Chirurgische Ablation Assay zur Untersuchung von Augen Regeneration in Planarien

Summary

Dieses Protokoll zeigt, wie konsequent Planarien Augen (Augenbecher) ohne störende umgebende Gewebe auszuschneiden. Verwendung eine Insulin-Nadel und Spritze, entweder einen oder beiden Augen ablatiert werden können Untersuchungen über die Mechanismen der Regeneration regulierenden Auge, um die Entwicklung der visuellen Regeneration und die neuronalen Grundlage des lichtinduzierten Verhaltens zu erleichtern.

Abstract

In der Studie von adulten Stammzellen und Regenerationsmechanismen sind Planarienplattwürmer eine Heftklammer in vivo Modellsystem. Dies ist zum großen Teil auf ihre reichlich vorhandenen pluripotenten Stammzellpopulation und die Fähigkeit, alle Zell- und Gewebetypen nach Verletzungen zu regenerieren, die für die meisten Tiere katastrophal sein würde. Vor kurzem haben Planarien an Popularität gewinnen als Modell für die Augenregeneration. Ihre Fähigkeit, das gesamte Auge (bestehend aus zwei Gewebetypen: Pigmentzellen und Photorezeptoren) zu regenerieren ermöglicht die Präparation der Regulierungsmechanismen Sehsystem Regeneration. Eye Ablation hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Techniken (wie Enthauptung oder Loch) für die Prüfung Augenspezifische Wege und Mechanismen, die wichtigsten davon ist, dass die Regeneration weitgehend Augengewebe allein beschränkt ist. Der Zweck dieses Video-Artikel ist zu zeigen, wie zuverlässig die Planarien Exkavation zu entfernen, ohne das Gehirn oder die umgebenden Gewebe zu stören.Der Umgang mit Würmern und Wartung einer etablierten Kolonie wird ebenfalls beschrieben. Diese Technik verwendet eine 31-G, 5/16-Zoll-Nadel Insulin chirurgisch die Exkavation von Planarien auf einer kalten Platte immobilisierte aushöhlen. Dieses Verfahren umfasst sowohl Einzel- und Doppel Auge Ablation, mit den Augen in 1-2 Wochen zu regenerieren, so dass für eine breite Palette von Anwendungen. Insbesondere kann diese Ablationstechnik leicht mit pharmakologischen und genetischen (RNA-Interferenz) Bildschirmen für ein besseres Verständnis von Regenerationsmechanismen und deren Entwicklung, Augen Stammzellen und deren Wartung und phototaxic Verhaltensreaktionen und deren neurologischen Basis kombiniert werden.

Introduction

Planarien sind ein leistungsfähiger Modellorganismus für die adulte Stammzellvermittelte Regeneration zu studieren. Diese nichtparasitären Süßwasser Plattwürmer besitzen die Fähigkeit , jegliche und alle fehlenden Gewebe zu regenerieren, einschließlich ihrer zentralen Nervensystems und des Gehirns ^1. Studium so weit zurück wie die 1700er Jahre ^2, technologischen Fortschritte in den Planarien Feld in den letzten 10-15 Jahren (wie ein sequenzierten Genom, in – situ – Hybridisierung, Immunhistochemie, RNA – Interferenz (RNAi) und Transkriptomik) hat diesen historischen Modellorganismus aktualisiert . Insbesondere haben Planarien vor kurzer Popularität durchaus als ein Modell für die Augenforschung ³ gewonnen.

Planarien haben prototypischen Augen mit nur zwei Gewebetypen, die Photorezeptorneuronen und Pigmentzellen; dies hat die Charakterisierung seiner Augenstammzellpopulation und demonstriert ermöglicht, dass viele der gleichen Gene Wirbeltierauge de Regulierungwicklung ist in Planarien konservierte ^{4, 5.} Die Augenbecher befinden sich dorsal und der weißen, nicht pigmentierten Dendriten der Photorezeptorneuronen und den Halbmond schwarzen Pigmentzellen enthalten, und die Augen, das Gehirn über eine Chiasma innervate. Zusätzlich ist ein Modell zur Erläuterung regenerative Prozesse ⁶ ist, wobei die Planarien Auge zu studieren , die Entwicklung der visuellen Mechanismen gut geeignet ist , ^7, Verhaltensreaktionen auf Licht (Planarien anzuzeigen negativen Phototaxis) ⁸ und die neurologische Grundlage des Verhaltens ^9.

