Wholemount иммуногистохимии для выявления сложной топографии мозга
Summary
Нейронных цепей топографически организованы в функциональные отсеки с конкретным молекулярным профилей. Здесь мы предлагаем практические и технические меры для выявления глобальной топографии мозга с помощью универсального подхода wholemount иммуногистохимического окрашивания. Мы продемонстрировать полезность метода с помощью хорошо понятных цитоархитектонике и схема мозжечка.
Abstract
Повторяется и хорошо понимал сотовой архитектуры мозжечка делают его идеальной модели системы для изучения мозга топографии. В основе ее относительно равномерным цитоархитектонике это сложный комплекс парасагиттальных областях генов и экспрессии белков. Молекулярной фрагментации мозжечка отражается на анатомические и функциональные организации афферентных волокон. Чтобы в полной мере оценить сложность мозжечка организации мы ранее уточнены wholemount подход окрашивания высокой пропускной способности анализа паттернов дефектов мыши мозжечка. Этот протокол описывает подробно реактивы, инструменты и практические шаги, которые являются полезными для успешного выявление закономерностей экспрессии белка во взрослом мозжечке мыши с помощью wholemount окрашивания. Шаги, подчеркнул здесь продемонстрировать полезность этого метода с использованием выражения zebrinII / aldolaseC как пример того, как мелкий рельеф мозга могут быть выявлены вродной трехмерной конформации. Описываются также адаптации к протоколу, что позволяет для визуализации экспрессии белка в афферентных проекций и большой мозжечка для сравнительного исследования молекулярной топографии. Для иллюстрации этих приложений, данные из афферентных окрашивания мозжечка крысы включены.
Protocol
1. Перфузии животных и мозжечка Dissection В зависимости от белка, перфузии могут быть необходимы для успешного 1,2 окрашивания. Transcardiac перфузии является инвазивной, не выживание процедура, которая требует правильного использования анестетиков. Правильная подготовка, институцио…
Discussion
Мы описали технические детали, необходимые для успешного окрашивания wholemount помощью универсальной иммуногистохимический подход для выявления экспрессии белка в развивающемся и взрослом мозге. Используя этот подход, сложных молекулярных моделей выражения могут быть проанализирован?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RVS поддерживает новый следователь запуска средства Альберта Эйнштейна Медицинского колледжа университета Ешива.
Materials
| Materials | Function in protocol |
| Perfusion pump (Fisher Scientific/13-876-2) | Allows for consistent and slow perfusion. |
| Sharp-tip Scissors (FST/14081-08) | General use in perfusion and dissection. |
| Blunt-tip Forceps (FST/91100-12) | To stabilize the heart for insertion of the perfusion needle. |
| Forceps (FST by Dumont AA/11210-10) | For use during dissection of the brain from the skull and to separate the cerebellum from the rest of the brain. These are essential because they have a slightly rounded tip that helps minimize damage to the cerebellum during dissection. |
| Nutator (Fisher Scientific) | Used to keep tissue in motion during incubation periods. |
| 1.5 mL tube (Sarstedt/Screw Cap Micro Tube) | All steps of the histochemistry protocol take place in these microtubes. The rounded bottom ensures that the cerebellum stays in motion. |
| Perforated spoon (FST/10370-17) | Used to keep wholemounts in the microtubes while gently decanting out the spent solution. |
| Leica MZ16 FA microscope | Used to examine wholemount staining. |
| Leica DFC3000 FX camera | Used to capture wholemount images. |
Table 1.
| Example calendar for a typical wholemount experiment | ||||||||
| Day 1 | Dent’s fix, room temperature, 8 hrs | Dent’s bleach, 4°C, overnight | ||||||
| Day 2 | 100% MeOH, room temperature, 2x, 30 min each | 100% MeOH, Freeze/thaw, 4x, 30 min/15 min |
100% MeOH, -80°C, overnight | |||||
| Day 3 | 50% MeOH/50% PBS, room temperature, 60-90 min | 15% MeOH/ 85% PBS, room temperature, 60-90 min | 100% PBS, room temperature, 60-90 min | 10μg/mL Proteinase K in PBS, room temperature, 2-3 min | 100% PBS, room temperature, 3x, 10 min each | PMT, 4°C, overnight | ||
| Day 4-5 | PMT + 1° antibody + 5% DMSO, 4°C, 48 hrs | |||||||
| Day 6 | PMT, 4°C, 2-3x, 2-3 hrs each | PMT + 2° antibody + 5% DMSO, 4°C, 24 hours (Or begin amplification steps with ABC complex) | ||||||
| Day 7 | PMT, 4°C, 2-3x, 2-3 hrs each | PBT, room temperature, 2 hrs | Incubate in fresh DAB in PBS until optimal staining is visualized | |||||
Table 2.
