מודלים של עכברים יכולים להיות כלים שימושיים לחקר הביולוגיה של אפיתל פיגמנטי ברשתית (RPE). נקבע כי עכברים יכולים לפתח מערך של פתולוגיות RPE. כאן, אנו מתארים פרוטוקול פנוטיפ כדי להבהיר ולכמת פתולוגיות RPE בעכברים באמצעות אור, אלקטרונים הולכה ומיקרוסקופ קונפוקלי.
ניוון מקולרי תלוי גיל (AMD) הוא הפרעת רשתית מתישה באוכלוסיות מזדקנות. הסברה הרווחת היא כי תפקוד לקוי של אפיתל פיגמנטי ברשתית (RPE) הוא אירוע פתוביולוגי מרכזי ב- AMD. כדי להבין את המנגנונים שמובילים לתפקוד לקוי של RPE, חוקרים יכולים להשתמש במודלים של עכברים. מחקרים קודמים קבעו כי עכברים יכולים לפתח פתולוגיות RPE, שחלקן נצפות בעיניהם של אנשים שאובחנו עם AMD. כאן, אנו מתארים פרוטוקול פנוטיפ להערכת פתולוגיות RPE בעכברים. פרוטוקול זה כולל הכנה והערכה של חתכי רשתית באמצעות מיקרוסקופ אור ומיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת, כמו גם זה של תושבות שטוחות RPE במיקרוסקופ קונפוקלי. אנו מפרטים את הסוגים הנפוצים של פתולוגיות RPE מורין שנצפו על ידי טכניקות אלה ודרכים לכמת אותם באמצעות שיטות משוחדות לבדיקות סטטיסטיות. כהוכחת היתכנות, אנו משתמשים בפרוטוקול פנוטיפ RPE זה כדי לכמת את פתולוגיות RPE שנצפו בעכברים בעלי ביטוי יתר של חלבון טרנסממברנה 135 (Tmem135) ועכברי בר מזדקנים מסוג C57BL/6J. המטרה העיקרית של פרוטוקול זה היא להציג שיטות פנוטיפ RPE סטנדרטיות עם הערכות כמותיות בלתי משוחדות עבור מדענים המשתמשים במודלים עכבריים של AMD.
ניוון מקולרי תלוי גיל (AMD) היא מחלה מסנוורת נפוצה הפוגעת באוכלוסיות מעל גיל 551. חוקרים רבים מאמינים כי תפקוד לקוי בתוך אפיתל פיגמנטי רשתית (RPE) הוא אירוע פתוביולוגי מוקדם ומכריע ב- AMD2. RPE היא שכבה אחת של תאים מקוטבים שתפקידה לשמור על ההומאוסטזיס של פוטורצפטורים שכנים וכלי דם כורואידיים3. קיימים מגוון מודלים לחקר מנגנונים הקשורים למחלות בתוך RPE, כולל מודלים של תרביות תאים 4,5 ועכברים 6,7,8. דו”ח שפורסם לאחרונה תיאר פרוטוקולים סטנדרטיים וקריטריונים לבקרת איכות עבור מודלים של תרביות תאי RPE 4, אך אף דוח לא ניסה לתקנן את הפנוטיפ של RPE במודליםשל עכברים. למעשה, פרסומים רבים על מודלים עכבר של AMD חסר תיאור מלא של RPE או כימות של פתולוגיות RPE בהם. המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא להציג שיטות פנוטיפ RPE סטנדרטיות עם הערכות כמותיות בלתי משוחדות עבור מדענים המשתמשים במודלים של עכברי AMD.
