يصف هذا البروتوكول ويقارن الإجراء الخاص بإجراء تحليل كامل للمنطقة أو المنطقة الفرعية ذات الأهمية لأقسام دماغ الفأر السهمي لتحديد حمل أميلويد بيتا في نموذج الفأر المعدل وراثيا APP / PS1 لمرض الزهايمر.
يعد التراكم خارج الخلية للويحات أميلويد بيتا (Aβ) أحد السمات المميزة المرضية الرئيسية لمرض الزهايمر (AD) ، وهو هدف العلاج الوحيد المعدل للمرض المعتمد من إدارة الأغذية والعقاقير ل AD. وفقا لذلك ، فإن استخدام نماذج الفئران المعدلة وراثيا التي تبالغ في التعبير عن بروتين سلائف الأميلويد وبالتالي تراكم لويحات Aβ الدماغية تستخدم على نطاق واسع لنمذجة AD البشري في الفئران. لذلك ، فإن المقايسات المناعية ، بما في ذلك مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) والتلطيخ المناعي ، تقيس عادة حمل Aβ في أنسجة المخ المشتقة من الفئران المعدلة وراثيا AD. على الرغم من أن طرق الكشف عن Aβ وتحديدها كميا قد تم تأسيسها وتوثيقها بشكل جيد ، إلا أنه لم يتم الإبلاغ عن تأثير حجم المنطقة ذات الاهتمام المختارة في أنسجة المخ على قياسات الحمل Aβ بعد تلطيخ المناعة. لذلك ، يهدف البروتوكول الحالي إلى مقارنة قياسات حمل Aβ عبر المناطق الكاملة والفرعية ذات الأهمية باستخدام برنامج تحليل الصور. يتم وصف الخطوات التي ينطوي عليها إعداد أنسجة المخ ، والتلطيخ المناعي لقسم الدماغ العائم الحر ، والتصوير ، وتحديد كمية حمل Aβ بالكامل مقابل المناطق الفرعية ذات الأهمية باستخدام أقسام الدماغ المشتقة من الفئران الذكور المعدلة وراثيا المزدوجة APP / PS1 البالغة من العمر 13 شهرا. يوفر البروتوكول الحالي والنتائج معلومات قيمة حول تأثير حجم المنطقة ذات الاهتمام على القياس الكمي للمنطقة الإيجابية Aβ ، ويظهران علاقة قوية بين المنطقة الإيجابية Aβ التي تم الحصول عليها باستخدام تحليلات المناطق الكاملة والفرعية ذات الأهمية لأقسام الدماغ المستمدة من ذكور APP / PS1 البالغة من العمر 13 شهرا والتي تظهر ترسبا Aβ واسع النطاق.
لا يزال مرض الزهايمر (AD) ، وهو السبب الرئيسي السادس للوفاة في الولايات المتحدة ، يشكل تهديدا للصحة العامة ، حيث يعيش ما يقدر بنحو 6.2 مليون أمريكي مصاب بمرض الزهايمر. ومن المتوقع أن يصل هذا إلى 13.8 مليون بحلول عام 20601. حتى الآن ، فإن إدارة الأعراض من خلال الأدوية مثل مثبطات الكولينستراز والميمانتين هي المسار الأساسي للعلاج2. يتميز AD بمظاهر عصبية مرضية مثل ترسب خارج الخلية من لويحات أميلويد بيتا (Aβ) وتراكم تاو فرط الفوسفوريلات داخل الخلايا في شكل تشابك عصبي ليفي 3,4. يتكون Aβ من انقسام انحلالي داخلي لبروتين سلائف الأميلويد (APP) عبر بيتا وغاما سكريتاز ، ويتجمع Aβ لتشكيل oligomers والألياف ، مما يؤدي إلى تأثيرات سمية عصبية5. تم افتراض Aβ لخدمة دور مرضي أساسي منذ 1980s ، وهو الهدف العلاجي للعلاج الوحيد المعدل للأمراض المعتمد من إدارة الأغذية والعقاقير ل AD6. ونتيجة لذلك ، تم استخدام نماذج الفئران المعدلة وراثيا AD التي تؤوي طفرات في الجينات مما أدى إلى تراكم Aβ دماغي قوي على نطاق واسع لأبحاث AD قبل السريرية منذ أوائل 1990s7.
