargenomen bij 2 uur (figuur 1). Als larven zijn unfed of niet te voeden, de darm blijft duidelijk. Larven gevoed eiwit vertonen een opgezwollen darmlumen die niet donkerder van kleur. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/547…

Discussion

De hier beschreven technieken kunnen onderzoekers larvale zebravis behandelen met een lipide-rijke voeding, visualiseren dieet lipide verwerking in levende larven, en te kwantificeren larvale voedselinname. Om succes te garanderen, moet speciale aandacht worden besteed aan een aantal kritische stappen. Commerciële kippeneieren variëren; mogelijke variabiliteit te minimaliseren voeren wij alle assays biologische eieren van kooi-kippen die niet zijn verrijkt voor omega-3 vetzuren. Lagere voeden tarieven kunnen worden wa…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank Meng-Chieh Shen for images, Jennifer Anderson for providing helpful comments on the manuscript, and members of the Farber laboratory for their contributions in developing these techniques. This study was funded by NIDDK-NIH award RO1DK093399 (S.A.F.), RO1GM63904 (The Zebrafish Functional Genomics Consortium: PI Stephen Ekker and Co-PI S.A.F), and F32DK096786 (J.P.O.). This content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of NIH. Additional support was provided by the G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation to the laboratory of S.A.F and the Carnegie Institution for Science endowment.

Materials

Tricaine (ethyl 3-aminobenzoate methanesulofnate salt) Sigma-Aldrich A5040-25G Anesthesia for larval zebrafish
Chicken eggs N/A N/A Organic, cage-free eggs, not enriched for omege-3 fatty acids
Ultrasonic processor 3000 sonicator Misonix, Inc. S-3000 To make egg yolk liposomes
Sonabox acoustic enclosure Misonix, Inc. 432B To make egg yolk liposomes
1/8” tapered microtip Misonix, Inc. 419 To make egg yolk liposomes
Amber vials (4 ml, glass) National Scientific 13-425 Lipid storage; includes vials, open-top caps, and cap septa
Incu-Shaker Mini  Benchmark 1222U12 Incubated shaker for feeds
BODIPY FL C16  Thermo Fisher Scientific D3821 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Hexadecanoic Acid)
BODIPY FL C12  Thermo Fisher Scientific D3822 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Dodecanoic Acid)
BODIPY FL C5  Thermo Fisher Scientific D3834 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Pentanoic Acid)
BODIPY FL C5 Thermo Fisher Scientific D2183 Fluorescent lipid analog; (4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Propionic Acid)
TopFluor cholesterol  Avanti Polar Lipids Inc. 810255 Fluorescent lipid analog; 23-(dipyrrometheneboron difluoride)-24-norcholesterol
Fatty acid-free BSA Sigma-Aldrich A0281-1G For TopFluor cholesterol solubilization
Methyl cellulose Sigma-Aldrich M0387 Mounting media for live larval imaging; 75 x 25 x 1 mm
Low melt agarose Thermo Fisher Scientific BP165-25 Mounting media for live larval imaging; 22 x 30
VWR microscope slides  VWR  16004-422 Mounting larvae for live imaging
Coverslips  Cover Glass 12-544A Mounting larvae for live imaging
Super glue Loctite LOC01-30379 Mounting larvae for live imaging
FluoroDish (glass bottom dish) World Precision Instruments, Inc.  FD35-100 Mounting larvae for live imaging; 35 mm dish, 23 mm glass, 0.17 mm glass thickness  
Confocal microscope Leica Microsytems SP-2, SP-5 Microscope for high magnification live imaging
Stereoscope Nikon SM21500 Microscope for low magnification live imaging
Glass culture tubes  Kimble 73500-13100 Lipid extraction; (13 x 100 mm; 13 ml)
Savant SpeedVac Plus  ThermoQuest SC210A Lipid extraction
Channeled TLC plates Whatman Scientific WC4855-821 Food intake assay; LK5D Silica Gel 150 A, 20 x 20 cm, 250 um thick; Discontinued
Channeled TLC plates Analtech, Inc. 66911 Food intake assay; Direct replacement for Whatman Scientific TLC plates
Typhoon 9410 Variable Mode Imager GE Healthcare 9410 Fluorescent plate reader for food intake assay
ImageQuant software GE Healthcare 29000605 Analysis of food intake assay
5 3/4’ Wide bore, borosilicate disposable pasteur pipets    Kimble 63A53WT Transfering larvae