| Recipes (*=prepare fresh every time) | |
| PBS (phosphate buffered saline) | 0.1M phosphate buffered saline in deionized water. pH 7.2 (Sigma tablets; P4417) |
| PFA (Paraformaldehyde) | Made and stored frozen as a 20% solution and then diluted to 4% in PBS for the working solution (Fisher Scientific; T353) |
| Dent’s Fixative3* | 4 parts methanol 1 part dimethylsulfoxide (DMSO; Fisher Scientific; D159-4) |
| Dent’s Bleach3* | 4 parts methanol 1 part dimethylsulfoxide (DMSO; Fisher Scientific; D159-4) 1 part 30% hydrogen peroxide |
| Enzymatic Digestion | 10 μg/ml of Proteinase K (Roche Diagnostics; 03115828001) in PBS. |
| PBST | PBS containing: 0.1% Tween-20 (Fisher Scientific, BP337; Triton can also be used in place of Tween-20 in all instances.) |
| PMT25* | PBS containing: 2% nonfat skim milk powder (Carnation preferred) 0.1% Tween-20 (Fisher Scientific; BP337) |
| PBT25* | PBS containing: 0.2% bovine serum albumin (Sigma; B9001S) 0.1% Tween-20 (Fisher Scientific; BP337) |
| DAB* | Dissolve one 10-mg tablet of 3,3-diaminobenzidine (Sigma-Aldrich; D5905) in 40 ml of PBS. Add 10 μl of 30% hydrogen peroxide to initiate reaction). |
| ABC Complex Solution | Vectastain kit (Vector laboratories, Inc; PK-4000) |
Table 3.
Referências
- Sillitoe, R. V., Hawkes, R. Whole-mount Immunohistochemistry: A high-throughput screen for patterning defects in the mouse cerebellum. J. Histochem. Cytochem. 50, 235-244 (2002).
- Kim, S. -. H., Che, P., Chung, S. -. H., Doorn, D., Hoy, M., Larouche, M., Marzban, H., Sarna, J., Zahedi, S., Hawkes, R. Whole-Mount Immunohistochemistry of the Brain. Current Protocols in Neuroscience. , (2006).
- Dent, J. A., Polson, A. G., Klymkowsky, M. W. A whole-mount immunocytochemical analysis of the expression of the intermediate filament protein vimentin in Xenopus. Development. 105, 61-74 (1989).
- Sillitoe, R. V., Malz, C. R., Rockland, K., Hawkes, R. Antigenic compartmentation of the primate and tree shrew cerebellum: a common topography of zebrin II in Macaca mulatta and Tupaia belangeri. J. Anat. 204, 257-269 (2004).
- Ozol, K., Hayden, J. M., Oberdick, J., Hawkes, R. Transverse zones in the vermis of the mouse cerebellum. J. Comp. Neurol. 412, 95-111 (1999).
- Apps, R., Hawkes, R. Cerebellar cortical organization: a one-map hypothesis. Nat. Rev. Neurosci. 10, 670-681 (2009).
- Reeber, S. L., Sillitoe, R. V. Patterned expression of a cocaine- and amphetamine-regulated transcript peptide reveals complex circuit topography in the rodent cerebellar cortex. J. Comp. Neurol. 519, 1781-1796 (2011).
- Sarna, J. R., Marzban, H., Watanabe, M., Hawkes, R. Complementary stripes of phospholipase Cbeta3 and Cbeta4 expression by Purkinje cell subsets in the mouse cerebellum. J. Comp. Neurol. 496, 303-313 (2006).
- Demilly, A., Reeber, S. L., Gebre, S. A., Sillitoe, R. V. Neurofilament heavy chain expression reveals a unique parasagittal stripe topography in the mouse cerebellum. Cerebellum. 10, 409-421 (2011).
- Larouche, M., Hawkes, R. From clusters to stripes: the developmental origins of adult cerebellar compartmentation. Cerebellum. 5, 77-88 (2006).