يتم الكشف عن أنواع Aβ في أدمغة الفئران المعدلة وراثيا AD هذه بشكل عام باستخدام اثنين من المقايسات المناعية: مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) والتلطيخ المناعي. يتيح الفحص السابق التحديد الكمي لأنواع Aβ المختلفة وهو أقل استهلاكا للوقت مقارنة بالتلطيخ المناعي ، والذي يتطلب العديد من خطوات معالجة الأنسجة والتصوير المتسلسلة ، بما في ذلك تقسيم الأنسجة ، والتلطيخ المناعي ، والتصوير ، والقياس الكمي8. علاوة على ذلك ، فإن النتائج التي تم الحصول عليها بعد تلطيخ المناعة هي شبه كمية8. ومع ذلك ، فإن القدرة على توطين Aβ مكانيا تجعل التلطيخ المناعي نهجا جذابا للكشف عن Aβ في أنسجة المخ8.
أثناء استخدام Aβ immunostaining ، تم استخدام العديد من نماذج القياس الكمي المختلفة من قبل مجموعات بحثية مختلفة. على سبيل المثال ، تقوم بعض المجموعات البحثية بقياس حمل Aβ في المنطقة بأكملها ذات الأهمية (القشرة أو الحصين) ، بينما تقوم مجموعات أخرى بقياس حمل Aβ في منطقة فرعية محددة ذات أهمية (جزء من القشرة أو الحصين)9،10،11. على الرغم من أن طرق الكشف عن Aβ وتحديدها كميا قد تم تأسيسها وتوثيقها بشكل جيد ، إلا أنه لم يتم الإبلاغ عن تأثير حجم المنطقة ذات الاهتمام على قياسات الحمل Aβ بعد تلطيخ المناعة. لذلك ، يهدف البروتوكول الحالي إلى مقارنة قياسات حمل Aβ عبر المناطق الكاملة والفرعية ذات الأهمية باستخدام برنامج تحليل الصور ، ImageJ.
استخدمت الدراسة الحالية الفئران الذكور المعدلة وراثيا المزدوجة APP / PS1 البالغة من العمر 13 شهرا ، والتي تعبر عن فأر / إنسان وهمي و presenilin 1 متحور ، لنمذجة البداية المبكرة ل AD12. تبدأ رواسب Aβ في التطور بحلول عمر 6-7 أشهر ، ويلاحظ تراكم Aβ وفير في كل من القشرة والحصين لهذه الفئران بحلول 9-10 أشهر من العمر12. يمكن الكشف عن ببتيدات الأميلويد المعدلة وراثيا والبروتين المجسم بواسطة 6E10-immunostaining13 ، مما يجعله نموذجا حيوانيا مرغوبا فيه لهذا البروتوكول. يشمل الإجراء المغطى هنا إعداد أنسجة المخ ، والتلطيخ المناعي للأقسام العائمة الحرة ، والتصوير ، وتحديد كمية حمل Aβ بالكامل مقابل المناطق الفرعية ذات الاهتمام. يظهر التحليل وجود علاقة قوية بين القياس الكمي الكامل ودون الإقليمي ، مما يشير إلى وجود اتفاق قوي بين هاتين الطريقتين في أقسام أنسجة المخ المستمدة من الفئران الذكور APP / PS1 البالغة من العمر 13 شهرا والتي تظهر رواسب Aβ وفيرة.
يحدد البروتوكول الموصوف هنا الإجراء الخاص بإعداد نصف الدماغ للتقسيم السهمي ، والتلطيخ المناعي الفلوري لرواسب Aβ باستخدام الجسم المضاد 6E10 على أقسام عائمة حرة ، وتصوير أقسام الدماغ الملطخة ب Aβ متبوعا بقياس كمي لرواسب Aβ في القشرة الدماغية والحصين من أنسجة دماغ الفئران باستخدام برنامج تحليل الصور. في حين أن هناك بروتوكولات منشورة لتحديد كمية حمل Aβ في أقسام أنسجة المخ 8,10 ، يصف هذا البروتوكول الخطوات التي ينطوي عليها التحديد الكمي لحمل Aβ في كامل قشرة iso-cortex (المشار إليها باسم القشرة) والحصين بالمقارنة مع حمل Aβ في منطقة فرعية ذات أهمية في القشرة والحصين ، عندما يكون ذلك مطلوبا. ويرد أيضا الترابط بين تحليلات الاهتمام الكاملة مقابل المناطق دون الإقليمية.
