Method Article
Мы опишем, как использовать лазерные захвата микродиссекции (LCM) для получения обогащенных популяций нейронов гиппокампа или отдельных нейронов из замороженных участков ранения головного мозга крыс для последующего анализа экспрессии генов с использованием количественной ПЦР в реальном времени и / или целого генома микрочипов.
Долгосрочные когнитивных инвалидности после ЧМТ связано с травмой вызванной нейродегенерации в гиппокампе, области в медиальной височной доли, что имеет решающее значение для обучения, памяти и исполнительных функций. 1,2 Таким образом, наши исследования сосредоточены на экспрессию генов анализ конкретных нейронов населения в различных субрегионов гиппокампа. Методика лазерного захвата микродиссекции (LCM), введенный в 1996 году Эммерт-Бак и соавт., 3 позволило значительных успехов в экспрессии генов, анализ отдельных клеток и обогащается популяций клеток из разнородных тканей, таких как мозг млекопитающих, который содержит тысячи функциональных типов клеток. 4 мы используем LCM и хорошо организованной крысиной модели черепно-мозговой травмы (ЧМТ), чтобы исследовать молекулярные механизмы, лежащие в основе патогенеза ЧМТ. После жидкость ударных TBI, мозг удаляют в заранее определенные раз после травмы, немедленно замораживали на сухом льду,и подготовлены для секционирования в криостат. Крыса мозг может быть встроен в октябре и секционного сразу или хранить несколько месяцев при температуре -80 ° C до секционирования для лазерных микродиссекции захвата. Кроме того, мы используем LCM для изучения последствий ЧМТ на циркадные ритмы. Для этого мы фиксируем нейроны от супрахиазматического ядра, которые содержат задающий генератор мозга млекопитающих. Здесь мы демонстрируем использование LCM получить одно определены нейронов (ранения и вырождается, фтор-Jade-положительных, или неповрежденной, фтор-Jade-отрицательный) и обогащенного популяции нейронов гиппокампа для последующего анализа экспрессии генов путем ПЦР в реальном времени и / или целого генома микрочипов. Эти LCM с поддержкой исследования показали, что селективная уязвимость анатомически различных регионах гиппокампе крыс нашли свое отражение в различных профили экспрессии генов различных популяций нейронов получены LCM из этих различных регионах. Результаты наших одноклеточных исследований, гдесравнить транскрипционных профилей смерти и прилегающих выживших нейронов гиппокампа, свидетельствуют о существовании реостат выживания клеток, регулирующий гибели клеток и выживаемость после ЧМТ.
Анализ экспрессии генов гетерогенных тканей всегда было проблематично,. Это особенно верно в мозге млекопитающих, который имеет около 5000 различных типов клеток 4 До развитие микродиссекции лазерного захвата (LCM) техники, геномные исследования последствий ЧМТ В естественных условиях были основаны на анализе экспрессии генов в смешанной популяции клеток головного мозга состоит не только из различных типов клеток нейронов, но и в поддержке глиальных клеток и иммуномодулирующим. В результате сложных профилей экспрессии генов, полученных из этих гетерогенных тканей, и зачастую противоречащих друг другу моделей травмы вызванной клеточных сигналов, может быть одним из объяснений неудач в человеческой клинических испытаний терапевтической стратегии доказали свою эффективность в доклинических исследованиях TBI 5.
Для получения четкого понимания травмы вызванной экспрессии генов в уязвимых групп нейронов крысы бедраpocampus, мы приняли техника LCM, впервые сообщил Эммерт-Бак и др. 3. Впоследствии мы изменена и оптимизирована этом микродиссекции технику для эффективного захвата обогащенной популяции нейронов и нейронов одного мРНК профилирования с использованием количественной ПЦР в реальном времени и анализ микрочипов . Для поддержания целостности мРНК в замороженных срезах ткани мозга для геномного анализа, мы модифицировали существующие протоколы для фиксации, окраски и быстрого захвата нейронов из замороженных срезах мозга крыс. Для выявления и изоляции раненых и умирающих нейронов гиппокампа, мы также оптимизировали фтор-Jade техники окрашивания для LCM. Фтор-Джейд не делает различия между апоптоза и некроза клеточную смерть. Таким образом, все типы нейронов вырождающихся может быть обнаружено это пятно. 6,7
Здесь мы описываем протокол, используемый в нашей лаборатории для получения бассейнов отдельных нейронов смерти или выживания, а также валки обогащенного populatiДополнения различных типов клеток нейронов (т.е. СА1-СА3 нейроны для генной анализа экспрессии после ЧМТ). Порядок жидкости мозговой травмы перкуссия производится в нашей лаборатории подробно описаны в Shimamura и соавт., 8 и очень похож на боковой жидкости ударные травмы протокол для мышей, опубликованной в Юпитер по Ольха и др. 9. Поскольку техника имеет LCM Было показано, что минимальное или вообще не влияет на целостность ДНК, РНК и белков в тканях, это отличный инструмент для молекулярного анализа белков и определенных типов клеток.
