Method Article
פרוטוקול זה מתאר שיטה לשילוב הכלאה פלואורסצנטית באתרו (FISH) ואימונוהיסטוכימיה פלואורסצנטית (IHC) באזורי מוח עכבר טריים קפואים וקבועים, במטרה להשיג FISH רב-תוויות ואות IHC פלואורסצנטי. IHC התמקד בחלבונים ציטופלזמיים וחלבונים המחוברים לממברנה.
הכלאה פלואורסצנטית באתרו (באנגלית: Fluorescent in situ hybridization, בקיצור FISH) היא טכניקה מולקולרית המזהה נוכחות והתפלגות מרחבית של תעתיקי רנ"א ספציפיים בתוך תאים. פנוטיפ נוירוכימי של נוירונים המזוהים פונקציונלית דורש בדרך כלל תיוג מקביל עם נוגדנים מרובים (חלבון מטרה) באמצעות אימונוהיסטוכימיה (IHC) ואופטימיזציה של הכלאה באתרו (RNA ממוקד), במקביל. ניתן להשיג "חתימה נוירוכימית" כדי לאפיין נוירונים מסוימים, אולם גורמים מסובכים כוללים את הצורך לאמת מטרות FISH ו-IHC לפני שילוב השיטות, והמספר המוגבל של רנ"א וחלבונים שניתן לכוון בו זמנית באותו מקטע רקמה.
כאן אנו מתארים פרוטוקול, המשתמש הן בתכשירים טריים קפואים והן בתכשירי מוח קבועים של עכברים, אשר מזהה מספר mRNA וחלבונים באותו אזור במוח באמצעות RNAscope FISH ואחריו פלואורסצנטיות immunostaining, בהתאמה. אנו משתמשים בשיטה המשולבת כדי לתאר את דפוס הביטוי של mRNA בשפע נמוך (למשל, קולטן גלנין 1) ו-mRNA בשפע גבוה (למשל, טרנספורטר גליצין 2), בגרעיני גזע המוח המזוהים אימונוהיסטוכימית.
שיקולים מרכזיים לסימון חלבונים במורד הזרם של בדיקת FISH מתרחבים מעבר להכנת רקמות ואופטימיזציה של תיוג בדיקת FISH. לדוגמה, מצאנו כי קשירת נוגדנים וספציפיות התיוג יכולים להיות מושפעים לרעה על ידי שלב פרוטאז בתוך בדיקת FISH. פרוטאזות מזרזות פיצול הידרוליטי של קשרים פפטידיים, ומקלות על כניסת גשושיות FISH לתאים, אולם הן עשויות גם לעכל את החלבון הממוקד על ידי בדיקת IHC שלאחר מכן, ולייצר קשירת מטרה. המיקום התת-תאי של חלבון המטרה הוא גורם נוסף התורם להצלחת IHC לאחר בדיקת FISH. ראינו שספציפיות IHC נשמרת כאשר חלבון המטרה קשור לממברנה, בעוד שהתמקדות IHC בחלבון ציטופלזמי דרשה פתרון בעיות נרחב. לבסוף, מצאנו שהטיפול ברקמה קפואה קבועה המותקנת במגלשה מאתגר יותר מרקמה קפואה טרייה, אולם איכות IHC הייתה בסך הכל טובה יותר עם רקמה קפואה קבועה, בשילוב עם RNAscope.
חלבונים ו-mRNA המגדירים באופן נוירוכימי תת-אוכלוסיות של תאי עצב מזוהים בדרך כלל עם שילוב של אימונוהיסטוכימיה (IHC) ו/או הכלאה באתרו (ISH), בהתאמה. שילוב ISH עם טכניקות IHC מאפשר אפיון של דפוסי קולוקליזציה ייחודיים לנוירונים פונקציונליים (קידוד נוירוכימי) על ידי מקסום יכולת התיוג המרובה.
שיטות ISH פלואורסצנטיות (FISH), כולל RNAscope, הן בעלות רגישות וספציפיות גבוהות יותר בהשוואה לשיטות גילוי RNA מוקדמות יותר כגון ISH רדיואקטיבי ו- ISH כרומוגני לא רדיואקטיבי. FISH מאפשר הדמיה של תעתיקי mRNA בודדים ככתמים מוכתמים מנוקבים1. יתר על כן, בדיקת RNAscope מאפשרת לסמן מספר גדל יותר של מטרות RNA בכל פעם, באמצעות תגי פלואורופור שונים. למרות יתרונות אלה, מגבלות טכניות עשויות להשפיע על מספר הפלואורופורים/כרומוגנים שניתן להשתמש בהם בניסוי יחיד. אלה כוללים זמינות של ערכות מסנני מיקרוסקופ; שיקולים אלה מתעצמים כאשר זיהוי נוירוכימי משתמש בשילוב FISH ו-IHC, בהשוואה לשימוש בכל טכניקה בנפרד, שכן צעדים אינהרנטיים אופטימליים לשיטה אחת עלולים להזיק לאחרת.
יישום קודם של FISH בשילוב עם IHC הדגים ביטוי של מטרות תאיות ספציפיות בלימפומות של תאי B אנושיים2, עוברי אפרוחים3, עוברי דגי זברה4, רשתית עכבר5 ותאי אוזן פנימיתשל עכבר 6. במחקרים אלה, הכנת רקמות הייתה או פרפין קבוע פורמלין משובץ (FFPE) 2,3,5 או הר שלם טרי 4,6. מחקרים אחרים יישמו רנ"א כרומוגני על תכשירי מוח קבועיםשל עכברים וחולדות 7,8,9. בפרט, Baleriola et al.8 תיאר שתי תכשירי רקמות שונים עבור ISH-IHC משולב; קטעי מוח קבועים של עכבר ומקטעי מוח אנושיים מסוג FFPE. בפרסום שפורסם לאחרונה, שילבנו FISH ו-IHC פלואורסצנטי על מקטעים קפואים טריים, כדי להמחיש בו זמנית mRNA בשפע נמוך (קולטן גלנין 1, GalR1), mRNA בשפע גבוה (גליצין טרנספורטר 2, GlyT2) וחלבון טרנספורטר אצטילכולין שלפוחית (vAChT)10 במבנה הרשתית של גזע המוח.
גרעין מערכת הבידוד (באנגלית: Nucleus of the Solitary tract או NTS) הוא אזור מרכזי במוח המעורב בתפקוד אוטונומי. אוכלוסייה הטרוגנית זו של תאי עצב, הממוקמת במוח האחורי, מקבלת ומשלבת מספר עצום של אותות אוטונומיים, כולל אלה המווסתים את הנשימה. ה-NTS מכיל מספר אוכלוסיות נוירונים, אשר עשויות להיות מאופיינות פנוטיפית על ידי דפוס הביטוי של מטרות mRNA כולל GalR1 ו-GlyT2 וסמנים חלבוניים עבור האנזים טירוזין הידרוקסילאז (TH) וגורם השעתוק Paired-like homeobox 2b (Phox2b).
הבעלים של RNAscope ממליץ על תכשירים טריים של רקמות קפואות, אך רקמות שהוכנו על ידי קיבוע זילוח טרנסקרדיאלי של בעלי חיים שלמים, יחד עם הגנה קריוגנת לטווח ארוך (אחסון ב -20 מעלות צלזיוס) של חלקי רקמות קפואות קבועות, נפוצים במעבדות רבות. לפיכך, ביקשנו לקבוע פרוטוקולים עבור FISH בשילוב עם IHC באמצעות תכשירי רקמות קפואות טריות וקבועות. כאן, אנו מספקים חלקי מוח קפואים וקבועים טריים: (1) פרוטוקול לשילוב של FISH ו- IHC פלואורסצנטי (2) תיאור של איכות mRNA ותיוג חלבונים המיוצרים, בעת שימוש בכל תכשיר (3) תיאור של ביטוי GalR1 ו- GlyT2 ב- NTS.
המחקר שלנו גילה כי בשילוב עם מתודולוגיית RNAscope, הצלחת IHC השתנתה בתכשירים טריים קפואים וקבועים מוקפאים, והייתה תלויה בלוקליזציה של חלבוני המטרה בתוך התא. בידינו, תיוג חלבונים הקשורים לממברנה היה תמיד מוצלח. לעומת זאת, IHC עבור חלבון ציטופלזמי דרש פתרון בעיות גם במקרים שבהם החלבון הציטופלזמי בא לידי ביטוי יתר בחיה טרנסגנית (Phox2b-GFP)11. לבסוף, בעוד GalR1 מבוטא בנוירונים שאינם קטכולמינרגיים ב-NTS, ביטוי GlyT2 נעדר ב-NTS.
סיכום של שלבי קדם-עיבוד רקמות ניתן למצוא באיור 1. כל ההליכים בוצעו בהתאם לוועדת הטיפול והאתיקה בבעלי חיים של אוניברסיטת ניו סאות 'ויילס בהתאם להנחיות לשימוש וטיפול בבעלי חיים למטרות מדעיות (המועצה הלאומית לבריאות ומחקר רפואי באוסטרליה).
1. הכנת דגימה של רקמת מוח קפואה טרייה
2. הכנת דגימה של רקמת מוח קפואה קבועה
3. בדיקת דגים
הערה: שאר הפרוטוקול חל הן על רקמות קפואות טריות והן על רקמות קפואות קבועות.
4. בדיקת IHC
5. הדמיה
6. אופציונלי: ניתוח כמותי של תמלילי היעד
הערה: זהו מאמר שיטות ותוצאות כמותיות אינן מסופקות. שיטת הכימות המוצגת כאן לקוחה מדרלי ואחרים.10.