References

  1. Carten, J. D., Farber, S. A. A new model system swims into focus: using the zebrafish to visualize intestinal metabolism in vivo. Clin Lipidol. 4 (4), 501 (2009).
  2. Babin, P. J., Vernier, J. M. Plasma lipoproteins in fish. J Lipid Res. 30 (4), 467-489 (1989).
  3. Carten, J. D., Bradford, M. K., Farber, S. A. Visualizing digestive organ morphology and function using differential fatty acid metabolism in live zebrafish. Dev Biol. 360 (2), 276-285 (2011).
  4. Marza, E., et al. Developmental expression and nutritional regulation of a zebrafish gene homologous to mammalian microsomal triglyceride transfer protein large subunit. Dev Dyn. 232 (2), 506-518 (2005).
  5. Stoletov, K., et al. Vascular lipid accumulation, lipoprotein oxidation, and macrophage lipid uptake in hypercholesterolemic zebrafish. Circ Res. 104 (8), 952-960 (2009).
  6. Fang, L., et al. Programming effects of high-carbohydrate feeding of larvae on adult glucose metabolism in zebrafish, Danio rerio. Br J Nutr. 111 (5), 808-818 (2014).
  7. Wang, Z., Mao, Y., Cui, T., Tang, D., Wang, X. L. Impact of a combined high cholesterol diet and high glucose environment on vasculature. PLoS One. 8 (12), 81485 (2013).
  8. Fang, L., et al. In vivo visualization and attenuation of oxidized lipid accumulation in hypercholesterolemic zebrafish. J Clin Invest. 121 (12), 4861-4869 (2011).
  9. Curado, S., et al. Conditional targeted cell ablation in zebrafish: a new tool for regeneration studies. Dev Dyn. 236 (4), 1025-1035 (2007).
  10. Pisharath, H., Rhee, J. M., Swanson, M. A., Leach, S. D., Parsons, M. J. Targeted ablation of beta cells in the embryonic zebrafish pancreas using E. coli nitroreductase. Mech Dev. 124 (3), 218-229 (2007).
  11. Passeri, M. J., Cinaroglu, A., Gao, C., Sadler, K. C. Hepatic steatosis in response to acute alcohol exposure in zebrafish requires sterol regulatory element binding protein activation. Hepatology. 49 (2), 443-452 (2009).
  12. Sadler, K. C., Amsterdam, A., Soroka, C., Boyer, J., Hopkins, N. A genetic screen in zebrafish identifies the mutants vps18, nf2 and foie gras as models of liver disease. Development. 132 (15), 3561-3572 (2005).
  13. Matthews, R. P., et al. TNFalpha-dependent hepatic steatosis and liver degeneration caused by mutation of zebrafish S-adenosylhomocysteine hydrolase. Development. 136 (5), 865-875 (2009).
  14. Oka, T., et al. Diet-induced obesity in zebrafish shares common pathophysiological pathways with mammalian obesity. BMC Physiol. 10, 21 (2010).
  15. Chu, C. Y., et al. Overexpression of Akt1 enhances adipogenesis and leads to lipoma formation in zebrafish. PLoS One. 7 (5), 36474 (2012).
  16. Song, Y., Cone, R. D. Creation of a genetic model of obesity in a teleost. FASEB J. 21 (9), 2042-2049 (2007).
  17. Watts, S. A., Powell, M., D’Abramo, L. R. Fundamental approaches to the study of zebrafish nutrition. ILAR J. 53 (2), 144-160 (2012).
  18. Farber, S. A., et al. Genetic analysis of digestive physiology using fluorescent phospholipid reporters. Science. 292 (5520), 1385-1388 (2001).
  19. Miyares, R. L., de Rezende, V. B., Farber, S. A. Zebrafish yolk lipid processing: a tractable tool for the study of vertebrate lipid transport and metabolism. Dis Model Mech. 7 (7), 915-927 (2014).
  20. Otis, J. P., et al. Zebrafish as a model for apolipoprotein biology: comprehensive expression analysis and a role for ApoA-IV in regulating food intake. Dis Model Mech. 8 (3), 295-309 (2015).
  21. Bligh, E., Dyer, W. A rapid method of total lipid extraction and purification. Can. J. Biochem. Physiol. 37, 911-918 (1959).
  22. Otis, J. P., Farber, S. A. Imaging vertebrate digestive function and lipid metabolism. Drug Discov Today Dis Models. 10 (1), (2013).
  23. Andre, M., et al. Intestinal fatty acid binding protein gene expression reveals the cephalocaudal patterning during zebrafish gut morphogenesis. Int J Dev Biol. 44 (2), 249-252 (2000).
  24. Shimada, Y., Hirano, M., Nishimura, Y., Tanaka, T. A high-throughput fluorescence-based assay system for appetite-regulating gene and drug screening. PLoS One. 7 (12), 52549 (2012).
check_url/54735?article_type=t&slug=high-fat-feeding-paradigm-for-larval-zebrafish-feeding-live-imaging

Play Video

Cite This Article
Otis, J. P., Farber, S. A. High-fat Feeding Paradigm for Larval Zebrafish: Feeding, Live Imaging, and Quantification of Food Intake. J. Vis. Exp. (116), e54735, doi:10.3791/54735 (2016).

View Video