هناك العديد من الخطوات الحاسمة في البروتوكول. أولا ، البروتوكول الموصوف هو لأقسام أنسجة المخ السميكة 20 ميكرومتر المعرضة للتلطيخ المناعي العائم الحر ، مما يؤدي إلى اختراق مثالي للأجسام المضادة داخل قسم الأنسجة18. قد تتطلب تقنية التعويم الحر نقل أقسام الأنسجة يدويا بين المحاليل المختلفة أثناء تلطيخ الفلورسنت المناعي ، والتعامل الدقيق مع أقسام الأنسجة طوال الإجراء. هذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص عندما يتم غمر أقسام الأنسجة في محلول حمض الفورميك بنسبة 70٪ لاسترجاع المستضد في البروتوكول الحالي ، مما يزيد من هشاشة الأنسجة للأقسام الرقيقة. تشمل النهج البديلة للبروتوكول الموصوف استخدام مقاطع أنسجة أكثر سمكا (على سبيل المثال ، 30-40 ميكرومتر) أو استخدام مقاطع الأنسجة التي يتم تثبيتها مباشرة على شرائح مشحونة إيجابيا قبل تلطيخ الفلورسنت المناعي. ثانيا ، يستخدم البروتوكول الموصوف هنا جسما مضادا 6E10 يحمل علامة الفلورسنت. إلى جانب استخدام الجسم المضاد 6E10 المسمى بالفلورسنت ، يمكن أيضا استخدام الأجسام المضادة 6E10 غير الفلورية (على سبيل المثال ، الأجسام المضادة 6E10 المترافقة مع بيروكسيديز الفجل) للكشف عن حمل Aβ في أقسام أنسجة المخ ، ويمكن تكييف البروتوكول الحالي لتحديد البقع الكيميائية المناعية الإيجابية Aβ في أقسام أنسجة المخ كما هو موضح سابقا8 . ثالثا ، تعتمد دقة نتائج تحديد كمية الحمل Aβ على اختيار العتبة المناسبة في برنامج التحليل ، والذي يعتمد على خلفية الأنسجة وكثافة الإشارة. يجب أن يتم اختيار العتبة من قبل المستخدم النهائي بحيث يتم اختيار البقع الإيجابية Aβ فقط للقياس الكمي. مطلوب تدخل المستخدم النهائي لتحسين العتبة المحددة التي يمكن تطبيقها على جميع الصور لضمان دقة إعداد العتبة. رابعا ، نظرا لأن تحليل المنطقة دون الإقليمية ذات الاهتمام يتطلب اختيار منطقة صغيرة ذات أهمية في قسم الأنسجة ، فقد تم استخدام قارئين مستقلين لهذا التحليل. للحفاظ على الاستقلالية والعمى أثناء جمع البيانات ، تم ترميز جميع الصور بالأرقام. تم تقسيم تسلسل تحليل الصور عشوائيا بين القراء بحيث قام القراء المختلفون بتحليل صور مختلفة في أي وقت من الأوقات ، وتم تقديم البيانات في نهاية كل أسبوع. نظرا لزيادة احتمال التباين بين القراء في اختيار المنطقة ذات الاهتمام في تحليل المنطقة دون الإقليمية ذات الاهتمام ، تم تدريب القراء باستخدام العديد من صور العينات لتحسين اختيار المنطقة في القشرة والحصين قبل البدء في جمع البيانات. هذا التدريب أمر بالغ الأهمية للحد من التباين بين القراء ، وكما يمكن رؤيته (الشكل 5A ، B) ، فإن المنطقة الإيجابية 6E10 التي أبلغ عنها كلا القراء تظهر اتفاقا نسبيا قويا في الدراسة الحالية.
يوفر البروتوكول الحالي والنتائج معلومات قيمة حول تأثير حجم المنطقة ذات الأهمية على تحديد كمي للمنطقة الإيجابية Aβ. ومن المتوقع أن تمثل منطقة الاهتمام الأكبر الأنسجة أكثر من منطقة اهتمام أصغر. لذلك ، من المستحسن أخذ عينات من نسيج أكبر لتحديد حمولة Aβ في الأنسجة بدقة. ومع ذلك ، في حالة توزيع الحمل Aβ المتجانس داخل الأنسجة ، تعتبر منطقة أخذ العينات الأصغر عموما تمثيلا جيدا للأنسجة الأكبر قيد التحليل. تؤكد نتائج الدراسة الحالية ذلك ، وكان حمل Aβ في القشرة بأكملها والحصين ارتباطا قويا بحمل Aβ في منطقة فرعية مختارة من القشرة والحصين (الشكل 5C ، D). ولزيادة تأكيد الاتفاق بين تحليلات المناطق الكاملة والمناطق الفرعية ذات الاهتمام، تمت مقارنة متوسط المنطقة الإيجابية 6E10 في القشرة الدماغية والحصين، ولم يتم العثور على فرق بين الطريقتين (الشكل 5E). وهذا يؤكد أن أيا من هاتين الطريقتين (تحليل المنطقة الكاملة أو الفرعية) تسفر عن قياسات حمل Aβ قابلة للمقارنة.