איור 1: זרימת עבודה מקבילה של שלבי עיבוד מקדים של רקמות הן עבור רקמה קפואה טרייה והן עבור רקמה קבועה פרפורמלדהיד. שלבי עיבוד עבור רקמה טרייה קפואה מוצגים בתיבות המתאר האדומות, ואילו אלה עבור רקמות קבועות של פרפורמלדהיד (PFA) מוצגים בתיבות המתאר הכחולות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: סיכום של בדיקה משולבת של FISH והליך אימונוהיסטוכימי. לאחר עיבוד מקדים של הרקמה, הרקמה המותקנת במגלשה מוקפת באמצעות עט מחסום הידרופובי, כפי שניתן לראות בפריים הראשון, ומודגרת בתמיסת פרוטאז בטמפרטורת החדר. לאחר השטיפה, הרקמה מועברת לאינקובטור benchtop להכלאה למשך שעתיים לפני שלבי הגברה עוקבים. מערכת ההכלאה באתרה משתמשת בעיצוב 'Z probe' קנייני, קדם-מגברים ומגברים כפי שניתן לראות במסגרות 3-66. לאחר שהרקמה עברה עיבוד בדיקת FISH, היא נשטפת לפני חסימה עם נסיוב סוס רגיל. הדגירה הראשונית של הנוגדנים מתבצעת במהלך הלילה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס כדי למקסם את קשירת הנוגדנים-אנטיגן. דגירה משנית של נוגדנים (שעתיים) בוצעה בטמפרטורת החדר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
כאן, אנו מתארים שיטה לשילוב FISH מרובה עם IHC פלואורסצנטי כדי למקם ביטוי mRNA עבור GalR1 ו- GlyT2 באמצעות רקמות קבועות קפואות טריות ופרפורמלדהיד בהתאמה ב- NTS של העכבר. צנרת של תהליכי עיבוד הרקמות, FISH ו-IHC המתוארים בשיטות מוצגת באיור 1 ובאיור 2. טבלה 1 מספקת סיכום של בדיקת FISH ושילובי נוגדנים המשמשים בכל איור.
בדיקות בקרה נבדקות באופן שגרתי במקביל לבדיקת המטרה, כדי להבטיח את שלמות זרימת העבודה ולאשר את איכות הדגימה. היעדר תיוג DapB מאשר את האיכות והשלמות של רקמת הקול, ואת היעדר זיהום חיידקי (איור 3A). תיוג מבדיקות בקרה חיוביות המכוונות ליוביקוויטין C (UBC, שפע גבוה), פפטידילפרופיל איזומראז B (PPIB, שפע בינוני) ו-RNA פולימראז 2a (POLR2A, שפע נמוך) mRNA מאשר את שלמות הרנ"א, והאות שנצפה בין הבדיקות עשוי לשמש לכיול השונות בין הבדיקות (איור 3B). כדי לאמת את ביטוי בדיקת FISH, השתמשנו ברקמות בקרה שתוארו בעבר כדי לבטא את תעתיק ה-mRNA. לדוגמה, ביטוי mRNA GalR1, אושר כחיובי בתלמוס כפי שתואר קודם לכן10,15. התפלגות Phox2b mRNA אומתה בנוסף על ידי תיוג משותף עם נוגדן Phox2b; אישרנו שתיוג FISH היה קיים רק בתאי עצב שגם הם הוכתמו באופן חיובי באמצעות נוגדן Phox2b (איור 5).
כדי להבחין בין תאי עצב GalR1+ ב-NTS לבין גרעינים שכנים, השתמשנו בסמנים נוירוכימיים נוספים. תגובתיות חיסונית של TH, Phox2b או Phox2b-GFP (איור 4-6), ו-Phox2b FISH (איור 5 ואיור 6) הבדילו את ה-NTS מגרעינים אחרים בגזע המוח הגבי, מאחר שתאי עצב מסוג NTS דווחו בעבר כמבטאים את Phox2b ו-TH 16,17. מאחר שה-NTS שוכן על-ידי גרעינים כולינרגיים – הוא נמצא גבי לגרעין ההיפוגלוסלי ולגרעין המוטורי הגבי של הואגוס (DMNX), וגחון לגרעין שיווי המשקל – תייגנו יחד עם הסמן הכולינרגי vAChT18 (איור 4). לכן, הביטוי של GalR1 בתוך NTS הוערך ביחס ל-TH ו-Phox2b, בעוד שתיוג vAChT סייע להתמצאות מרחבית ביחס לקואורדינטות רוסטרוקאודליות, דורסו-ונטרליות ובינוניות. מצאנו שכל תאי העצב החיוביים ל-TH immunoreactive ו-GalR1 mRNA חיוביים ב-NTS היו Phox2b-GFP immunoreactive, אולם לא כל תאי העצב האימונוריאקטיביים Phox2b-GFP ב-NTS היו חיוביים ל-TH immunoreactive או ל-GalR1 mRNA חיובי (איור 4). כמו כן, הדגמנו כי mRNA עבור קולטן השפע הנמוך GalR1 נעדר בתאי עצב אימונוריאקטיביים TH ו-vAChT.
בתכשירים קפואים טריים, בשילוב עם בדיקת FISH, הצלחת IHC הייתה תלויה במיקום התת-תאי של חלבון המטרה. לדוגמה, vAChT (חלבון סינפטי הקשור לקרום השלפוחית) היה בבירור מסומן כחיסון ואילו TH ו-GFP (חלבונים ציטופלזמיים) סומנו ללא הגבלת זמן ונצפו באופן חלש בלבד (איור 4). אנו מתארים את התיוג הבלתי מוגדר הזה כ"פלוקולנטי" מכיוון שלתאים לא היה מתאר ברור והיה קשה להבחין ביניהם לבין הרקע. באותו מקטע של רקמה קפואה טרייה, תיוג הגשושית GalR1 FISH של mRNA ציטופלזמי GalR1 היה מנוקב ונצפה בבירור (איור 4).
יתר על כן, מכיוון שהנוגדנים TH ו- vAChT מועלים באותו פונדקאי, שני החלבונים סומנו באמצעות אותו נוגדן משני ולכן אותו צבע פלואורופור (אור עירור: 594). קל להבחין ביניהם משתי סיבות: הם אף פעם לא מתויגים יחד באותם נוירונים, והלוקליזציה התת-תאית שונה עבור חלבונים אלה; vAChT בשלפוחיות המציגות מראה מנוקב, ו-TH בציטופלסמה ובתהליכים עצביים.
כדי לתמוך בהשערה שלנו שאיכות IHC (בתכשירים טריים קפואים) תלויה בלוקליזציה תת-תאית של חלבונים, השווינו תיוג עבור Phox2b mRNA (הממוקם בציטופלסמה), GFP (מבוטא יתר על המידה בציטופלסמה) וחלבון Phox2b (המצוי בעיקר בגרעין) בתאי עצב. כצפוי, התוצאות שלנו מראות חפיפה של תיוג נוגדנים Phox2b mRNA, GFP ו-Phox2b בתאי עצב בודדים של NTS (איור 5). תאים עם תיוג mRNA ציטופלזמי התאימו לתאים המציגים תיוג גרעיני של חלבון Phox2b המספק אימות של שיטת FISH-IHC המשולבת. למרות של-Phox2b-GFP ציטופלזמי היה מראה פלוקולנטי, אות חלבון Phox2b גרעיני היה ברור וספציפי. לסיכום, בשילוב עם FISH על תכשירים קפואים טריים, חלבונים הקשורים לקרום, כולל vAChT ו-Phox2B, מציגים תיוג חיסוני באיכות גבוהה יותר מאשר חלבונים ציטופלזמיים.
לעומת זאת, IHC היה אמין ללא קשר ללוקליזציה תת-תאית, כאשר בוצע על מקטעים קפואים קבועים בשילוב עם FISH. Multiplex FISH עבור GlyT2 mRNA ו-Phox2b mRNA היה מוצלח, כפי שניתן לראות באיור 6. תאי עצב חיוביים ל-GlyT2 mRNA היו ממוקמים בגחון ל-NTS ולא בתוך ה-NTS. תאי העצב GlyT2+ ו-Phox2b+ לא עברו לוקליזציה. תת-אוכלוסייה של תאי עצב Phox2b+ NTS הייתה תגובתית ל-TH ואף אחת מהן לא הכילה GlyT2 mRNA. תאי עצב אימונוריאקטיביים מסוג TH נראים באותו אזור רקמה, ומציגים סומא ותהליכים עצביים בעלי תווית חיובית (איור 6). זאת בניגוד למראה ה"פלוקולנטי" של תאי עצב אימונוריאקטיביים מסוג TH בקטעי רקמה קפואים טריים. לפיכך, התכשיר הקפוא הקבוע המתואר כאן הוא שיטה חלופית להכנת רקמות המאפשרת מיקוד אמין של חלבונים ציטופלזמיים באופן אימונוהיסטוכימי, בשילוב עם RNAscope.
איור 3: תמונות מיקרוסקופיות מייצגות מאזורי המוח הקדמי של עכבר העטרה ברמת המחיצה הצידית (Bregma 1.1 עד -0.1) המראות תיוג של בדיקות בקרה חיוביות ושליליות . (A) חוסר אות בעקבות ISH עם 4-hydroxy-tetrahydrodipicolinate reductase חיידקי (DapB) מאשר את היעדר אותות הרקע. (B) תיוג עם בדיקות בקרה חיוביות המכוונות ליוביקוויטין C (UBC), פפטידילפרופיל איזומראז B (PPIB) ו-RNA פולימראז 2a (POLR2A) ממחיש את האות שיש לצפות לו ממטרות שפע גבוה, בינוני ונמוך בהתאמה. מוטות קנה מידה הם 50 מיקרומטר. כל התמונות נרכשו עם מטרה 20x. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תמונות מיקרוסקופיות מייצגות של חתך גזע מוח טרי מוקפא מעכבר Phox2b-GFP המראות תיוג משולב של GalR1 mRNA (FISH) ו-3 חלבונים (IHC) בגרעין של מערכת העיכול הבודדת (NTS). כניסות ב-A מוגדלות ב-B. GalR1 mRNA מסומן על ידי סימון סימני FISH (ראשי חץ). נוגדנים המכוונים לחלבונים הציטופלזמיים GFP וטירוזין הידרוקסילאז (TH) הציגו תיוג "פלוקולנטי" (חיצים). הודגמה תגובתיות חיסונית של טרנספורטר אצטילכולין שלפוחית (vAChT) בגרעין ההיפוגלוסלי (XII). מוטות קנה המידה הם 100 מיקרומטר ב-A ו-25 מיקרומטר ב-B. כל התמונות נרכשו עם מטרה 20x. קיצורים אחרים: אזור postrema (AP), גרעין שיווי משקל מדיאלי (MVe). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: תמונות מיקרוסקופיות מייצגות של חתך גזע מוח טרי קפוא של העטרה מעכבר Phox2b-GFP, הממחישות את המיקוד של Phox2b בגרעין מערכת הבידוד (NTS) באמצעות שלוש גישות שונות: Phox2b mRNA (FISH), GFP (IHC) וחלבון Phox2b (IHC). חלבון Phox2b ממוקם בגרעין. כניסות ב-A מוגדלות ב-B. חצים מציינים תאי עצב המסומנים משולשת עם בדיקת Phox2b (כתום-550), נוגדן GFP (ירוק-488) ונוגדן Phox2b (אדום-647). מוטות קנה המידה הם 100 מיקרומטר ב-A ו-25 מיקרומטר ב-B. כל התמונות נרכשות עם מטרה של פי 20. קיצורים אחרים: area postrema (AP). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תמונות מייצגות ממקטעי גזע מוח קפואים קבועים המדגימים FISH מוצלח בשילוב עם תיוג חיסוני אמין של חלבונים ציטופלזמיים (טירוזין הידרוקסילאז [TH]). דג כפול מראה טרנספורטר גליצין 2 (GlyT2-red-647, ראשי חץ מלאים) ו-Phox2b (צהוב-550, חצים) תיוג mRNA בגרעין אזור מערכת הבידוד (NTS). FISH שולב עם IHC עבור חלבון TH (כחול-346, ראשי חץ ריקים). כניסות ב- A מוגדלות ב- B. פסי קנה מידה הם 25 מיקרומטר. כל התמונות נרכשו במטרה של פי 20. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
בדיקת נוגדנים ראשונית או RNAscope | נוגדן משני או מודול תצוגה Amp 4-FL-Alt | עירור (nm) | הכנת רקמות | ||
תרשים 3 | בדיקה | POLR2A (C1) | מגבר 4-FL-Alt B מודול תצוגה | 647 | טרי קפוא |
בדיקה | PPIB (C2) | מגבר 4-FL-Alt B מודול תצוגה | 488 | ||
בדיקה | UBC (C3) | מגבר 4-FL-Alt B מודול תצוגה | 550 | ||
בדיקה | DapB (C1, C2, C3) | מגבר 4-FL-Alt B מודול תצוגה | 647, 488, 550 | ||
דאפי | 346 | ||||
תרשים 4 | נוגדן | ארנב-אנטי-GFP | חמור-אנטי-ארנב | 488 | טרי קפוא |
נוגדן | כבש-אנטי-ת' | חמור-נגד כבשים | 647 | ||
נוגדן | עז נגד vAChT | חמור-אנטי-עז | 647 | ||
בדיקה | GalR1 (C1) | מגבר 4-FL-Alt B מודול תצוגה | 550 | ||
דאפי | 346 | ||||
תרשים 5 | נוגדן | ארנב-אנטי-GFP | חמור-אנטי-ארנב | 488 | טרי קפוא |
נוגדן | עכבר-אנטי-Phox2b | חמור-אנטי-עכבר | 647 | ||
בדיקה | Phox2b (C2) | Amp 4-FL-Alt מודול תצוגה | 550 | ||
דאפי | 346 | ||||
תרשים 6 | נוגדן | עכבר-אנטי-TH | חמור-אנטי-עכבר | 346 | קבוע |
בדיקה | גליT2 | Amp 4-FL-Alt מודול תצוגה | 647 | ||
בדיקה | Phox2b | Amp 4-FL-Alt מודול תצוגה | 550 |
טבלה 1: בדיקת FISH, נוגדנים ושילובי פלורופורים תואמים המשמשים באיורים 3-6.
במדעי המוח, FISH ו-IHC משמשים באופן שגרתי לחקר הארגון המרחבי והמשמעות התפקודית של mRNA או חלבונים בתוך תת-אוכלוסיות עצביות. הפרוטוקול המתואר במחקר זה משפר את היכולת לזיהוי סימולטני של mRNA וחלבונים במקטעי מוח. בדיקת FISH-IHC המשולבת שלנו אפשרה זיהוי פנוטיפי של תת-אוכלוסיות עצביות מובחנות ב-NTS הן בתכשירים טריים קפואים והן בתכשירים קבועים במוח. FISH-IHC בתכשירי רקמות קפואות קבועות הניבו תוצאות IHC אמינות. לדוגמה, מולטיפלקס FISH עבור mRNA בשפע נמוך וגבוה (GalR1 ו-GlyT2 בהתאמה) ו-IHC (המכוון לטירוזין הידרוקסילאז) גילו כי GalR1 ו-GlyT2 מתבטאים בתאי עצב NTS שאינם קטכולמינרגיים. IHC for TH לא הצליח ברקמות קפואות טריות, מה שהדגיש את היכולת המוגבלת של FISH-IHC בתכשירים קפואים טריים.
