这里,为胚胎的固定,免疫染色和切片提供了优化的分步方案,以检测发育中的小鼠组织中称为细胞介素的特化信号丝足类。
发育组织模式化和发育后组织稳态取决于称为形态原的细胞信号的控制传递。形态原以浓度和时间依赖性的方式起作用,以指定指示和加强细胞命运的不同转录程序。确保适当的形态原信号阈值的一种机制是通过称为细胞介素的特化丝足类传递信号蛋白。细胞内膜非常薄(直径≤200 nm),并且可以长到几百微米的长度,这使得它们用于固定图像分析的保存具有挑战性。本文描述了一种精细处理小鼠胚胎以进行固定,免疫染色和厚切片的改进方法,以允许使用标准共聚焦显微镜可视化细胞介苗。该协议已成功用于可视化在小鼠神经管发育过程中连接不同细胞信号室的细胞因子。该技术还可以用于检测各种组织类型的细胞介素,以促进以前所未有的分辨率询问发育信号传导。
胚胎发育是通过形态原信号通路的协调激活来协调的。形态原是小的分泌蛋白质,分为声波刺猬(SHH),转化生长因子β(TGF-β)/骨形态发生蛋白(BMP),无翅相关整合位点(WNT)以及成纤维细胞和表皮生长因子(FGF / EGF)家族。形态原在组织发育过程中从细胞组织中心产生和释放,并在细胞的组织场之间建立信号梯度,以告知组织形态发生1,2,3,4,5。形态原梯度的一种表征存在于发育中的神经系统中,其中假定的中枢神经系统通过形态原途径激活来模式化。这种组织称为神经管,由腹侧最切口和底板分泌的SHH的相反梯度以及从背屋顶板分泌的WNTs / BMP组成,以形成不同的神经祖细胞区域6。神经管通常用于在发育研究中询问形态原梯度的完整性。
形态原梯度的形成依赖于信号色散的严格调节7.发生这种情况的一种细胞机制是通过形成称为细胞介素的长信号丝状体,其促进形态原从信号产生细胞直接传递到特定的靶细胞群。已经观察到细胞介子延伸数百微米以在信号接收细胞膜上沉积形态原8,9。细胞介导的形态原转运的破坏导致苍蝇和脊椎动物的发育异常,突出了它们在组织模式化过程中的重要性10,11,12,13,14。
迄今为止,细胞内膜已被记录在 果蝇,雏鸡和斑马鱼模型中,但发育中的哺乳动物胚胎结构的成像仍然具有挑战性8,9,15。在复杂的哺乳动物组织中原位有效成像细胞neme 的一 个障碍是它们的薄而脆弱的性质,这使得它们容易受到常规固定方法的损害8。我们之前已经开发和优化了改良的电子显微镜固定剂(MEM-fix)的方案,以保留培养细胞中的细胞因子,并使用共聚焦显微镜进行研究16,17。
使用MEM固定技术已经允许鉴定参与SHH诱导的细胞介基因形成和功能的一些分子11,16,17。然而,在神经管模式的生理学相关背景下对这些发现的证实需要开发新的技术来固定和成像小鼠胚胎组织。这里概述了以维持细胞基线完整性并允许免疫染色和随后切片胚胎组织以进行共聚焦分析的方式固定小鼠胚胎的方案。该协议是使用膜系留的绿色荧光蛋白(GFP)来标记来自发育中的神经管中产生SHH的细胞的膜延伸而开发的。该协议的实施将解决与发育中的哺乳动物系统中细胞介素的流行率和重要性有关的未解答问题。