البروتوكول الحالي لديه بعض القيود. وقد لا تستخدم الطريقتان (تحليل المنطقة الكاملة مقابل تحليل المنطقة دون الإقليمية) دائما بالتبادل. يعتمد اختيار استخدام تحليل المنطقة الكاملة أو الفرعية على التوزيع الإقليمي ل Aβ داخل الأنسجة ، والذي يتأثر بعمر وجنس وسلالة نموذج الفأر AD. في 13 شهرا ، يتم توزيع حمل Aβ في جميع أنحاء القشرة والحصين من الفئران APP / PS1. ومع ذلك ، في 6 أشهر ، تقتصر رواسب Aβ على القشرة ، ويلاحظ الحد الأدنى من الرواسب في الحصين12. في ظل هذه الظروف ، قد يكون تحليل المنطقة الكاملة ذات الاهتمام هو النهج المرغوب فيه لزيادة منطقة أخذ عينات الأنسجة وبالتالي إشارة Aβ. من ناحية أخرى ، قد يكون تحليل المنطقة الفرعية هو الطريقة المفضلة عندما يكون حمل Aβ في منطقة معينة من الدماغ ذا أهمية ، (على سبيل المثال ، القشرة الحسية الجسدية). بالإضافة إلى ذلك ، في 13 شهرا ، تظهر الفئران الذكور APP / PS1 بقع شديدة إيجابية 6E10 ، ويؤدي تلطيخ الفلورسنت المناعي إلى إشارة ممتازة ذات خلفية منخفضة للغاية ، مما يجعل البروتوكول الحالي مناسبا جدا للقياس الكمي في ظل الظروف المحددة. من غير الواضح ما إذا كان يمكن تطبيق طريقة القياس الكمي هذه بنجاح على تلطيخ أقل كثافة ، وستكون هناك حاجة إلى عمل مستقبلي للإجابة على هذا السؤال. وتكشف طريقة الفلورسنت المناعي والقياس الكمي للصور المعروضة هنا عن جميع أشكال Aβ، بما في ذلك الشكل13 من السلائف. ونتيجة لذلك ، إذا كان هناك اهتمام بالكشف عن نوع معين من Aβ (على سبيل المثال ، Aβ1-40 أو Aβ1-42) ، يمكن استخدام الأجسام المضادة الخاصة بهذه الأشكال المتساوية Aβ. لذلك ، على الرغم من أن طريقة التلطيخ والكشف عن الفلورسنت المناعي 6E10 مرتبطة بقياسات قياسات Aβ1-42 في متجانسات الدماغ بالكامل باستخدام ELISA (الشكل 5F ، G) ، إلا أن الارتباط كان متواضعا فقط. يمكن أن يعزى ذلك إلى قياس Aβ1-42 فقط باستخدام ELISA والكشف عن جميع أنواع Aβ باستخدام تلطيخ المناعة 6E10. تستخدم الدراسة الحالية ثلاثة قراء لتقييم الاتفاق والعلاقة بين التحليلات الكاملة ودون الإقليمية. قد يؤدي وجود قراء إضافيين إلى تحسين متانة الدراسة ويمكن أن يزيد من التحقق من صحة الاتفاقات بين الطريقتين المعروضتين هنا. علاوة على ذلك ، نستخدم ارتباط بيرسون كمقياس للاتفاق ، والذي يستخدم على نطاق واسع من بين طرق أخرى لوصف الاتفاق بين المتغيرات المستمرة19. ومع ذلك ، فإن أحد القيود المفروضة على استخدام ارتباط بيرسون لتحديد الاتفاق هو أن الطريقتين المستخدمتين هنا قد تقدمان نتائج ذات صلة ، ولكن قد تؤدي إحدى الطريقتين إلى قيم أعلى بشكل عام من الأخرى بسبب التحيز المنهجي. لذلك ، فإن ارتباط بيرسون هو مقياس جيد للاتفاق النسبي19. ولزيادة متانة البروتوكول، يمكن استخدام طرق إضافية لتأكيد الاتفاق المطلق، مثل مقارنة متوسط المنطقة الموجبة 6E10 بالطريقتين (الشكل 5E)،19. يقارن البروتوكول الحالي معا حمل Aβ المكتشف بواسطة تلطيخ الفلورسنت المناعي ويحلل المناطق الكاملة والفرعية ذات الأهمية في أقسام أنسجة المخ. تظهر النتائج وجود علاقة قوية بين هاتين الطريقتين لأقسام أنسجة المخ المشتقة من الفئران الذكور APP / PS1 البالغة من العمر 13 شهرا والتي تظهر رواسب Aβ وفيرة.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم الأبحاث الواردة في هذا المنشور من قبل المعهد الوطني للشيخوخة التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت أرقام الجوائز R01AG062840 (إلى RKS) و R01AG072896 (إلى RKS). المحتوى هو مسؤولية المؤلفين فقط ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة. حوالي 200 ألف دولار (100٪) من الأموال الفيدرالية دعمت هذا المشروع. ونود أيضا أن نشكر الدكتور جوشوا يانغ على مساعدته في تحرير المخطوطات.
15 mL conical tubes | ThermoFisher Scientific, MA, USA | 339650 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/339650 |
24-well plates | Fisher Scientific, NH, USA | FB012929 | https://www.fishersci.com/shop/products/jet-biofil-surface-treated-steriletissue-culture-plates-3/FB012929 |
Amyloid beta 42 human ELISA kit | ThermoFisher Scientific, MA, USA | KHB3441 | https://www.thermofisher.com/elisa/product/Amyloid-beta-42-Human-ELISA-Kit/KHB3441 |
Aqueous mounting media | Vector laboratories, CA, USA | H-5501-60 | https://vectorlabs.com/products/mounting/vectamount-aq-aqueous-mounting-medium |
Bovine serum albumin | Sigmaaldrich, MO, USA | A2153-50G | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/a2153?gclid=CjwKCAjw9aiIBhA1EiwAJ_G TSiZ9B3YGz3RvSpWqCH4CPW78 Dj4WlgxmzPs631z5IHmy5XLV TdC_jBoC9zQQAvD_BwE |
BZ-X710 Keyence all-in-one fluorescence microscope | Keyence, IL, USA | BZ-X710 | https://www.keyence.com/products/microscope/fluorescence-microscope/bz-x700/models/bz-x710/ |
Clear nail poilsh | User preference | NA | None |
Cryostat | Leica Biosystems, IL, USA | Leica CM1860 Cryostat | https://www.leicabiosystems.com/us/histology-equipment/cryostats/leica-cm1860/ |
Formic acid | Sigmaaldrich, MO, USA | F0507-500ML | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigald/f0507?gclid=CjwKCAjw9aiIBhA1EiwAJ_G TSheH6JMGnla50C3Ag0cLzXE8 BObxvDApl0udjYAPZmBGe7a 8PRUv1RoCt34QAvD_BwE |
Glass coverslips | VWR, PA, USA | 48393-081 | https://us.vwr.com/store/product/4645817/vwr-micro-cover-glasses-rectangular |
GraphPad Prism | GraphPad Software, CA, USA | Version 8 | https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/ |
ImageJ 1.51k | National Institutes of Health, MD, USA | Version 1.53e | https://imagej.nih.gov/ij/download.html |
Mice | Jackson Laboratories, ME, USA | 034829-JAX | https://www.mmrrc.org/catalog/sds.php?mmrrc_id=34829 |
Paraformaldehyde | Sigmaaldrich, MO, USA | P6148-500G | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/p6148?gclid=CjwKCAjw9aiIBhA1EiwAJ_G TShtLb9Ax9MmRyrFn6Rfmmg 1l52_5XZFXOeXT24ik8Lkw GH7fvlDoHBoChzYQAvD_BwE |
Phenytoin/pentobarbital based anesthetic (Euthasol) | Patterson Veterinary, MA, USA | 07-805-9296 | https://www.pattersonvet.com/Supplies/ProductFamilyDetails/PIF_32818 |
Phosphate-buffered saline | Fisher Scientific, NH, USA | BP661-50 | https://www.fishersci.com/shop/products/pbs-1x-powder-concentrate-white-granular-powder-fisher-bioreagents-2/BP66150 |
Plus (+) microscope slides | Ted Pella, Inc., CA, USA | 260100 | https://www.tedpella.com/histo_html/slides.htm#260384 |
Primary antibody (6E10) | Biolegend, CA, USA | 803013 | https://www.biolegend.com/en-us/products/alexa-fluor-488-anti-beta-amyloid-1-16-antibody-10833 |
Sucrose | Sigmaaldrich, MO, USA | 47289 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/supelco/47289?gclid=CjwKCAjw9aiIBhA1EiwAJ_ GTSuwlymWL_PUl2KIMHymi GLOWluZdPjf3pRcjMEjQD siItfWiG-C2-RoCxyoQAvD_BwE |
Triton X 100 | Sigmaaldrich, MO, USA | T8787-100ML | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/t8787?context=product |