- Marzban, H., Chung, S., Watanabe, M., Hawkes, R. Phospholipase Cbeta4 expression reveals the continuity of cerebellar topography through development. J. Comp. Neurol. 502, 857-871 (2007).
- Blank, M. C., Grinberg, I., Aryee, E., Laliberte, C., Chizhikov, V. V., Henkelman, R. M., Millen, K. J. Multiple developmental programs are altered by loss of Zic1 and Zic4 to cause Dandy-Walker malformation cerebellar pathogenesis. Development. 138, 1207-1216 (2011).
- Sawada, K., Sakata-Haga, H., Fukui, Y. Alternating array of tyrosine hydroxylase and heat shock protein 25 immunopositive Purkinje cell stripes in zebrin II-defined transverse zone of the cerebellum of rolling mouse. Nagoya. Brain Res. 1343, 46-53 (2010).
- Sawada, K., Fukui, Y., Hawkes, R. Spatial distribution of corticotropin-releasing factor immunopositive climbing fibers in the mouse cerebellum: Analysis by whole mount immunohistochemistry. Brain Res. 1222, 106-117 (2008).
- Marzban, H., Hawkes, R. On the architecture of the posterior zone of the cerebellum. Cerebellum. 10, 422-434 (2011).
- Pakan, J. M., Graham, D. J., Wylie, D. R. Organization of visual mossy fiber projections and zebrin expression in the pigeon vestibulocerebellum. J. Comp. Neurol. 518, 175-198 (2010).
- Iwaniuk, A. N., Marzban, H., Pakan, J. M., Watanabe, M., Hawkes, R., Wylie, D. R. Compartmentation of the cerebellar cortex of hummingbirds (Aves: Trochilidae) revealed by the expression of zebrin II and phospholipase C beta 4. J. Chem. Neuroanat. 37, 55-63 (2009).
- Sarna, J. R., Larouche, M., Marzban, H., Sillitoe, R. V., Rancourt, D. E., Hawkes, R. Patterned Purkinje cell degeneration in mouse models of Niemann-Pick type C disease. J. Comp. Neurol. 456, 279-291 (2003).
- Sarna, J. R., Hawkes, R. Patterned Purkinje cell loss in the ataxic sticky mouse. Eur. J. Neurosci. 34, 79-86 (2011).
- El-Bizri, N., Guignabert, C., Wang, L., Cheng, A., Stankunas, K., Chang, C. P., Mishina, Y., Rabinovitch, M. SM22alpha-targeted deletion of bone morphogenetic protein receptor 1A in mice impairs cardiac and vascular development, and influences organogenesis. Development. 135, 2981-2991 (2008).
- Mondrinos, M. J., Koutzaki, S., Lelkes, P. I., Finck, C. M. A tissue-engineered model of fetal distal lung tissue. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 293, 639-650 (2007).
- Coppola, E., Rallu, M., Richard, J., Dufour, S., Riethmacher, D., Guillemot, F., Goridis, C., Brunet, J. F. Epibranchial ganglia orchestrate the development of the cranial neurogenic crest. Proc. Nat. Acad. Sci. 107, 2066-2071 (2010).
- Kubilus, J. K., Linsenmayer, T. F. Developmental guidance of embryonic corneal innervation: roles of Semaphorin3A and Slit2. Dev. Biol. 344, 172-184 (2010).
- Reeber, S. L., Gebre, S. A., Sillitoe, R. V. Fluorescence mapping of afferent topography in three dimensions. Brain Struct. Funct. 216, 159-169 (2011).
- Davis, C. A. Whole-mount immunohistochemistry. Methods Enzymol. 225, 502-516 (1993).
Tags
Wholemount ImmunohistochemistryBrain TopographyCerebellumCellular ArchitectureGene Expression DomainsProtein Expression DomainsMolecular CompartmentalizationAfferent FibersPatterning DefectsMouse CerebellumWholemount Staining ApproachProtein Expression PatternsZebrinII/aldolaseC ExpressionThree-dimensional ConformationAfferent ProjectionsComparative StudiesMolecular TopographyRat Cerebellum
Citar este artigo
White, J. J., Reeber, S. L., Hawkes, R., Sillitoe, R. V. Wholemount Immunohistochemistry for Revealing Complex Brain Topography. J. Vis. Exp. (62), e4042, doi:10.3791/4042 (2012).