该协议的开发用于保存胚胎组织切片中的精细细胞因子,用于高分辨率荧光显微镜检查。迄今为止,各种模型生物体组织中细胞介子的可视化在很大程度上依赖于使用活组织成像的荧光标记蛋白的异位表达。不幸的是,使用荧光标记的活体成像很少有利于内源性表达蛋白的分析,可能会引入时间限制,并且需要专门的成像阶段和显微镜。这里描述的染色和切片方法保留了细胞介素和其他细胞延伸,以允许免疫组织化学最终检测内源性表达的蛋白质。这项技术将促进对形态原如何在体内在不同组织中运输的新见解 , 并扩大可以研究细胞介子的模型系统的范围。
该方案使用全镶托染色和振动切片厚切片,这避免了使用平衡溶液(例如甘油)或冷冻保护剂溶液(例如蔗糖)。它旨在最大限度地减少切片组织处理,以最大限度地保存细胞延伸。切片后对组织的处理减少,在细胞介素的整体保存方面提供了始终如一的更好的结果。因此,胚胎的切片是成像前的最后步骤之一。
MEM-fix是为保存培养细胞的细胞群而开发的固定技术,由戊二醛和PFA的组合组成,可以改善与其活体尺寸相当的先天细胞结构的3D保存16,17。不幸的是,MEM-Fix对胚胎固定没有用处,因为戊二醛可以自动荧光,并且由于高蛋白交联活性22,23而严重限制了细胞中的抗体渗透和表位结合。因此,优化了PFA固定条件后的切片方案,以允许在胚胎组织中保存细胞延伸。虽然PFA可以保留胚胎组织中的细胞介素样延伸,但应谨慎进行图像分析。PFA可导致单个细胞和组织部分脱水,导致体积轻微减少并在固定组织内形成小的细胞外间隙。
该方案避免了蔗糖重饱和用于冷冻保护和组织清除的额外步骤,因为蔗糖或甘油溶液可引起组织24的轻微重饱和。由此产生的轻微肿胀可以破坏固定的细胞延伸和细胞介素在细胞之间和跨组织迁移。在比较厚截面振动筛和低温恒温截面时,这一点很明显。虽然增加组织厚度改善了完整细胞因子的保存,但蔗糖重饱和低温恒温切片始终具有较低的可检测细胞因子发生率。
该方案的优化表明,100μm厚的部分是确保保存完整细胞谱的最佳选择。较薄的切片通常用于成像,因为大多数共聚焦显微镜只能以足够的分辨率成像,以可视化细胞延伸至约20-40μm的深度而不清除25。然而,在切割薄片时从刀片施加到胚胎细胞上的机械力和变形会破坏细胞介素。较厚的切片允许在切片内具有更大的深度区域,同时保留组织内的完整延伸。此外,使用较厚的切片便于处理,以防止组织切片过度折叠或屈曲。
该方案针对E8-10.5小鼠胚胎组织中细胞介子的最大保存进行了优化。切片后对组织的最小操作提供了持续改善的细胞介素的整体保存。由于尺寸和组织复杂性的增加,可能需要进一步优化以使该技术适应后期发育阶段和成人组织切片。这将需要切片,然后进行免疫荧光染色。这种组织可能需要额外的清除步骤和切片期间组织处理的适应性,以保留细胞neme样延伸。对于该协议的未来应用,需要考虑并解决这些额外的步骤。
The authors have nothing to disclose.
使用圣裘德儿童研究医院细胞和分子生物学成像核心维护的显微镜获取图像。从JAX获得小鼠品系。这项工作得到了美国国立卫生研究院拨款R35GM122546(SKO)和圣裘德儿童研究医院ALSAC的支持。
12-well plate; Nunc Cell-Culture Treated | Thermo Scientific | 150628 (Fisher Scientific 12-565-321) | |
24-Well Plate, Round Nunc | Thermo Fisher Scientific | 142475 | |
60 mm dish | Corning, Falcon | 353004 (Fisher Scientific 08772F) | |
Absorbant towels (Professional Kimtech Science Kimwipes) | Kimberly-Clark KIMTECH | 34155 (Fisher Scientific 06666A) | |
Actin Red 555 ReadyProbes Reagent | Invitrogen | R37112 | |
Alexa Fluor 488 AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Chicken IgY (IgG) (H+L) | Jackson Immunoresearch Lab Inc | 703-546-155 | 1:1,000 working concentration |
Bead Bath 6L 230V | Lab Armor | Item #12L048 (Mfr. Model #74220-706) | set to 55 °C |
chicken anti-GFP | Aves Labs | SKU GFP-1020 | 1:250 working concentration |
CO2 chamber | plexiglass chamber connected to a CO2 emitting line. | ||
Confocal laser-scanning microscope | Leica Microsystems | model: Leica TCS SP8 | |
DAPI Solution (1 mg/mL) | Thermo Fisher Scientific | 62248 | |
Dissecting scissors (Vannas Scissors) | World Precision Instruments | 14003 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium, high glucose, no glutamine | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11960044 | |
Eppendorf Research Plus single channel pipette, 0.1-2.5 µL | Eppendorf | 3123000012 | |
Eppendorf Research Plus single channel pipette, 0.5-10 µL | Eppendorf | 3123000020 | |
Eppendorf Research Plus single channel pipette, 100-1,000 µL | Eppendorf | 3123000063 | |
Eppendorf Research Plus single channel pipette, 20-200 µL | Eppendorf | 3123000055 | |
Feather Disposable Scalpel #10 | Fisher Scientific | Catalog No.NC9999403 | |
Fetal Bovine Serum, certified, United States | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 16000044 | |
Fisherbrand Fine Point High Precision Forceps | Fisher Scientific | 22-327379 | |
Fisherbrand Labeling Tape | Fisher Scientific | 15-954 | |
Formaldehyde, 16%, methanol free, Ultra Pure EM Grade | Polysciences | 18814-10 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 14025 | |
ImmEdge Hydrophobic Barrier Pap Pen | Vector laboratories | H-4000 | |
Leica Application Suite X (LAS X) with LIGHTNING | Leica Microsystems | Microscope software | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 25030081 | |
Low Melting Point Agarose- UltraPure | Invitrogen | 16520 | |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100x) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11140050 | |
Moria MC 17 BIS Perforated Spoon | Fine Science Tools | 1037018 | |
Mounting media (ProLong Diamond Antifade Mountant) | Thermo Fisher Scientific, Invitrogen | P36961 | |
Mouse: B6.129X1(Cg)-Shhtm6Amc/J (ShhGFP/+) | The Jackson Laboratory | Strain #:008466 | |
Mouse: B6.Cg-Shhtm1(EGFP/cre)Cjt/J (Shh-Cre) | The Jackson Laboratory | Strain #:005622 | |
Mouse: C57BL/6J (B6) | The Jackson Laboratory | Strain #:000664 | |
Mouse: Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J (Rosa26 mTmG) | The Jackson Laboratory | Strain #:007576 | |
Normal Goat Serum | Jackson ImmunoResearch | 005-000-121 (Fisher Scientific NC9660079) | |
PBS + Ca2+ + Mg2+ | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 14040133 | |
Premium Microcentrifuge Tubes: 1.5 mL | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
SHARP Precision Barrier Tips, Extra Long for P-10 and Eppendorf 10 µL | Denville Scientific | P1096-FR | |
SHARP Precision Barrier Tips, For P-1000 and Eppendorf 1,000, 1,250 µL | Denville Scientific | P1126 | |
SHARP Precision Barrier Tips, For P-20 and Eppendorf 20 µL | Denville Scientific | P1121 | |
SHARP Precision Barrier Tips, For P-200 and Eppendorf 200 µL | Denville Scientific | P1122 | |
Sodium Azide | Sigma-Aldrich | S8032 | |
Sodium Pyruvate (100 mM) (100x) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11360070 | |
Super Glue | Gorilla | ||
SuperFrost Plus microscope slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
TPP centrifuge tubes, volume 15 mL, polypropylene | TPP Techno Plastic Products | 91015 | |
TPP centrifuge tubes, volume 50 mL, polypropylene | TPP Techno Plastic Products | 91050 | |
Transfer pipette, polyethylene | Millipore Sigma | Z135003 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
Vari-Mix Platform Rocker | Thermo Fisher Scientific | 09-047-113Q | set to 20 RPM |
Vibratome | Leica Biosytems | VT1000 S |