Title (eng)
3D cell proliferation patterns in developing bird limbs
Parallel title (deu)
3D Zellproliferationsmuster in sich entwickelnden Vogelextremitäten
Author
Viola Christina Winkler
Advisor
Gerhard Müller
Assessor
Gerhard Müller
Abstract (deu)
Die Embryonalentwicklung von Wirbeltierextremitäten sowie von deren Skelettmustern beschäftigt die evolutionäre Entwicklungsbiologie (EvoDevo) seit vielen Jahren. Zellproliferation spielt eine wesentliche Rolle beim Wachstum von biologischen Strukturen und ist dementsprechend essentiell für die Embryogenese. In dieser Arbeit wurden zu verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in der Entwicklung 3D-Aufnahmen von Zellproliferationsmustern in Vorder- und Hinterextremitäten von Hühnerembryonen gemacht.
Die analysierten Entwicklungsstadien reichen von HH18 – dem Stadium, in welchem Extremitäten gerade sichtbar werden – bis zu HH31 – in dem bereits die Finger beziehungsweise Zehen unterscheidbar sind. Die produzierten Datensätze stimmen gut mit bekannten Beschreibungen von Zellteilungsmustern in Extremitäten, welche in den meisten Fällen auf wenigen histologischen Schnitten basieren, überein. Dies zeigt, dass die gewählte Methode Zellproliferation zuverlässig darstellt. Die 3D-Bilder aus dieser Arbeit ermöglichen es, die Extremitäten virtuell zu schneiden und zu rotieren um eine detaillierte Beschreibung der auftretenden Muster zu erreichen.
Die produzierten und mit Informationen zum Bildmaterial versehenen Datensätze werden interessierten Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen durch eine Open-Access-Publikation zugänglich gemacht. Diese Arbeit zeichnet sich durch ihren technischen Fokus aus, da wir zusätzlich zu den 3D-Bilddaten auch eine Methode erläutern, welche das Darstellen von Zellproliferation in 3D ermöglicht und dies mit einer Auflösung, die das Unterscheiden einzelner Zellen zulasst. Diese Methode basiert auf dem Markieren von sich teilenden Zellen mit fluoreszierender EdU-(5’-ethynyl-2’-desoxyuridin)-Chemie und der Verwendung eines Lichtscheibenfluoreszenzmikroskops. Es wurde außerdem getestet, ob mit Hilfe von EdU auch eine Röntgendichte Färbemethode von teilenden Zellen erzielt werden kann.
Basierend auf den nun vorhandenen 3D-Bilderdatensätzen können Zelldichten sowie die Anzahl der sich teilenden Zellen innerhalb der Extremitäten gemessen werden. Dies wurde
auch anhand einer vereinfachten Methode gezeigt. Außerdem bietet sich die Möglichkeit, zukünftige Experimente an Extremitäten – wie zum Beispiel das Manipulieren von Entwicklungsvorgängen oder auch das Testen von Hypothesen und Prognosen – genauer zu planen, da nun nachvollziehbar ist, wann und wo sich Zellen teilen und damit zum Wachstum beitragen. Eine weitere Verwendung liegt darin, dass bestehende computergestützte Modelle und Simulationen von Extremitätenentwicklung und -wachstum sowie von deren axialen Mustern angepasst und neu ausgewertet werden können.
Abstract (eng)
The development and patterning of the vertebrate limb has been of interest in evolutionary developmental research (EvoDevo) for many years. Cell proliferation, as the main factor in growth and therefore of pattern formation, plays a crucial role in embryogenesis. This project has produced a 3D image data set of proliferating cells in the forelimbs and hindlimbs of chick embryos in a series of developmental stages.
The analyzed stages range from HH18, when limb buds are just visible, up to HH31, when digits are already distinguishable. The data shown correspond well to known cell proliferation patterns, which are mostly based on a few physical sections only. The 3D image data from this thesis enable a more detailed observation, due to the possibilities of virtually rotating and slicing the 3D images.
The image sets will be annotated and open-access published to allow interested researchers to use them for their studies. As this thesis is partly technical in its focus, it also demonstrates a scalable method for generating complete 3D images of whole developing limbs. By using fluorescent EdU (5’-ethynyl-2’-deoxyuridine) chemistry and light sheet fluorescence microscopy, visualization of proliferating cells was achieved at single-cell resolution in whole limbs. Also, tests for possible X-ray dense stains using EdU chemistry were run and give new insights on its possibilities.
The data can be used for cell density and cell count analyses, as is shown in a simple form in this thesis. They also provide a basis to guide future experiments on the limbs, such as manipulations of tissues, as well as testing of hypotheses or predictions. Furthermore, the image data can be used to refine and re-evaluate computer models that simulate limb development, patterning and growth.
Keywords (eng)
cell proliferationlimb developmentEvoDevobird limb development3D imaging
Keywords (deu)
EvoDevoZellproliferation3D BildgebungExtremitätenentwicklung
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1348639
rdau:P60550 (deu)
77 Seiten : Illustrationen
Number of pages
77
Study plan
Masterstudium Zoologie
[UA]
[066]
[831]
Association (deu)
Title (eng)
3D cell proliferation patterns in developing bird limbs
Parallel title (deu)
3D Zellproliferationsmuster in sich entwickelnden Vogelextremitäten
Author
Viola Christina Winkler
Abstract (deu)
Die Embryonalentwicklung von Wirbeltierextremitäten sowie von deren Skelettmustern beschäftigt die evolutionäre Entwicklungsbiologie (EvoDevo) seit vielen Jahren. Zellproliferation spielt eine wesentliche Rolle beim Wachstum von biologischen Strukturen und ist dementsprechend essentiell für die Embryogenese. In dieser Arbeit wurden zu verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in der Entwicklung 3D-Aufnahmen von Zellproliferationsmustern in Vorder- und Hinterextremitäten von Hühnerembryonen gemacht.
Die analysierten Entwicklungsstadien reichen von HH18 – dem Stadium, in welchem Extremitäten gerade sichtbar werden – bis zu HH31 – in dem bereits die Finger beziehungsweise Zehen unterscheidbar sind. Die produzierten Datensätze stimmen gut mit bekannten Beschreibungen von Zellteilungsmustern in Extremitäten, welche in den meisten Fällen auf wenigen histologischen Schnitten basieren, überein. Dies zeigt, dass die gewählte Methode Zellproliferation zuverlässig darstellt. Die 3D-Bilder aus dieser Arbeit ermöglichen es, die Extremitäten virtuell zu schneiden und zu rotieren um eine detaillierte Beschreibung der auftretenden Muster zu erreichen.
Die produzierten und mit Informationen zum Bildmaterial versehenen Datensätze werden interessierten Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen durch eine Open-Access-Publikation zugänglich gemacht. Diese Arbeit zeichnet sich durch ihren technischen Fokus aus, da wir zusätzlich zu den 3D-Bilddaten auch eine Methode erläutern, welche das Darstellen von Zellproliferation in 3D ermöglicht und dies mit einer Auflösung, die das Unterscheiden einzelner Zellen zulasst. Diese Methode basiert auf dem Markieren von sich teilenden Zellen mit fluoreszierender EdU-(5’-ethynyl-2’-desoxyuridin)-Chemie und der Verwendung eines Lichtscheibenfluoreszenzmikroskops. Es wurde außerdem getestet, ob mit Hilfe von EdU auch eine Röntgendichte Färbemethode von teilenden Zellen erzielt werden kann.
Basierend auf den nun vorhandenen 3D-Bilderdatensätzen können Zelldichten sowie die Anzahl der sich teilenden Zellen innerhalb der Extremitäten gemessen werden. Dies wurde
auch anhand einer vereinfachten Methode gezeigt. Außerdem bietet sich die Möglichkeit, zukünftige Experimente an Extremitäten – wie zum Beispiel das Manipulieren von Entwicklungsvorgängen oder auch das Testen von Hypothesen und Prognosen – genauer zu planen, da nun nachvollziehbar ist, wann und wo sich Zellen teilen und damit zum Wachstum beitragen. Eine weitere Verwendung liegt darin, dass bestehende computergestützte Modelle und Simulationen von Extremitätenentwicklung und -wachstum sowie von deren axialen Mustern angepasst und neu ausgewertet werden können.
Abstract (eng)
The development and patterning of the vertebrate limb has been of interest in evolutionary developmental research (EvoDevo) for many years. Cell proliferation, as the main factor in growth and therefore of pattern formation, plays a crucial role in embryogenesis. This project has produced a 3D image data set of proliferating cells in the forelimbs and hindlimbs of chick embryos in a series of developmental stages.
The analyzed stages range from HH18, when limb buds are just visible, up to HH31, when digits are already distinguishable. The data shown correspond well to known cell proliferation patterns, which are mostly based on a few physical sections only. The 3D image data from this thesis enable a more detailed observation, due to the possibilities of virtually rotating and slicing the 3D images.
The image sets will be annotated and open-access published to allow interested researchers to use them for their studies. As this thesis is partly technical in its focus, it also demonstrates a scalable method for generating complete 3D images of whole developing limbs. By using fluorescent EdU (5’-ethynyl-2’-deoxyuridine) chemistry and light sheet fluorescence microscopy, visualization of proliferating cells was achieved at single-cell resolution in whole limbs. Also, tests for possible X-ray dense stains using EdU chemistry were run and give new insights on its possibilities.
The data can be used for cell density and cell count analyses, as is shown in a simple form in this thesis. They also provide a basis to guide future experiments on the limbs, such as manipulations of tissues, as well as testing of hypotheses or predictions. Furthermore, the image data can be used to refine and re-evaluate computer models that simulate limb development, patterning and growth.
Keywords (eng)
cell proliferationlimb developmentEvoDevobird limb development3D imaging
Keywords (deu)
EvoDevoZellproliferation3D BildgebungExtremitätenentwicklung
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1348640
Number of pages
77
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