Seguindo os movimentos de tecido endocárdico através de célula Photoconversion no embrião Zebrafish
Summary
Este protocolo descreve um método para o photoconversion de Kaede proteína fluorescente em células endocárdico dos vivos zebrafish embrião que permite o rastreamento de células endocárdico durante canal atrioventricular e desenvolvimento de válvula atrioventricular coração .
Abstract
Durante a embriogênese, as células passam por mudanças dinâmicas no comportamento da célula, e decifrar a celular lógica por trás destas mudanças é um objetivo fundamental no campo da biologia do desenvolvimento. A descoberta e o desenvolvimento de proteínas photoconvertible grandemente ajudado nossa compreensão dessas mudanças dinâmicas, fornecendo um método para opticamente destacar células e tecidos. No entanto, enquanto photoconversion, microscopia de lapso de tempo e análise de imagens subsequentes provaram para ser muito bem sucedido na descoberta dinâmica celular em órgãos como o cérebro ou os olhos, essa abordagem geralmente não é usada no coração em desenvolvimento devido à desafios colocados pelo movimento rápido do coração durante o ciclo cardíaco. Esse protocolo consiste de duas partes. A primeira parte descreve um método para photoconverting e posteriormente de rastreamento células endocárdico (CDE) durante zebrafish canal atrioventricular (AVC) e desenvolvimento de válvula atrioventricular coração. O método envolve temporariamente parando o coração com uma droga em ordem para photoconversion preciso tomar o lugar. Corações são permitidas para continuar batendo em cima da remoção da droga e desenvolvimento embrionário normalmente continua até que o coração está parado novamente para geração de imagens de alta resolução de photoconverted CDE em um ponto mais tarde o tempo do desenvolvimento. A segunda parte do protocolo descreve um método de análise de imagem para quantificar o comprimento de uma região photoconverted ou não-photoconverted no AVC em embriões jovens mapeando o sinal fluorescente da estrutura tridimensional em um mapa bidimensional . Juntas, as duas partes do protocolo permite examinar a origem e o comportamento das células que compõem o zebrafish AVC e válvula cardíaca atrioventricular e potencialmente pode ser aplicado para estudar os mutantes, morphants ou embriões que tenham sido tratados com reagentes que perturbam o desenvolvimento de AVC e/ou válvula.
Introduction
O peixe-zebra é atualmente um dos mais importantes modelos para estudar processos celulares e do desenvolvimento na vivovertebrados. Isto é principalmente devido a transparência óptica do zebrafish e acessibilidade à genética, o que o torna um poderoso modelo para a aplicação de técnicas ópticas envolvendo geneticamente codificado photoresponsive proteína tecnologias1. Específico para o estudo do desenvolvimento do coração, zebrafish receber oxigênio suficiente através de difusão tal que até mesmo mutantes sem batimento cardíaco podem sobreviver a primeira semana de desenvolvimento, permitindo análises sobre os efeitos de genes de desenvolvimento e perturbado o fluxo de sangue na morfogênese do coração não é possível na maioria dos vertebrados,2.
O tubo de coração zebrafish é formado por 24 horas pós fertilização (hpf). Logo após sua formação, o tubo de coração começa a bater uma ativamente. Por 36 hpf, uma constrição clara separa o átrio do ventrículo. Esta região de constrição é chamado o canal atrioventricular (AVC) e células nessa região de alteração de uma morfologia escamosa a morfologia cuboidal3. Começa a morfogênese zebrafish válvula atrioventricular cerca de 48 h pós fertilização. Por 5 dias pós fertilização, dois folhetos da válvula se estendem até o AVC e prevenir o refluxo do sangue do ventrículo para o átrio durante o ciclo cardíaco4. Rastreamento de células durante a formação de AVC e a válvula é um desafio como a batida rápida do coração torna difícil seguir as células através de microscopia de lapso de tempo tradicional5,6. Este protocolo, adaptado do corcel et al, 20167, descreve um método que usa a Tg (fli1a:gal4FFubs, UAS:kaede)zebrafish transgênica linha8 , em que a proteína photoconvertible Kaede é expresso em células endoteliais, incluindo o endocárdio. A droga 2,3-butanodiona-2-monoxime (BDM) é usado para interromper temporariamente o coração batendo, permitindo photoconversion exata de CDE entre 36 e 55 hpf e imagens de alta resolução de photoconverted CDE em pontos específicos de tempo no desenvolvimento. Tem sido mostrado anteriormente que CDE photoconverted usando este método pode permanecer distinguível de seus vizinhos não convertidos por cinco dias ou mais após o tempo de photoconversion7. Este protocolo também detalha um método usado para análise de imagem de photoconverted CDE em menos de 48 embriões hpf, que tem sido usada com sucesso para seguir os movimentos do tecido durante o desenvolvimento de AVC (Boselli et al, no prelo)9. Esperamos que os leitores encontraria este protocolo útil para estudar o desenvolvimento de AVC e válvula em embriões normais e em mutantes, morphants ou embriões tratados com drogas. Para um protocolo mais geral relacionadas com o rastreamento de pilha usando photoconvertible proteínas durante o desenvolvimento do zebrafish, por favor veja o artigo por Lombardo et al, 201210.