Augenregeneration in Planarien wurde in zwei Kontexten weitgehend untersucht: als Teil des Regenerationskopfes Dekapitation folgenden ^{4, 10,} und im Anschluss an der Exzision von nur die Augengeweben ^{11, 12} </sup>. Die meisten Planarien Studien zur Augen Regeneration haben die Enthauptung Methode verwendet, da es einfach und unkompliziert ist. Die gebräuchlichste Methode Planarien Auge Exzision hat bisher mit einem feinen Glaskapillare ¹³ über Locher ^{gewesen, 14,} obwohl einige Studien auch Amputationen durchgeführt sind gerade hinter den Augen (teilweise Enthauptung) ^15. Jedoch beinhalten alle diese Methoden, um den Verlust von vielen anderen Geweben als nur das Auge (wie Gehirn, Darm und Nephridien), möglicherweise die Ergebnisse kompliziert Interpretation. Das Protokoll Auge Ablation präsentierte hier beschränkt Exzision auf die Augengewebe (insbesondere ohne Gehirn), in Daten entstehen, die spezifischen für das Auge sind. Außerdem, im Gegensatz zu geköpft Würmer , die 7-14 Tage , um Fütterung zu beginnen, Augen abgetragenen Würmer füttern innerhalb von 24 h von Ablation ^12, so dass RNAi – Experimente (wo RNAi über die Nahrung zugeführt wird) werden performed gleichzeitig.

Obwohl technisch schwieriges Auge Ablation erfolgreich als Enthauptung durchzuführen, Exzision aktuelle Studien mit Auge haben keine detaillierten Anweisungen auf ihren Verfahren enthalten. Das Ziel dieses Video-Artikel ist Forscher zu ermöglichen, konsequent die Planarien Exkavation zu entfernen, ohne die zugrunde liegenden Hirngewebe zu stören und so einige anderen Gewebe wie möglich zu entfernen. Dieses Verfahren kann sowohl für die Einzel- und Doppel Auge Ablation verwendet werden und ist für eine Vielzahl von Untersuchungen. Wie die meisten Regenerations Assays wird Augen Ablation gut geeignet für die Kombination mit sowohl pharmakologischen und genetischen (RNAi) Bildschirme sowie Verhaltensstudien. Hier beschreiben wir Methoden für die Behandlung von Würmern, eine Planarien Kolonie Aufrechterhaltung und das Auge Ablationstechnik selbst.

Protocol

1. Tier Kultur und Handhabung Hinweis: Dieses Protokoll verwendet Schmidtea mediterranea, eine diploide Planarien Spezies mit einem sequenzierten Genom 16, 17 , die üblicherweise für die Regeneration Forschung verwendet wird. Jedoch ist der Test ebenso erfolgreich mit anderen Arten, wie Dugesia Tigrina und Girardia dorotocephala (die im Handel erhältlich). Pflegen Würmer in „worm Wa…

Representative Results

Für die ersten 1-2 Stunden nach der Operation erhalten die Tiere Bewegung aufweisen können im Vergleich zu intakten Würmer verringert (aber sie werden immer noch bewegen). Falls gewünscht, werden essen Würmer innerhalb von 24 h nach der Operation (beispielsweise für RNAi Fütterung). Wenn folgendes Auge Regeneration in den gleichen Individuen im Laufe der Zeit, stellen Sie sicher, dass ein Foto von jedem Wurm sowohl vor der Operation (intakt) und bei 1 h nach der Ablation (hpa) zu …