פרסומים קודמים ציינו את נוכחותן של מספר פתולוגיות RPE בעכברים באמצעות שלוש טכניקות הדמיה. לדוגמה, מיקרוסקופ אור מאפשר לחוקרים לצפות במורפולוגיה הגסה של רשתית המורין (איור 1A) ולזהות פתולוגיות RPE כמו דילול RPE, אידוי ונדידה. דילול RPE בדגם עכבר AMD מודגם על-ידי סטייה בגובה RPE מהפקדים המתאימים (איור 1B). ניתן לחלק את vacuolization RPE לשתי קטגוריות נפרדות: microvacuolization (איור 1C) ו-macrovacuolization (איור 1D). מיקרוווקוליזציה RPE מסוכמת על ידי נוכחות של vacuoles ב RPE שאינם משפיעים על גובהו הכולל, ואילו macrovacuolization מסומן על ידי נוכחות של vacuoles הבולטים לתוך החלקים החיצוניים של photoreceptors. נדידת RPE נבדלת על-ידי צבר מוקדי של פיגמנט מעל חד-שכבה RPE בחתך רשתית (איור 1E). יש לציין כי תאי RPE נודדים בעיניים של תורם AMD מפגינים תגובתיות חיסונית לסמנים של תאי מערכת החיסון, כגון אשכול התמיינות 68 (CD68)9, ויכולים לייצג תאים חיסוניים הבולעים פסולת RPE או RPE העוברים התמיינות 9. שיטת הדמיה נוספת שנקראת מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת יכולה לאפשר לחוקרים לדמיין את המבנה העל-קרקעי של RPE ואת קרום המרתף שלו (איור 2A). שיטה זו יכולה לזהות את מרבץ תת-RPE הדומיננטי בעכברים, הידוע בשם מרבץ למינרי בסיסי (BLamD) (איור 2B)10. לבסוף, מיקרוסקופ קונפוקלי יכול לחשוף את המבנה של תאי RPE באמצעות הדמיה של תושבות RPE שטוחות (איור 3A). שיטה זו יכולה לחשוף דיסמורפיה של RPE, סטייה של RPE מצורת חלת הדבש הקלאסית שלו (איור 3B). הוא יכול גם לזהות ריבוי גרעיני RPE, נוכחות של שלושה גרעינים או יותר בתוך תא RPE (איור 3C). לסיכום סוגי פתולוגיות RPE הקיימות בדגמי עכבר AMD הנוכחיים, אנו מפנים חוקרים לסקירות אלה מהספרות 6,7.
חוקרים החוקרים AMD צריכים להיות מודעים ליתרונות ולחסרונות של שימוש בעכברים כדי לחקור פתולוגיות RPE לפני פרוטוקול הפנוטיפ. לעכברים יש יתרון בגלל תוחלת החיים הקצרה יחסית שלהם והחסכוניות שלהם, כמו גם המניפולציה הגנטית והפרמקולוגית שלהם. עכברים מפגינים גם שינויים ניווניים ב-RPE, כולל נדידת RPE, דיסמורפיה ורב-גרעיניות, הנצפים בעיניים של תורם AMD 11,12,13,14,15,16,17; זה מצביע על כך שמנגנונים דומים עשויים לעמוד בבסיס התפתחותן של פתולוגיות RPE אלה בעכברים ובבני אדם. עם זאת, ישנם הבדלים מרכזיים המגבילים את יכולת התרגום של מחקרי עכברים ל- AMD אנושי. ראשית, לעכברים אין מקולה, אזור מובחן אנטומית של הרשתית האנושית הדרוש לחדות הראייה המושפעת באופן מועדף ב- AMD. שנית, חלק מהפתולוגיות של RPE בעכברים, כמו דילול RPE והתאדות, אינן נראות בדרך כלל בעיניים של תורם AMD18. שלישית, עכברים אינם מפתחים דרוסן, סימן היכר של פתולוגיה של AMD19. דרוזן הם מרבצים המכילים שומנים וחלבונים עם מעט מאוד חלבוני קרום מרתף הנוצרים בין הלמינה הבסיסית RPE לבין שכבת הקולגן הפנימית של קרום ברוך (BrM)19. דרוזן שונה מ-BLamD, המרבץ התת-RPE הנפוץ בעכברים, הן בהרכבם והן במיקום האנטומי שלהם. BLamDs הן הפרעות חוץ-תאיות מועשרות במטריצה חוץ-תאית תלויות גיל ומתח הנוצרות בין הלמינה הבסיסית RPE של BrM לבין הקיפולים הבסיסיים של RPE20. באופן מעניין, ל-BLamDs יש הרכב חלבון דומה ומראה דומה גם בעכברים וגם בבני אדם 6,10,21. מחקרים אחרונים מצביעים על כך ש- BLamDs עשוי לפעול בפתולוגיה של AMD על ידי השפעה על התקדמות AMD לשלביו המאוחרים 18,22; לפיכך, משקעים אלה עשויים לייצג RPE חולה ברשתית העכבר. הידע על היתרונות והמגבלות הללו הוא קריטי עבור חוקרים המעוניינים לתרגם תוצאות ממחקרי עכברים ל- AMD.
בפרוטוקול זה, אנו דנים בשיטות להכנת העיניים לאור, אלקטרונים הולכה ומיקרוסקופ קונפוקלי כדי לדמיין פתולוגיות RPE. אנו גם מתארים כיצד לכמת פתולוגיות RPE באופן בלתי משוחד לבדיקות סטטיסטיות. כהוכחת היתכנות, אנו משתמשים בפרוטוקול הפנוטיפ RPE כדי לחקור את הפתולוגיות המבניות של RPE שנצפו בחלבון טרנסממברנה 135- (Tmem135) המביע יתר על המידה עכברים ועכברים מזדקנים מסוג בר (WT) C57BL/6J. לסיכום, אנו שואפים לתאר את מתודולוגיית הפנוטיפ כדי לאפיין את RPE במודלים עכברים של AMD, שכן אין כיום פרוטוקולים סטנדרטיים זמינים. חוקרים המעוניינים לבחון ולכמת פתולוגיות של פוטורצפטורים או כורואיד, המושפעים גם במודלים של עכברי AMD, עשויים שלא למצוא פרוטוקול זה שימושי למחקריהם.