Protocol
Representative Results
Discussion
Calendário de photoconversion: apesar de Kaede permanece brilhantemente expressa em CDE mesmo em 96 hpf, deve-se notar que o embrião cresce, luz laser difunde-se mais antes de atingir o AVC, tornando mais difícil a photoconversion confinado de Kaede. At embrionária dos estágios, o mais tardar 55 hpf, o Balonismo do ventrículo e o átrio também significa que o feixe de laser violeta, usado para photoconversion não pode atingir células de AVC sem primeiro passando o átrio ou ventrículo. Isso significa q…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer a Anne-Laure Duchemin, Denise Duchemin, Nathalie Faggianelli e Basile Gurchenkov ajuda a projetar e fazer o molde descrito neste protocolo. Este trabalho foi apoiado pela FRM (DEQ20140329553), o ANR (ANR-15-CE13-0015-01, ANR-12-ISV2-0001-01), a EMBO Young Investigator programa da Comunidade Europeia, a ERC CoG N ° 682938 Evalve e pela subvenção ANR-10-LABX-0030-INRT, um fundo de Estado francês gerenciado pelo a Agence Nationale de la Recherche sob o quadro programa Investissements d’Avenir rotulado ANR-10-IDEX-0002-02.
Materials
| Materials | |||
| Necessary equipment for raising fish and collecting eggs (see the Zebrafish Book22 for details). | |||
| Stereomicroscope | |||
| Upright confocal microscope (Equipped with lasers operating at 488 nm, 561 nm, and 405 nm, a tunable multiphoton laser, and a Leica HCX IRAPO L, 25 ×, N.A. 0.95 objective) | Leica | Leica SP8 | |
| Heat block | ThermoScientific | 88870001 | |
| 35 mm x 10 mm tissue culture dish | Falcon | 353001 | |
| 6 well plate | Falcon | 353046 | |
| Petri dish | |||
| Forceps | |||
| Glass pipette | |||
| Mold | |||
| Reagents | |||
| 8 mg/mL Tricaine stock solution | |||
| 1 M BDM stock solution | |||
| UltraPure low melting point agarose | Invitrogen | 16520-050 | |
| Agarose | Lonza | 50004 | |
| PTU (1-phenyl-2-thiourea) | Sigma Aldrich | P7629 | |
| Embryo medium: 30x stock solution | |||
| Software | |||
| Matlab equipped with the Image Analysis, Curve Fitting, Bio-Formats Toolboxes | MathWorks | ||
| 8 mg/mL Tricaine stock solution | |||
| 200 mg of tricaine powder (Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonic acid) | Sigma-Aldrich | E10521 | |
| 25 mL Danieau | |||
| Adjust to pH 7, aliquot and store at -20 °C | |||
| 1 M BDM stock solution | |||
| 1 g BDM | Sigma-Aldrich | 112135 | |
| 10 mL ddH2O | |||
| Aliquot and store at -20 °C | |||
| Embryo medium: 30x stock solution | |||
| 50.7 g NaCl | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| 0.78 g KCl | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | |
| 1.47 g Magnesium sulfate | Sigma-Aldrich | 7487-88-9 | |
| 2.1 g Calcium nitrite tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 13477-34-4 | |
| 19.52 g HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) | Sigma-Aldrich | 7365-45-9 | |
| Adjust to pH 7.2 and store at room temperature | |||
| Mold | |||
| PlasCLEAR resin | Asiga | ||
| Plus 39 Freeform Pico 3D printer | Asiga |
References
- Chow, R. W., Vermot, J. The rise of photoresponsive protein technologies applications in vivo: a spotlight on zebrafish developmental and cell biology. F1000Res. 6, (2017).