1. Хирургические процедуры и жидкости ударных TBI
2. Секционирование и окрашивание мозга крыс
3. Лазерная Capture Microdissection (LCM)
НОК ряды обогащенного популяции нейронов гиппокампа
LCM одного FJ + нейронов в гиппокампе
4. Всего выделения РНК из образцов LCM (Этот раздел как раз и будет описано в видео презентации)
5. РНК и количественной Downstream приложений
Оценка качества РНК и количественной осуществляется с Agilent Bioanalyzer с использованием реагентов от Pico Kit (Agilent Technologies, Санта-Клара, Калифорния), следуя протоколу производителя.
В нашем первом исследовании LCM, мы смогли показать, что функционально различных субрегионов (CA1 и CA3) в гиппокампе крыс есть профили экспрессии генов, которые отражают их уязвимость к TBI. 8 Рисунок 1A-1C показывает лазерный захват пирамидальных нейронов гиппокампа (CA1- CA3), зубчатая извилина нейронов и нейронов SCN до, и после LCM. Чистая захватов пирамидальные, гранул или SCN нейроны, соответственно, показаны на макро колпачки. Рис. 2A-2B иллюстрирует умирает, фтор-Jade положительные пирамидальных нейронов и выжить, фтор-Jade отрицательные пирамидальных нейронов до и после LCM. Чистый захват смерти или выживания нейронов показано просмотра захваченных клеток на колпачки LCM.
После LCM, общей РНК могут быть использованы для разнообразных молекулярных исследований, в том числе количественного ПЦР в реальном времени анализ экспрессии генов использованием TaqMan или SYBR зеленой химии (рис. 3А), малый FOCUСЭД ПЦР массивов с SYBR зеленого зондов (рис. 3В) или весь геном микрочипов исследований (рис. 3).
Рисунок 1. Лазерная захвата микродиссекции ряды определены клеточных популяций из мозга крысы. Frozen 10 мкм корональных участки мозга крыс зафиксированы в этаноле, окрашивали Ниссля пятна (крезиловый фиолетовый) и подготовлена для LCM. Показаны фотографии гиппокампа крысы и супрахиазматическое ядра до и после LCM и захваченные клетки визуализируется на макро колпачки. А. пирамидальные нейроны от CA1-CA3 подполей в гиппокампе крыс. B. зернистых клеток гиппокампа в зубчатой извилине. С. Двусторонние супрахиазматическое ядер, расположенных по обе стороны от третьего желудочкаи расположенный над зрительных нервов. Нажмите, чтобы увеличить показатель .
Рисунок 2. Лазерная захвата микродиссекции отдельных нейронов гиппокампа крысы. Показаны А. Вырождающиеся, фтор-Jade-положительным (окрашенный) гиппокампа СА3 нейроны и B. выживания, фтор-Jade-отрицательных (неокрашенных) CA3 нейронов до и после LCM. Захваченные клетки визуализируется. Нажмите, чтобы увеличить показатель .
Рисунок 3. Анализ экспрессии генов от общего числа РНК, выделенной из лазерного захватили нейронов. А. Количественная ПЦР в реальном времени данные суточного экспрессии гена часов в SCN. В. Тепловая экспрессии генов в смерти и выживания нейронов гиппокампа показывает выражение апоптоз генов, связанных с использованием ПЦР сосредоточены массивы . C. Agilent целого генома микрочипов анализа экспрессии генов в гиппокампе СА1-СА3 нейроны крыс, которые получили фиктивный травма, ЧМТ или ЧМТ плюс рекомбинантный адено-связанный вирус миРНК предназначен для нокдаун экспрессии генов, индуцированных травмы головного мозга (нейронов оксида азота синтазы и глутатионпероксидазы-1). Нажмите, чтобы увеличить показатель .
Эта техника LCM позволило нам сделать значительный прогресс в понимании молекулярных механизмов ЧМТ. 8,10,11,12,13 Мы были первыми исследователями, чтобы использовать эту технику, чтобы продемонстрировать, что различные субрегионов гиппокампе крыс есть профили экспрессии генов, которые коррелирует с их избирательной уязвимости к травме. Наши исследования показали, что мы можем количественно экспрессию гена, по КПЦР, из всего лишь 10 лазерных захваченных клеток и что мы могли бы выполнить генома анализ микрочипов, как от нескольких до 600 захваченных клеток. LCM будет ценным инструментом для проведения аналогичных исследований в других регионах мозга, которые, как известно, участвуют в разнообразных неврологических и нервно-психических расстройств. Например, исследования с использованием LCM бы пролить свет на патогенез болезни Паркинсона в допаминовых нейронов черной субстанции, 14 и помогали генома профилирования исследования прилежащего ядра, которая участвует в награду схемах замешаны в сubstance злоупотреблением расстройства 15.
Нейронные неоднородности отражается на уровне генома 16 и может способствовать отсутствие успеха экспериментальных методов лечения ЧМТ в клинических испытаниях. Таким образом, нашей целью является использовать эту технику, чтобы исследовать критические элементы, влияющие выживаемость нейронов после ЧМТ. Наши последние генома профилирования исследования смерти и смежных сохранившихся нейронов гиппокампа после ЧМТ предположить, что сотовые реостат, что отражает соотношение уровней экспрессии выживаемости клеток с генами гибели клеток регулирует клеточную судьбу после ЧМТ. Эти продолжающиеся исследования будут способствовать разработке и развитию фармакотерапевтических стратегий, которые могут положительно повлиять на реостат выживаемость клеток. Кроме того, мы в настоящее время используют LCM для отслеживания и мониторинга последствий потенциальных терапевтических лекарств в нейронах гиппокампа после ЧМТ. Таким образом, наши исследования показывают, что данный осторожны РНКазы способы обработки и некоторыемодификации существующих протоколов, можно получить высокое качество образцов РНК из LCM для точного количественного анализа экспрессии генов.
Однако есть несколько подводных камней, связанных с LCM техники. Например, сбор только нервные клетки без каких-либо загрязнений микроглии может быть почти невозможным. В пирамидальная слоя клеток гиппокампа было подсчитано, что 95% клеток нейронов с 90% этого населения будет пирамидальных клеток и 10% интернейроны, оставив небольшой процент глиальных и других типов клеток. 8,17, 18 В наших исследованиях мы используем фтор-нефрита флуоресцентным красителем, что конкретно называет только поврежденных нейронов в мозговой ткани. Различные пятна, что является маркером для GFAP необходимо будет пятно микроглии 19. Сбор только фтор-нефрита окрашенных одного нейрона органов обеспечивает более однородной популяции нейронов. Другая распространенная проблема, которая может потребовать устранения неполадок является то, что кругом нетт определено, когда лазер выстрелил. Если это происходит, необходимо проверить лазерных установок и регулировать мощность и длительность по мере необходимости. Также важно, чтобы убедиться, что крышка расположена квартира на ткани и установлен правильно в руку. Ссылаясь на LCM технической эксплуатации или обратиться в службу технической поддержки иногда будет необходимо. После LCM и РНК изоляции, качество РНК всегда должна быть оценена с помощью bioanalyzer до любого анализа экспрессии генов.
Есть несколько типов инструментов лазерного захвата в настоящее время на рынке, включая лазерную резку (Life Technologies, Leica Microsystems) и лазерный катапультирования (Zeiss) инструменты. Наши LCM система хорошо работает для захвата небольшого количества клеток. Другие высокой пропускной способностью и более автоматизированные системы могут быть более подходящими для получения большего числа клеток для геномных и, в частности протеомных анализа. Действительно, LCM с помощью этих автоматизированных систем имеет большой потенциал для анализа пр.otein выражение в определенных клетках или обогащенной популяции клеток 20. Кроме того, НОК может облегчить анализ экспрессии генов в клетках immunolabeled, 21 позволяющий исследовать экспрессию генов в определенных типах клеток независимо от сложности в самых разнородных тканей. Таким образом, LCM является отличным инструментом для современных молекулярных исследований одного или обогащенной популяции клеток.
Авторы заявляют, что они не имеют никакого конфликта интересов.
Эта работа финансируется за счет R01 NS052532 (для HLH), Moody фонда и отделения анестезиологии. Мы благодарим Лори Bolding, Кристин Courteau Батлера и Перри Кристи за их помощь в редактировании, и Кристи Perry для компоновки и выпуска превосходной все рисунки, таблицы и иллюстрации.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
PixCell IIe Laser Capture Microscope | Life Technologies (Arcturus) | ||
Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | ||
RNAqueous Micro- Kit | Life Technologies (Ambion) | AM1931 | |
Agilent 6000 Pico Kit | Agilent Technologies | 5067-1513 | |
Capsure LCM caps | Applied Biosystems | LCM0211/LCM0214 | |
Fluoro-Jade | Histo-chem Inc. | #1FJ | |
Cresyl Violet Acetate | Sigma-aldrich | C5042-10G | |
Xylene (Histological grade) | Fisher Scientific | X3P-1GAL | |
Ethanol 200 proof (Histological grade) | UTMB pharmacy | ||
RNase free barrier pipette tips | Fisher Scientific | 2123635, 212364, 212361, 21-236-2A | |
Arcturus Laser Capture Microdissection system (Life Technologies) Zeiss Laser Microdissection The PALM family Leica Microsystems |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены