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Lavision光片照明(SPIM)显微镜—淋巴管形成机制

Lavision光片照明(SPIM)显微镜Ultramicroscope应用

小鼠胚胎初始淋巴管形成的多步机制

Rene´ Ha¨ gerling1,7, Cathrin Pollmann1,7,Martin Andreas1, Christian Schmidt1,Harri Nurmi2, Ralf H Adams3, Kari Alitalo2,Volker Andresen4, Stefan Schulte-Merker5,6and Friedemann Kiefer1,*   The EMBO Journal (2013), 1–16

摘要:在哺乳动物发育过程中,主静脉血管中的一个内部细胞亚群开始表达淋巴管特异基因,进而发育出初级的淋巴结构,被共同命名为淋巴囊。淋巴内皮细胞的出芽,扩展,膨胀被认为是淋巴内皮细胞从主静脉中产生的基础,但是淋巴管形成的确切机制仍然不为人所了解。使用选择性光片照明显微镜Ultramicroscope来观察进行整体免疫染色的小鼠胚胎,我们观察到细胞分辨率的完整的发育中的血管系统。本文中,我们报道了可以被检测到的最早的淋巴内皮细胞松散的连接在主静脉和浅表的脉管丛。下一步的淋巴内皮细胞聚集导致了两个清晰的,未被预先确认的淋巴结构,背部外周纵向淋巴管和腹侧初级胸导管,它们在后期阶段形成了一个与主静脉的直接连接。我们发现血管内皮生长因子C和基质组分CCBE1对于淋巴内皮细胞出芽和迁移是必不可少的。总之,我们提供了一个明显更加细节化的视角和早期淋巴管发育的新颖模型。
 
主要结果:
 

图1.
初始淋巴祖细胞从主静脉中产生。
(A-D)受精后9.5/9.75(A,C)和10.5(B,D)天小鼠胚胎血管系统的整体染色。PECAM-1优先染动脉、静脉血管中的内源粘蛋白。Prox1识别的淋巴内皮细胞。(A)中框出了胸颈静脉区,淋巴内皮细胞。DA,背主动脉;ISA,节间动脉;PAAs,咽弓动脉。标尺100um。E 图示箭头穿越一对主静脉之一。静脉内皮细胞,蓝色;发育中的心脏,暗绿;浅表静脉丛的位置被标示出来。CCV,一般主静脉;SV,静脉窦;H,心脏;ISV,节间血管。(F)成对CCV和导流入心脏的SV的三维重构。移开一半对称主静脉后的ISVs和生肌刀(M)。蓝色箭头指示静脉血的流动。(G)胸颈静脉区的横切面。DA,ISA和动脉丛标记红色;CV,ISV和sVP标记蓝色。NT,神经管;DRG,背根神经节;iLECs,初始淋巴内皮细胞。(H-K)整体免疫染色胚胎的图片左侧标注的蛋白分布的光学切片的3维重建。E,受精后几天的发育阶段(H,I,K横切面;J矢状切面)。白色箭头,新出现的iLECs;点线,CV的背根。标尺100um。(L-O)在E10.0和E10.25期间出现的最早iLECs的图解。Prox1+细胞,绿色,黄色为细胞核。以绿色表面表明在CCV移开分支中的Prox1表达区。
 

图2.  淋巴内皮细胞从CV的出芽伴随着细胞和核的形状改变,以及一个蛋白标记开关的表达。
(A,B)整体免疫染色胚胎的CCV中左侧标注蛋白的矢状视图。受精后的发育阶段(E);iLECs初始淋巴内皮细胞;头盖处,左;尾部,右。标尺100um。CV的上出口,从鳞状到纺锤状的LEC形状改变(箭头指示CV根中的Prox1+ ECs)。白色箭头,iLECs间极薄的连接;红色箭头,照亮的静脉血管中频繁的发现红细胞(但iLECs中从没有)。(B)也可以看到相应的图解1O。(C)在E10.5阶段,出现的iLECs中的VEGFR-3及其联合受体Nrp2水平被上调,而CV和iLECs中的Lyve-1水平保持不变。***P<0.001,NS,不显著。(D,E)随着iLECs的出现核的形状从圆形转变为椭圆形。通过核表面重构描述了CCV内部和外部的Prox1+细胞核以及对球率和椭球率做散点图(E)。标尺100um。(F-H)矢状(F)和横切面(G,H)视图中整体免疫染色小鼠胚胎的CCV内部和外部的Prox1+细胞核表面重构。(F,G)通过热成像赋以伪色标记的Prox1表达强度图,例如,最高强度的表达标记为红色,低强度表达标记为蓝色。(H)通过图像的叠加进行细胞的解剖学定位软件包:Imaris Vantage,标尺100um
 
 
3. iLECs在节间血管主要分支的水平上浓缩来形成照亮的外周纵向淋巴管(PLLV)。
A-D)每张图所展示蛋白的整体免疫染色胚胎光学切片的矢状图重构。E,受精后的发育天数;头盖的,左;尾端的,右。(A)在iLECs出现的早期阶段,iLECs以扇形模式分布,从CCV向头部和尾部扩展。虚线,iLECs检测的边界。(A-DiLECs在节间血管第一侧枝的水平上立即浓缩形成PLLV。长的阴影线指示了CCVSV的位置;短的阴影线,iLECs浓缩和PLLV形成的区域。(E-H)图解iLECs的位置,在E10.5E10.7阶段出现在CV的背部。CCV之外的Prox1+iLECs以淡绿色标记,CV内的Prox1+细胞和心肌以深绿色标记。在CCV移开的分支中的Prox1表达域(P1ED)以淡绿色表面显示。浅表静脉丛作为iLECs的一个可能的备选来源,其位置标注为蓝色(GH)。sVP内的Prox1+内皮细胞被标注为红色。sVP,浅表静脉丛;标尺100um
 
 
图4.  CV和PLLV之间的LECs聚集并形成不断增长的更大的被照亮结构并最终形成原始的胸导管。来自整体免疫染色的小鼠胚胎光学切片的图中标注蛋白的(A-C)矢状图和(D)截面图。
(A)箭头指示了位于CV和PLLV之间的LECs快速和不断进行的聚集,这导致了更大照明结构pTD的形成(B-D)。(C,D)浅表淋巴管sLECs开始从PLLV背侧和pTD旁边伸展。PLLV和pTD在pTD头盖端连接到一起。(F-H)图示了导致pTD成形的细胞聚集和浓缩事件。(I)在E11.5阶段,sLECs中的VEGFR-3和它的联合受体Nrp2水平上调,而Lyve-1水平与CV和iLECs相比强烈下调。***P<0.001。发育阶段(E);头盖,左,尾端,右。ACV,前主静脉;CCV,一般主静脉;PCV,后主静脉;ISV,节间静脉;PLLV,外周纵向淋巴管;pTD,原始胸导管;sLECs,浅表淋巴结。标尺100um
 
 
图5.  通过最高水平表达的Prox1表征的pTD和CV间新形成的成对的接触点。
(A-C)整体免疫染色胚胎的矢状图。新形成中的pTD快速巩固进一个巨大的照明结构,头颅部以U形连接到PLLV(左侧A,B)。CV和pTD间的两个连接表达最高水平的Prox1(箭头)。(B-E)一个总是位于pTD和CV连接间的作为锁骨下动脉的短暂存在的侧枝被星号标记出来。(C)红色箭头:pTD内堆积的红细胞。箭头标注pTD连接端对面的Prox1+细胞。(D,E)通过pTD和CV连接区域的单个平面(光学切片)。(F-H)图示pTD和CV间接触点的发育,接触点处高表达的Prox1+细胞标记为暗绿色和红色的细胞核。标尺100um
 