- Sehnert, A. J. Cardiac troponin T is essential in sarcomere assembly and cardiac contractility. Nat Genet. 31, 106-110 (2002).
- Peal, D. S., Lynch, S. N., Milan, D. J. Patterning and development of the atrioventricular canal in zebrafish. J Cardiovasc Transl Res. 4, 720-726 (2011).
- Boselli, F., Freund, J. B., Vermot, J. Blood flow mechanics in cardiovascular development. Cell Mol Life Sci. 72 (13), 2545-2559 (2015).
- Steed, E., Boselli, F., Vermot, J. Hemodynamics driven cardiac valve morphogenesis. Biochim Biophys Acta. , (2015).
- Boselli, F., Vermot, J. Live imaging and modeling for shear stress quantification in the embryonic zebrafish heart. Methods. , (2015).
- Steed, E. klf2a couples mechanotransduction and zebrafish valve morphogenesis through fibronectin synthesis. Nat Commun. 7, 11646 (2016).
- Herwig, L. Distinct cellular mechanisms of blood vessel fusion in the zebrafish embryo. Curr Biol. 21 (22), 1942-1948 (2011).
- Boselli, F., Steed, E., Freund, J., Vermot, J. Anisotropic shear stress patterns predict the orientation of convergent tissue movements in the embryonic heart. Development. , (2017).
- Lombardo, V. A., Sporbert, A., Abdelilah-Seyfried, S. Cell Tracking Using Photoconvertible Proteins During Zebrafish Development. J. Vis. Exp. (67), (2012).
- JoVE Science Education Database. . Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick. Zebrafish Breeding and Embryo Handling. , (2017).
- Watanabe, Y. Inhibitory effect of 2,3-butanedione monoxime (BDM) on Na(+)/Ca(2+) exchange current in guinea-pig cardiac ventricular myocytes. Br J Pharmacol. 132 (6), 1317-1325 (2001).
- Jou, C. J., Spitzer, K. W., Tristani-Firouzi, M. Blebbistatin effectively uncouples the excitation-contraction process in zebrafish embryonic heart. Cell Physiol Biochem. 25 (4-5), 419-424 (2010).
- Pestel, J. Real-time 3D visualization of cellular rearrangements during cardiac valve formation. Development. 143 (12), 2217-2227 (2016).
- Swinburne, I. A., Mosaliganti, K. R., Green, A. A., Megason, S. G. Improved Long-Term Imaging of Embryos with Genetically Encoded alpha-Bungarotoxin. PLoS One. 10 (8), e0134005 (2015).
- Kaufmann, A., Mickoleit, M., Weber, M., Huisken, J. Multilayer mounting enables long-term imaging of zebrafish development in a light sheet microscope. Development. 139 (17), 3242-3247 (2012).
- Marchant, J. S., Stutzmann, G. E., Leissring, M. A., LaFerla, F. M., Parker, I. Multiphoton-evoked color change of DsRed as an optical highlighter for cellular and subcellular labeling. Nat Biotechnol. 19 (7), 645-649 (2001).
- Dempsey, W. P. In vivo single-cell labeling by confined primed conversion. Nat Methods. 12 (7), 645-648 (2015).
- Mohr, M. A., Pantazis, P. Single neuron morphology in vivo with confined primed conversion. Methods Cell Biol. 133, 125-138 (2016).
- Mohr, M. A., Argast, P., Pantazis, P. Labeling cellular structures in vivo using confined primed conversion of photoconvertible fluorescent proteins. Nat Protoc. 11 (12), 2419-2431 (2016).
- Mohr, M. A. Rational Engineering of Photoconvertible Fluorescent Proteins for Dual-Color Fluorescence Nanoscopy Enabled by a Triplet-State Mechanism of Primed Conversion. Angew Chem Int Ed Engl. 56 (38), 11628-11633 (2017).
- Dempsey, W. P., Fraser, S. E., Pantazis, P. PhOTO zebrafish: a transgenic resource for in vivo lineage tracing during development and regeneration. PLoS One. 7 (3), e32888 (2012).
- Dempsey, W. P., Qin, H., Pantazis, P. In vivo cell tracking using PhOTO zebrafish. Methods Mol Biol. 1148, 217-228 (2014).