במאמר זה, הצגנו פרוטוקול פנוטיפ להערכת פתולוגיות RPE מבניות של מודלים עכבריים. תיארנו את השלבים הנדרשים לעיבוד העיניים עבור טכניקות הדמיה שונות, כולל אור, אלקטרונים הולכה ומיקרוסקופ קונפוקלי, כמו גם את כמות הפתולוגיות האופייניות שנצפו בשיטות הדמיה אלה. הוכחנו את היעילות של פרוטוקול פ?…
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצים להודות לסאטושי קינושיטה ולאוניברסיטת ויסקונסין (UW) יוזמות מחקר תרגומי במעבדה לפתולוגיה (TRIP) על הכנת הרקמות שלנו למיקרוסקופ אור. ליבה זו נתמכת על ידי המחלקה לפתולוגיה ורפואת מעבדה באוניברסיטת UW, המרכז לסרטן פחמן באוניברסיטת ויסקונסין (P30 CA014520), ומשרד מנהל NIH (S10OD023526). מיקרוסקופיה קונפוקלית בוצעה בליבה האופטית של UW Biochemistry, שהוקמה בתמיכת המחלקה לביוכימיה של UW. עבודה זו נתמכה גם על ידי מענקים מהמכון הלאומי לעיניים (R01EY022086 ל A. Ikeda; R01EY031748 אל C. Bowes Rickman; P30EY016665 למחלקה לרפואת עיניים ומדעי הראייה באוניברסיטת וושינגטון; P30EY005722 למרכז דיוק איי; NIH T32EY027721 למ. לנדובסקי; F32EY032766 למ. לנדובסקי), טימותי ויליאם טראוט יו”ר (א. איקדה), פרס AMD של FFB Free Family (C. Bowes Rickman); ומענק בלתי מוגבל מהמחקר למניעת עיוורון (מרכז דיוק לעיניים).
0.1 M Cacodylate Buffer pH7.2 | PolyScientiifc R&D Company | S1619 | |
100 Capacity Slide Box | Two are needed for this protocol (one for H&E-stained slides and one for RPE flat mounts.) | ||
100% Ethanol | MDS Warehouse | 2292-CASE | Can be used to make diluted ethanol solutions in this protocol. |
1-Way Stopcock, 2 Female Luer Locks | Qosina | 11069 | |
1x Phosphate Buffer Solution (PBS) | Premade 1x PBS can be used in this protocol. | ||
2.0 mL microtubes | Genesee Scientific | 24-283-LR | |
24 Cavity Embedding Capsule Substitute Mold | Electron Microscopy Sciences | 70165 | |
24 inch PVC Tubing with Luer Ends | Fisher Scientific | NC1376778 | |
400 Mesh Gilder Thin Bar Square Mesh Grids | Electron Microscopy Sciences | T400-Cu | |
95% Ethanol | MDS Warehouse | 2293-CASE | |
Absorbent Underpads with Waterproof Moisture Barrier (23 inches by 24 inches) | VWR | 56616-031 | |
Adjustable 237 ml Spray Bottle | VWR | 23609-182 | |
Alexa Fluor488 Conjugated Donkey anti-Rabbit IgG | Thermo Fisher Scientific | A-21206 | |
Aluminum Foil | |||
BD Precision glide 19 Gauge Syringe Needle | Sigma-Aldrich | Z192546 | |
Bracken Forceps; Curved; Fine Cross Serrations; 4" Length, 1 mm Tip Width | Roboz Surgical Instrument | RS-5211 | Known as curved forceps in this protocol. |
Camel Hair Brush | Electron Microscopy Sciences | 65575-02 | |
Carbon Dioxide Euthanasia Chamber | |||
Carbon Dioxide Flow Meter | |||
Carbon Dioxide Tank | |||
Castaloy Prong Extension Clamps | Fisher Scientific | 05-769-7Q | |
Cast-Iron L-shaped Base Support Stand | Fisher Scientific | 11-474-207 | |
Cell Prolifer Program | Available to download: https://cellprofiler.org/releases | ||
Clear Nail Polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | |
Colorfrost Microscope Slides Lavender | VWR | 10118-956 | |
Computer | |||
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-5MG | |
Distilled H20 | Water from Milli-Q Purification System was used in this protocol. | ||
Dumont Thin Tip Tweezers; Pattern #55 | Roboz Surgical Instrument | RS-4984 | Known as fine-tipped forceps in this protocol, and 3 are needed for this protocol (two for dissections and one for electron microscope processing). |
Electron Microscopy Grid Holder | Electron Microscopy Sciences | 71147-01 | |
EPON 815 Resin | Electron Microscopy Sciences | 14910 | |
Epredia Mark-It Tissue Marking Yellow Dye | Fisher Scientific | 22050460 | Please follow manufacturer's protocol when using this tissue marking dye. |
Epredia Mounting Media | Fisher Scientific | 22-110-610 | Use for mounting H&E slides. |
Fiber-Lite Mi-150 Illuminator Series,150 w Halogen Light Source | Dolan-Jenner Industries | Mi-150 | Light source for dissecting microscope. |
Fiji ImageJ Program | Available to download: https://imagej.net/downloads | ||
Flexaframe Castaloy Hook Connector | Thermo Scientific | 14-666-18Q | |
Fume hood | |||
Glutaraldehyde 2.5% in Phosphate Buffer, pH 7.4, 32% | Electron Microscopy Sciences | 16537-05 | |
JEM-1400 Transmission Electron Microscope (JEOL) with an ORIUS (1000) CCD Camera | |||
Laboratory Benchtop Shaker | Two are needed for these experiments. One should be at room temperature while the other should be in a 4 degree Celsius cold room. | ||
Laser Cryo Tag Labels | Electron Microscopy Sciences | 77564-05 | |
Lead Citrate | Electron Microscopy Sciences | 17800 | |
Leica EM UC7Ultramicrotome | |||
Leica Reichert Ultracut S Microtome | |||
LifterSlips | Thermo Fisher Scientific | 22X22I24788001LS | Use these coverslips for the RPE flat mounts as they have raised edges and accommodate the thickness of the RPE. |
Mayer's Hematoxylin | VWR | 100504-406 | |
McPherson-Vannas Micro Dissecting Spring Scissors | Roboz Surgical Instrument | RS-5600 | Known as micro-dissecting scissors in protocol. |
Methanol | Fisher Scientific | A412-4 | |
Mice | Any AMD mouse model and its respective controls can work for this protocol. | ||
Micro Dissecting Scissors; Standard Version; Curved; Sharp Points; 24 mm Blade Length; 4.5" Overall Length | Roboz Surgical Instrument | RS-5913 | Known as curved scissors in this protocol. |
Microsoft Excel | |||
Microtube racks | |||
Nikon A1RS Confocal Microscope | |||
Normal Donkey Serum | SouthernBiotech | 0030-01 | |
Number 11 Sterile Disposable Scalpel Blades | VWR | 21909-380 | |
Osmium Tetroxide | Electron Microscopy Sciences | 19150 | |
Paraformaldehyde, 32% | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
Pencil | |||
Petri Dish | VWR | 21909-380 | |
Pipette Tips | |||
Pipettes | |||
Polyclonal Anti-ZO-1 Antibody | Thermo Fisher Scientific | 402200 | |
Propylene Oxide | Electron Microscopy Sciences | 20412 | |
Razor Blade | VWR | 10040-386 | |
Shallow Tray for Mouse Perfusions | |||
Shandon Eosin Y Alcoholic | VWR | 89370-828 | |
Sharpie Ultra Fine Tip Black Permanent Marker | Staples | 642736 | |
Slide Rack for Staining | Grainger | 49WF31 | |
Squared Cover Glass Slips | Fisher Scientific | 12-541B | |
Staining Dish with Cover | Grainger | 49WF30 | Need 15 for H&E staining procedure. |
Target All-Plastic Disposable Luer-Slip 50 mL Syringe | Thermo Scientific | S7510-50 | Use only the syringe barrel. |
Timer | Fisher | 1464917 | |
Uranyl Acetate | Electron Microscopy Sciences | 22400 | |
Vacuum Oven | |||
Vectashield Mounting Medium | Vector Laboratories | H-1000 | Use for mounting RPE flat mounts. |
Xylene | Fisher Scientific | 22050283 | |
Zeiss Axio Imager 2 Light Microscope | This microscope has the capacity to generate stitched 20x images. If a light microscope does not have this capacity, then take images of the entire retina that are slightly overlapping each other. Use Adobe Photoshop to stitch these images together. Please refer to the manuals of the Adobe Photoshop program for image stitching. | ||
Zeiss Stemi 2000 Dissecting Microscope | Electron Microscopy Sciences | 65575-02 |