 
6. 不同的淋巴内皮细胞群表达不同的标记蛋白组。
A-G)所示发育阶段的免疫染色胚胎的横向冷冻切片。可见的抗原被以每幅图上所标记的相应颜色标记。典型例证标记表达的面板在(I)中汇总。(A)在E10.0阶段的LECs细胞中没有粘蛋白的表达,在E11.0阶段首先被检测到并在E12.0LECs中变得丰富。注意CV中的Prox1+细胞在所有阶段都是阴性。在E11.5阶段,Nrp2CVpTD内中等强度的表达,而CV外的iLECs强烈的表现为阳性。(C)内皮粘蛋白在iLECs中只有短暂的留存。(D)在CVpTDProx1+ ECsLyve-1强烈表达,而在展示的sLECs中仅有残留的表达(箭头)。(E)在所有血管结构中,整合蛋白α6有中等程度的表达。(F)在E11.5阶段,神经生长因子Netrin-4BECs中强烈表达,在CV中很弱的表达,在pTD内中等程度的表达,但在iLECs中(箭头)没有被检测到。(GHUnc5BiLECsG,箭头)和sLECsH,箭头)中强烈表达,而在pTD中表达微弱。
(H)来自整体免疫染色的小鼠胚胎的Prox1 (绿) Unc5B ()光学切片的矢状重构. (I)在妊娠中期,不同LEC群中标注蛋白的表达。数据来自免疫染色的冷冻切片或整体免疫染色。表示的结构和细胞群: CV, 主静脉; iLECs, 初始LECs (第一轮从CV中出现的纺锤状LE,松散连接的细胞); sLECS, 浅表LECs (PLLV (背侧)中伸出的LECs); pTD, 初始胸导管. CV*, CV背侧Prox1+细胞的表达限制。标尺100um
 
 
 
图7.  CCBE1缺陷导致的Prox1+细胞从CV分离的失败,并导致初始淋巴结构的快速损失。
 (A, B, F, G) 对标注蛋白进行整体免疫染色的野生型(A) Ccbe1_/_ (B, F, G)胚胎的3D重构。(A, B)E10.5阶段的矢状图. (B) 在CCBE1-缺陷胚胎中,在CV和初始PLLV中检测到丰富的Prox1+细胞,紧邻浅表静脉丛。与野生型胚胎(A)相比,CCV和PLLV间没有纺锤状的iLECs。 (B, F) Prox1+细胞描绘出CCV和SV的边界, 当非典型的,大的,照明的分支从CV(箭头)中出现。(G) 含大量VEGFR-3+异形分支从CV(箭头)和ISVs(箭头)中伸展。(CE)图示野生型(C)和CCBE1-缺陷型(D, E)胚胎中的Prox1+ cells。含大量VEGFR-3+的静脉内皮标注为深蓝色。sVP, 浅表静脉丛。标尺100um
 



Figure 8
VEGF-C(血管内皮因子C)缺陷的小鼠胚胎中的Prox1+内皮细胞因为不能离开它们起源处的血管从而标记了LECs的静脉来源。E10.75阶段野生型(A, B)Vegfc_/_(CF)胚胎的矢状图3D重构,对标注蛋白做了整体免疫染色。VEGF-C缺陷胚胎中,Prox1+内皮细胞不能离开静脉血管导致没有出现发育中的淋巴结构。(E, F) 除了CV(箭)中的Prox1+ 细胞, 在腹侧sVP(箭头)处更大的静脉血管中捕获了第二群Prox1t淋巴初始组织 。(G, H) 图示了野生型 (G) 和VEGF-C缺陷型(H)胚胎中的Prox1+细胞。NE, 神经元的Prox1+表达条纹。sVP, 浅表静脉丛。标尺100 um
 
 
Figure 9.  iLECs外出和淋巴管形成过程中,CCBE1VEGF-C协同的相互作用。
E10.5阶段所标注蛋白整体免疫染色的野生型(
AC), Vegfct/_ (DF), Ccbe1t/_ (GI) Vegfct/_/Ccbe1t/_ (JL) 胚胎矢状图的3维重构。CCVISVs的根部用虚线标注,Prox1+细胞用箭头标注。与野生型同窝小崽相比,Vegfct/_胚胎(AC)表现出iLECsCCV中迁出的下降(D, E)。与之相反,Ccbe1t/_胚胎中,受损的ISVs形成被检测到。而且,不典型的,照亮的分支出现在Prox1+和高水平VEGFR-3表达的主静脉根部(GI). (JL) 在复合的杂合胚胎中,这种表型非常夸张地表明了VEGF-C CCBE1在淋巴管形成过程中的协同作用。标尺100um
 
 
     
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