Discussion

Dieses Auge Ablationstechnik verbessert die aktuellen Methoden (wie Lochung) von Hirngewebe mit Ausnahme von und Exzision hauptsächlich auf die Augengewebe zu beschränken. Mit etwas Übung kann diese Technik von den meisten Personen durchgeführt wird, von Technikern in microsurgeries zu unerfahren, aber gewissenhaft Studenten erlebt. Es wird empfohlen , dass diese Technik oft vor der Verwendung von Ablationen in Experimenten durchgeführt werden, einschließlich (wenn möglich) Bestätigung der vollständigen Entfern…

Materials

Instant Ocean sea salts	Spectrum Brands	SS15-10	"10 Gallon" box  (net weight 3 lbs)
Kimwipes EX-L lint-free tissue wipe	Kimberly-Clark	34155	4.5 x 8.5 in
Whatman #2 filter paper	Sigma	WHA1002125	Circles, 125 mm diameter, white
Easy Touch Insulin syringe (with needle)	Pet Health Market	17175-04	U-100 1 cc syringe, 31-gauge 5/16 in needle
100 mm Petri dish	VWR	25384-342	100 x 15 mm
60 mm Petri dish	VWR	25384-092	60 x 15 mm
Dumont #5  forceps	Fine Science Tools	11254-20	Inox, straight tip , 11 cm
Transfer pipettes	Samco Scientific	225	Graduated, large bulb, 7.5 mL, non sterile
Parafilm M paraffin film	Brand	701606	4 in x 125 ft roll
12-well untreated tissue culture plate	VWR	15705-059	Untreated, flat bottom, sterile, Falcon brand
Plastic food containers (for colony)	Ziploc	Large rectangle	2.25 qt (2.12 L), 10" x 6 -3/4 " x 3 -3/16"
Planaria (Girardia tigrina)	Carolina Biological	132954	Sold as "Brown" Planaria; most often they are G. tigrina (aka Dugesia tigrina), but sometimes are G. dorotocephala (aka Dugesia dorotocephala); either will work.
Planaria (Schmidtea mediterranea)	n/a	n/a	S. mediterranea are not commercially available. At this time animals are only obtainable from laboratories that use them and have extra animals.
Brown paper towels	Grainger	2U229	9-3/16 x 9-3/8" 1-Ply Multifold Paper Towel, UNBLEACHED
Wash bottle (for worm water), optional	VWR	16650-275	Wash Bottles, Low-Density Polyethylene, Wide Mouth, 500 mL
Anti-synapsin antibody, optional	Developmental Studies Hybridoma Bank	3C11	Supernatant
Anti-arrestin antibody, optional	n/a	n/a	Not commercially available. Kind gift from Michael Levin, Tufts University
Nalgene Lowboy carboy with spigot (for storing worm water), optional	Nalge Nunc International Corporation	2324-0015	15 L,  polypropylene, low profile makes it easier to fill plastic colony containers
Custom Peltier plate, optional	Williams Machine, Foxboro, MA	n/a	Design specifics courtesy of Junji Morokuma, Tufts University:  Peltier plate is constructed of a standard thermoelectric heat pump (for example, All Electronics Corp Catalog # PJT-1, 30 mm2).  The square heat pump is covered with a thin mirrored surface, then placed inside a 30 mm2 square hole in a circular plexiglass form (~50 mm in diameter). This form is of similar thickness to the heat pump, and fits flush into a well tooled in the center of a round heat sink (~115 mm in diameter). The form/heat pump is  "anchored" to the sink with silicone base heat sink compound. The leads are threaded through holes drilled through both the form and the the heat sink. The bottom half of the heat sink is tooled into a "foot" that fits into the opening of your microscope's base plate.
DC power source (for Peltier plate), optional	B & K Precision	1665	Regulated Low Voltage DC Power Supply, 1-18 volts (DC), 1-10 amps.
Other common supplies
Gloves
Razor blade
Scissors
Dissecting scope with gooseneck lighting
Chopstick rests, optional