破译发育生物学中的信号通路 | 胚胎神经元祖细胞高对比度成像

本文主要介绍了使用THUNDER Imager Model Organism和small volume computational clearing（SVCC）对鸡胚中的神经元祖细胞进行清晰、快速的成像，有助于相关信号通路的研究。相关的信号分子间的协同作用会导致未指明的祖细胞形成离散的组织和器官，以及胚胎神经细胞的模式化。目前还需要继续研究胚胎发育的潜在分子和细胞机制，以开发并改进复杂先天性疾病的诊疗方法。在整个胚胎的遗传操作过程中，可使用先进的显微镜在高分辨率下检查离散的模式化中心和信号分子。

简介

胚胎神经系统的模式化是通过相关的信号分子间协同作用来完成的，包括音猬因子，这会导致未指明祖细胞形成离散的组织和器官[1，2]。尽管对胚胎发育的理解取得了巨大的进展，但仍然需要对潜在的分子和细胞机制进行大量的研究，以改进复杂先天性疾病的诊断和zuizhongzhiliao方式。

研究者一般会关注胚胎细胞群的机制研究。通常，研究者会通过操纵整个胚胎的遗传因子来实现研究相关机制，那么我们可以使用先进的显微镜在高时空分辨率下操纵并检查生成音猬因子和其他信号分子的离散模式中心。

本文主要介绍了使用THUNDER Imager Model Organism对鸡胚中神经组细胞进行高对比度快速成像如何协助信号通路的研究。

挑战

在胚胎信号通路研究中，能够快速对整个胚胎样本进行清晰的3D成像的解决方案最为实用。这些图像必须是无模糊或离焦的信号，这样才能清晰分辨重要的细节。传统的宽场显微镜虽然可对厚样本（如整个胚胎）进行快速成像，并有一定的检测灵敏度，但模糊的离焦荧光信号会导致图像的对比度大幅下降[3，4]。

方法

本研究中使用的样本是6天大的鸡胚脑。该胚胎表达了一种核mScarlet红色荧光蛋白（RFP）和一种音猬因子调控的膜相关增强型绿色荧光蛋白(EGFP)，以离散dibiao记神经元祖细胞群。作者利用THUNDER Imager Model Organism的景深扩展（EDoF）功能采集了脑样本的立体和宏观图像，并对图像进行了small volume computational clearing（SVCC）处理。

结果

使用THUNDER Imager采集的鸡胚脑样本结果如下图1所示。

图1：mScarlet RFP和音猬因子调控的EGFP标记的神经祖细胞鸡胚脑图像：A) Computational clearing处理前的原始宽场EDoF结果；B)SVCC处理后的结果。图片来源：Timothy Sanders医学博士兼哲学博士，美国芝加哥大学格罗斯曼神经科学、定量生物学和人类行为研究所。

结论

鸡胚脑样本的THUNDER图像无模糊信号，并能清晰显示结构细节，有助于破译对发育生物学与遗传学非常重要的信号通路。

参考文献：

1.T. Sanders, E. Llagostera, M. Barna, Specialized filopodia direct long-range transport of SHH during vertebrate tissue patterning. Nature (2013) vol. 497, pp. 628–632, DOI: 10.1038/nature12157.

2.S. Agarwala, T. A. Sanders, C.W. Ragsdale, Sonic Hedgehog Control of Size and Shape in Midbrain Pattern Formation, Science (2001) vol. 291, iss. 5511, pp. 2147-2150, DOI: 10.1126/science.1058624

3.J. Schumacher, L. Bertrand, THUNDER Technology Note: THUNDER Imagers: How Do They Really Work? Science Lab (2019) Leica Microsystems

4.L. Felts, V. Kohli, J.M. Marr, J. Schumacher, O. Schlicker, An Introduction to Computational Clearing: A New Method to Remove Out-of-Focus Blur, Science Lab (2020) Leica Microsystems