ISH עשוי להיות מתאים יותר מאשר IHC במגוון תרחישים. ראשית, IHC עשוי שלא לתפקד היטב בעת גילוי חלבונים בשפע נמוך, כגון קולטנים. שימוש ב-ISH כדי לכוון ל-mRNA בשפע גבוה יחסית עבור חלבונים אלה משפר את יכולת הגילוי1. שנית, חלבונים כגון נוירופפטידים מועברים לעתים קרובות אל הטרמינלים האקסונליים לאחר תרגומם בתא סומא19. כאשר נוירופפטידים ממוקדים ב-IHC, התהליכים האקסונליים והטרמינלים של התאים מסומנים עם הנוגדן, אך לא עם הסומה, מה שמקטין את היכולת לזהות את תא המקור או לבצע ניתוח כמותי של מספר התאים. עם זאת, מכיוון ש-mRNA המקודד לכל החלבונים נמצא מקומי לסומה, טכניקת ISH היא יתרון. לבסוף, נוגדנים אינם זמינים עבור מיני חלבונים מסוימים, או שהנוגדנים הזמינים מתאימים לטכניקות פרוטאומיקה אחרות (למשל, כתם מערבי) אך לא IHC. בנסיבות אלה, שיטות תיוג mRNA הוכיחו את יעילותן. אזהרה היא כי mRNA לא תמיד יכול להיות מתורגם לחלבון, ולכן הם רק לספק פרוקסי לזיהוי חלבון. מכיוון שערכות FISH מסחריות יכולות להיות יקרות ובדיקות ISH נוטות פחות להיות זמינות מסחרית בהשוואה לנוגדנים, שילוב FISH עם IHC מציג אסטרטגיה חסכונית וזמן להגדלת מספר המטרות שניתן לתייג בו זמנית.
הכנת רקמות טריות קפואות לעומת רקמות קבועות הייתה גורם שהעניק IHC מוצלח לאחר בדיקת FISH. בדקנו את IHC באמצעות נוגדנים המכוונים לחלבונים גרעיניים, שלפוחיתיים וציטופלזמיים, ומצאנו תיוג אמין של חלבונים הקשורים לקרום (vAChT ו-Phox2b) על דגימות קפואות טריות, אך לא חלבונים ציטופלזמיים (TH ו-GFP). ביטוי משותף של חלבון Phox2b ו-mRNA עם תיוג Phox2b-GFP "פלוקולנטי" אימת שתאי עצב המבטאים את התעתיק ביטאו גם את החלבון הקשור, ואישרו את הזהות הנוירוכימית של תאי העצב (איור 5). לעומת זאת, תכשירי רקמות קפואות קבועות הניבו תיוג IHC אמין ללא קשר ללוקליזציה תת-תאית של האנטיגן. מחקרים קודמים הראו כי פרוטאז (למשל, pronase 8,20) טיפול מקדים יכול להיות בעל השפעה מזיקה על IHC. תכולת תמיסת הפרוטאז המשמשת בפרוטוקול RNAscope היא קניינית, וחדירה על ידי פרוטאז מומלצת לגישה של בדיקת RNAscope לתאים. תיוג של חלבונים ציטופלזמיים באמצעות הנוגדנים המתוארים כאן אומת בעבר על חלקי מוח עכבר קפואים קבועים של 30 מיקרומטרצפים חופשיים 10,21,22. הרכבנו דגימות קבועות בעובי 30 מיקרומטר וביצענו את פרוטוקול FISH-IHC, בניגוד למקטעים הקפואים הטריים בעובי 14 מיקרומטר המומלצים על ידי היצרן. בהיעדר שינויים בבדיקה, או שינוי של משתנים אחרים (שליפת אנטיגן, ריכוז נוגדנים גבוה יותר, שינוי פרוטאז), IHC אמין הושג על דגימות עבות וקבועות עם תיוג מוכח של הציטופלסמה ותהליכים אקסונליים יחד עם תיוג בדיקת FISH (איור 6). בעוד שגישות דומות ננקטו על ידי קבוצות מחקר אחרות 7,8,9, המחקר הנוכחי השיג ISH-IHC משולב על נוירונים ובמערך פלואורסצנטי.
היו שורה של צעדים קריטיים בשיטות שיש לשים לב אליהן. עבור הכנה קפואה טרייה, זמן הקיבוע לא יעלה על 15 דקות; זמני קיבוע ארוכים יותר גרמו לתיוג רקע גבוה יותר. שלב הפרוטאז עבר אופטימיזציה מכיוון שרקמות בעובי שונה ומאיברים שונים דורשות סוגים שונים של פרוטאז כדי להשיג חלחול. חלקים קפואים קבועים נצמדים פחות למגלשות זכוכית ונעקרים בקלות רבה יותר במהלך שלבי השטיפה. לפיכך, יש לנקוט משנה זהירות בטיפול ידני במקטעים קפואים קבועים, כדי למנוע אובדן או נזק לרקמות.
למרות שמצאנו ששילוב של FISH ו- IHC הוא אסטרטגיה יעילה, החסרונות כוללים עלות ובדיקה תובענית מבחינה טכנית בעת שילוב שתי השיטות. מגבלה אחת של המחקר היא שלא בוצעה השוואה זו לצד זו של שני פרוטוקולי הכנת הרקמות. כמו כן, הערכת התוצאות שלנו הוגבלה על ידי מספר הערוצים שהמיקרוסקופ האפיפלואורסצנטי יכול להכיל; ההתקנה אפשרה מקסימום 4 ערוצים בזמן נתון: 346, 488, 550 ו 647 ננומטר (אור עירור). הצלחנו להשיג תיוג מולטיפלקס של 5 מטרות על-ידי תיוג שני חלבונים עם לוקליזציה תת-תאית שונה באמצעות אותו פלורופור (איור 4, טבלה 1). על ידי שימוש במיקרוסקופ קונפוקלי, עירור בדיד של פלואורופורים רבים נוספים יכול לשמש לתיוג חלבונים בודדים באמצעות IHC, או להדמיה של מולקולות פלואורסצנטיות המבוטאות על ידי טרנסגנים.
שילוב של FISH ו-IHC פלואורסצנטי יכול להפחית את האמינות של כל טכניקה בנפרד. בעתיד, אנו שואפים לשפר את תיוג החלבון הציטופלזמי על רקמה קפואה טרייה באמצעות טיפול לשליפת אנטיגן23. מחקרים קודמים הראו כי שליפת אנטיגן המושרה בחום מגדילה את הנגישות של אפיטופ החלבון24,25,26. טיפול בחום חותך את קבוצות ההצלבות והמתילול של החלבון ופותח את האנטיגנים ברקמות, וחושף אפיטופים שאחרת היו מוסתרים במבנה החלבון השלישוני בתנאים ביולוגיים. נגישות זו עשויה לשפר את ההצלחה של סימון חלבונים26,27. בנוסף, נתמקד באפיטופים שונים של אותו חלבון ציטופלזמי כדי לקבוע אם ההצלחה של תיוג נוגדנים חלבונים תלויה בשיבוטים הספציפיים של נוגדנים שבהם נעשה שימוש.
לסיכום, שילוב של FISH ו-IHC שימושי לזיהוי נוירוכימי של אוכלוסיות הטרוגניות של תאים במוח, כמו אלה שב-NTS. מחקר זה מציג שני פרוטוקולים הבוחנים תכשירים שונים של רקמת גזע המוח של העכבר - טריים, קפואים או קבועים - לתיוג פלואורסצנטי מולטיפלקס סימולטני של mRNA וחלבונים באתרם. שני הפרוטוקולים עשויים להיות מיושמים באופן נרחב כדי לזהות את דפוס הביטוי של mRNA בשפע נמוך, כגון GalR1. תכשירים קפואים קבועים ועבים (30 מיקרומטר) החדירים בפרוטאז העניקו זיהוי חלבון ציטופלזמי אמין יותר ואתגרים רבים יותר בטיפול ברקמות, בהשוואה לתכשירים קפואים טריים דקים (14 מיקרומטר).
עבודה זו מומנה על ידי מענק פרויקט דיסקברי של מועצת המחקר האוסטרלית DP180101890 ומענק פרויקט קרן המחקר הרפואי רבקה ל. קופר PG2018110
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ANIMALS | |||
C57BL/6 mouse | Australian BioResources, Moss Vale | MGI: 2159769 | |
Phox2b-eGFP mouse | Australian BioResources, Moss Vale | MGI: 5776545 | |
REAGENTS | |||
Cyanoacrylate | Loctite | ||
Ethylene Glycol | Sigma-Aldrich | 324558 | |
Heparin-Sodium | Clifford Hallam Healthcare | 1070760 | Consult local veterinary supplier or pharmacy. |
Lethabarb (Sodium Pentabarbitol) Euthanasia Injection | Virbac (Australia) Pty Ltd | N/A | Consult a veterinarian for local pharmaceutical regulations regarding Sodium Pentabarbitol |
Molecular grade agarose powder | Sigma Aldrich | 5077 | |
OCT Compound, 118mL | Scigen Ltd | 4586 | |
Paraformaldehyde, prilled, 95% | Sigma-Aldrich | 441244-1KG | |
Polyvinylpyrrolidone, average mol wt 40,000 (PVP-40) | Sigma-Aldrich | PVP40 | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P36930 | With or without DAPI |
RNAscope Multiplex Fluorescent Reagent Kit (up to 3-plex capability) | Advanced Cell Diagnostics, Inc. (ACD Bio) | ADV320850 | Includes 50x Wash buffer and Protease III |
RNase Away | Thermo-Fisher Scientific | 7003 | |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Sigma-Aldrich | 252859 | |
Tween-20, for molecular biology | Sigma-Aldrich | P9416 | |
EQUIPMENT | |||
Benchtop incubator | Thermoline scientific micro incubator | Model: TEI-13G | |
Brain Matrix, Mouse, 30g Adult, Coronal, 1mm | Ted Pella | 15050 | |
Cryostat | Leica | CM1950 | |
Drawing-up needle (23 inch gauge) | BD | 0288U07 | |
Hydrophobic Barrier Pen | Vector labs | H-4000 | |
Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipes | Kimberley Clark Professional | 34120 | |
Olympus BX51 | Olympus | BX-51 | |
Peristaltic pump | Coleparmer Masterflex | L/S Series | |
Retiga 2000R Digital Camera | QImaging | RET-2000R-F-CLR | colour camera |
SuperFrost Plus Glass Slides (White) | Thermo-Fisher Scientific | 4951PLUS4 | |
Vibrating Microtome (Vibratome) | Leica | VT1200S | |
Whatman qualitative filter paper, Grade 1, 110 mm diameter | Merck | WHA1001110 | |
SOFTWARES | |||
CorelDRAW | Corel Corporation | Version 7 | |
FIJI (ImageJ Distribution) | Open Source/GNU General Public Licence (GPL) | N/A | ImageJ 2.x: Rueden, C. T.; Schindelin, J. & Hiner, M. C. et al. (2017), "ImageJ2: ImageJ for the next generation of scientific image data", BMC Bioinformatics 18:529, PMID 29187165, doi:10.1186/s12859-017-1934-z and Fiji: Schindelin, J.; Arganda-Carreras, I. & Frise, E. et al. (2012), "Fiji: an open-source platform for biological-image analysis", Nature methods 9(7): 676-682, PMID 22743772, doi:10.1038/nmeth.2019 |
PRIMARY ANTIBODIES | |||
Anti-Tyrosine Hydroxylase Antibody | Millipore Sigma | AB1542 | Sheep polyclonal (1:1000 dilution), RRID: AB_90755 |
Anti-Tyrosine Hydroxylase Antibody, clone LNC1 | Millipore Sigma | MAB318 | Mouse monoclonal (1:1000 dilution), RRID: AB_2201528 |
Anti-Vesicular Acetylcholine Transporter (VAchT) Antibody | Sigma-Aldrich | ABN100 | Goat polyclonal (1:1000 dilution), RRID: AB_2630394 |
GFP Antibody | Novus Biologicals | NB600-308 | Rabbit polyclonal (1:1000 dilution), RRID: AB_10003058 |
Phox2b Antibody (B-11) | Santa Cruz Biotechnology | sc-376997 | Mouse monoclonal (1:1000 dilution), RRID: AB_2813765 |
SECONDARY ANTIBODIES | |||
Alexa Fluor 488 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) (min X Bov, Ck, Gt, GP, Sy Hms, Hrs, Hu, Ms, Rat, Shp Sr Prot) | Jackson ImmunoResearch | 711-545-152 | Donkey anti-Rabbit (1:400 dilution), RRID: AB_2313584 |
AMCA AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG (H+L) (min X Ck, GP, Sy Hms, Hrs, Hu, Ms, Rb, Rat Sr Prot) | Jackson ImmunoResearch | 713-155-147 | Donkey anti-Sheep (1:400 dilution), RRID: AB_AB_2340725 |
Cy5 AffiniPure Donkey Anti-Goat IgG (H+L) (min X Ck, GP, Sy Hms, Hrs, Hu, Ms, Rb, Rat Sr Prot) | Jackson ImmunoResearch | 705-175-147 | Donkey anti-Goat (1:400 dilution), RRID: AB_2340415 |
Cy5 AffiniPure Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) (min X Bov, Ck, Gt, GP, Sy Hms, Hrs, Hu, Rb, Rat, Shp Sr Prot) | Jackson ImmunoResearch | 715-175-151 | Donkey anti-Mouse (1:400 dilution), RRID: AB_2619678 |
Cy5 AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG (H+L) (min X Ck, GP, Sy Hms, Hrs, Hu, Ms, Rb, Rat Sr Prot) | Jackson ImmunoResearch | 713-175-147 | Donkey anti-Sheep (1:400 dilution), RRID: AB_2340730 |
RNASCOPE PROBES | |||
Galanin Receptor 1 oligonucleotide probe | ACDBio | 448821-C1 | targets bp 482 - 1669 (Genebank ref: NM_008082.2) |
Glycine transporter 2 oligonucleotide probe | ACDBio | 409741-C3 | targets bp 925 - 2153 (Genebank ref: NM_148931.3) |
Phox2b oligonucleotide probe | ACDBio | 407861-C2 | targets bp 1617 - 2790 (Genebank ref: NM_008888.3) |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved