Ondas mitóticas e gastrulação em um embrião de mosca
Ano passado postei uma imagem de uma onda mitótica em um embrião de mosca-da-fruta (a querida drosófila).
Aqui está o vídeo desse mesmo embrião durante a clivagem (divisões iniciais dos núcleos) e gastrulação (movimentos dos tecidos embrionários):
https://www.youtube.com/watch?v=uQjDm02h8bI
Ondas mitóticas
O que aparece no início do filme são os ciclos sincronizados de divisões nucleares. Neste embrião eles acontecem em ondas do lado posterior para o lado anterior (da direita para a esquerda). Após a fertilização, embriões de drosófila passam 14 ciclos de clivagem, mas o filme começa no décimo. A cada ciclo mitótico, o embrião fica mais cheio de núcleos até que eles passem a cobrir toda a sua superfície.
Ciclos de divisões nucleares na embriogênese de
Drosophila (
Foe e Odell 1989).
Nesta etapa, o embrião ainda é um sincício, ou seja, uma única célula com muitos núcleos (sim, é assim que as moscas fazem). Mas no 14º ciclo de divisão, cerca de 11 segundos no filme, o embrião se celulariza: cada núcleo é encapsulado por membranas celulares formando cerca de seis mil células. É um processo curioso, embora não esteja visível neste vídeo.
Gastrulação
Uma vez que as células se formaram, o embrião começa a gastrular. A gastrulação em drosófila é complicada, pois diversos eventos acontecem ao mesmo tempo. As células se movem, invaginam, desaparecem, fluem ao redor do embrião e começam a se dividir novamente, repetidas vezes.
Este filme mostra cerca de 3 horas de desenvolvimento, mas a embriogênese continua por 24 horas após a fertilização até que o embrião saia do ovo como uma larva.
Eventos embrionários durante a gastrulação de
Drosophila (
Foe e Odell 1989).
Amostra
O embrião do vídeo vem de uma linha transgênica que contém dois tipos de proteínas fluorescentes. Uma é a proteína verde fluorescente (GFP), que está fundida a uma histona (H2A), uma proteína que interage com o DNA no núcleo da célula. A outra é uma variante da proteína vermelha fluorescente conhecida como mCherry, que está fundida a uma proteína que se liga às membranas celulares (GAP43). Desta forma, podemos ver onde estão localizadas a cromatina e as membranas celulares no embrião durante o desenvolvimento (e aprender algo com isso).
Aquisição
Após coletar os embriões, os colei de lado em uma pequena lamínula de vidro presa ao suporte para amostras do microscópio, um Zeiss Z.1 Lightsheet. O microscópio possui lasers para excitar as proteínas fluorescentes, que por sua vez emitem luz em diferentes comprimentos de onda. Filtros nos permitem capturar os sinais individuais das duas proteínas (GFP e mCherry) ao mesmo tempo. Isso é crucial para uma aquisição rápida de time-lapses em duas cores.
Configurei o microscópio para adquirir 30 planos ópticos espaçados por 3 µm, da superfície externa do lado esquerdo até a região central do corpo, registrados a cada 35 s.
Processamento
Após a aquisição, fiz algumas etapas de processamento de imagem usando o Fiji/ImageJ.
Remover ruído de fundo
Primeiro, executei o Despeckle para reduzir o ruído da câmera (é baixo, mas ajuda a suavizar a imagem). Depois rodei o Subtract background... (com rolling=20) para remover as informações fora de foco, já que os embriões de drosófila têm bastante vitelo na parte central que pode prejudica o sinal da fluorescência.
Projeção para 2D
Apesar das renderizações em 3D para estas imagens ficarem ótimas, decidi achatá-las para 2D para poder visualizar todas as informações na mesma imagem. Para isso, fiz uma projeção de intensidade máxima usando o comando Z Project.... Isso percorre as 30 fatias em cada píxel e mantém apenas o valor máximo. É uma maneira prática de visualizar dados 3D em 2D.
Código de cores
Por fim, podemos codificar cada marcador fluorescente com cores diferentes para melhorar a visualização das informações. Algumas cores combinam perfeitamente, outras não. Um modo de mapear as intensidades dos píxeis em gradientes de cor no ImageJ é usando tabelas de consulta (ou LUTs). Para o sinal de DNA, escolhi um gradiente roxo-amarelo chamado mpl-inferno, um colormap perceptualmente uniforme que gosto muito, e para as membranas celulares, escolhi um gradiente de cinza padrão (cinza é ótimo!).
Fim
É isso, espero que goste do vídeo! Subi uma cópia na Wikimedia Commons para que ele fique disponível enquanto durar a internet. Se precisar de mais informações, por favor entre em contato.
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URL: https://brunovellutini.com/posts/ondas-mitoticas-gastrulacao-embriao-mosca/
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