我々は、海馬ニューロンまたは定量的リアルタイムPCRおよび/または全ゲノムマイクロアレイを用いてその後の遺伝子発現解析のために負傷したラット脳の凍結切片からの単一ニューロンの濃縮された集団を得るためにレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)を使用する方法について説明します。
TBI後の長期的な認知障害は、学習、記憶と執行機能のために重要である内側側頭葉の海馬領域における傷害誘導性の神経変性に関連付けられています。1,2したがって、我々の研究は、特定の神経細胞の遺伝子発現解析に焦点を当てる海馬の異なるサブ領域における集団。エメルト-バック、 らによって1996年に導入されたレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)の技術、。、3は、単一細胞などが含まれ哺乳類の脳のような不均一な組織からの細胞の濃縮された集団の遺伝子発現解析で大きな進歩を可能にした機能的な細胞型の何千もの。4私たちは、TBIの病因の根底分子メカニズムを調べるためにLCMおよび外傷性脳損傷の十分に確立されたラットモデルを(TBI)を使用します。流体パーカッションTBIの後、脳を、直ちにドライアイスで凍結し、予め決められた時間、損傷後に削除されますとクライオスタットで切片化のために準備した。ラットの脳はすぐに10月、切片に埋め込まれた、または-80℃で数ヶ月保存することができ℃のレーザーキャプチャーマイクロダイセクション用セクショニング前。さらに、当社は、概日リズムに、TBIの効果を研究するため、LCMを使用しています。このため、我々は哺乳類の脳のマスタークロックを含む視交叉上核からニューロンをキャプチャします。ここでは、リアルタイムPCRによって、および/シングル同定ニューロン(負傷し、変性、フルオロジェイド陽性、または無傷、フルオロジェイド陰性)とその後の遺伝子発現解析のための海馬神経細胞の濃縮された集団を得るためのLCMの使用を実証または全ゲノムマイクロアレイ。これらのLCMの対応の研究はラット海馬の解剖学的に別個の領域の選択的脆弱性は、これらの異なる領域からLCMによって得られたニューロンの異なる集団の異なった遺伝子発現プロファイルに反映されていることを明らかにした。私達の単一セルの研究からの結果、どこに私たちは死にかけていると隣接存続海馬ニューロンの転写プロファイルを比較し、TBI後の細胞死と生存を調節する細胞生存レオスタットの存在を示唆している。
異種組織の遺伝子発現解析は、常に問題となっているが、これは約5,000の異なる細胞型を有する哺乳動物の脳では特にそうです先立ちレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)技術の開発〜4は 、TBIの効果のゲノム研究。 in vivoでの異なる神経細胞の種類だけでなく、グリア細胞および免疫細胞をサポートするだけでなく、構成の脳細胞の混合集団における遺伝子発現の解析に基づいていた。これらの異種の組織から得られた結果の複雑な遺伝子発現プロファイル、および損傷によって誘発された細胞シグナルの相反するパターンは、TBIの前臨床試験で有効性が証明さ治療戦略のヒト臨床試験での失敗の1つの説明かもしれません。5
ラット腰から神経細胞の脆弱な集団に傷害誘導性遺伝子発現の明確な理解を得るためにpocampus、我々は最初のエメルト-昇らによって報告されたLCMの手法は、図3続いて、我々は、定量的リアルタイムPCRやマイクロアレイ解析を用いたニューロンとmRNAプロファイリングのための単一ニューロンの濃縮された集団の効率的な捕捉のために、この顕微解剖法を変更し、最適化を採用。ゲノム解析のための脳組織の凍結切片でのmRNAの整合性を維持するために、我々は固定、染色、冷凍ラットの脳切片からニューロンの急速な捕獲のための既存のプロトコルを変更しました。負傷して死にかけている海馬ニューロンの同定および単離のために、我々はまた、LCM用フルオロジェイド染色技術を最適化しました。フルオロジェイドはアポトーシスとネクローシス細胞死を区別しません。したがって、変性ニューロンのすべての種類は、この汚れ。6,7によって検出することができ
ここでは、単一の瀕死または生き残った神経細胞のプールだけでなく、濃縮populatiの帯状の領域を取得するために、我々の研究室で使用されるプロトコルを記述する異なる神経細胞の種類(TBI後の遺伝子発現解析のためのすなわち CA1-CA3ニューロン)のアドオン。当研究室で行っている流体パーカッション脳損傷のための手順は、島村ら 、8で詳細に説明し、アルダーら JOVEに公表したマウスの横方向の流体-パーカッション傷害プロトコルに非常に似ています。9 LCM技術は持っているので組織中のDNA、RNAおよびタンパク質のインテグリティに最小限、あるいはまったく影響を有することが示され、これは、定義された種類の細胞の分子とタンパク質解析のための優れたツールです。
このLCM手法は、TBIの分子機構を理解する上で重要な進歩を遂げることができるようになりました。8,10,11,12,13我々は、ラット海馬の異なるサブ領域は、その遺伝子発現プロファイルを持っていることを実証するために、この技術を利用した最初の研究者であったけがへの選択的脆弱性と相関する。我々の研究は、我々は、わずか10などのレーザー捕捉された細胞から、定量PCRによって、遺伝子発現を定量化し、我々は600捕獲された細胞としていくつかのゲノムワイドマイクロアレイ解析を行うことができることができることを示した。 LCMは、多様な神経学的および神経疾患に関与することが知られている他の脳領域の類似の研究の貴重なツールとなります。たとえば、LCMを用いた研究では、黒質のドーパミンニューロンにおけるパーキンソン病の病因、14とsに関与報酬回路に関与している側坐核の支援ゲノムワイドプロファイリング研究、に光を当てるたubstance乱用障害15
ニューロンの異質性はゲノムレベル16で反射され、臨床試験ではTBIのための実験的な治療の成功の不足に貢献するかもしれない。したがって、我々の目標は、TBIの後ニューロンの生存に影響を与える重要な要素を調査するために、この手法を利用することである。死にかけていると隣接TBIの後に海馬ニューロンの生存我々の最近のゲノムワイドプロファイリング研究は、細胞死遺伝子と細胞生存の発現レベルの比を反映して、携帯レオスタットはTBI後の細胞運命を調節することが示唆された。これらの継続的な研究が積極的に細胞生存加減抵抗器に影響を与えることができる薬物療法戦略の設計と開発に貢献していきます。さらに、我々は現在、TBI後の海馬神経細胞の潜在的な治療の薬物治療の効果を追跡し、監視するために、LCM使用。したがって、我々の研究は慎重にRNaseフリー処理テクニックを与えられたことを示しているといくつかの既存のプロトコルの変更は、それが正確な定量的遺伝子発現解析のためのLCMから高品質のRNAサンプルを得ることが可能である。
しかし、LCM技術に関連するいくつかの落とし穴があります。たとえば、任意のミクログリア汚染なしのみ神経細胞を収集することはほとんど不可能になる場合があります。海馬の錐体細胞層では、細胞の95%はグリアおよび他の細胞型の小さな割合を残して、錐体細胞と10%のニューロンであるために、この人口の90%を持つニューロン。8,17であることが推定されている私たちの研究では18我々 はフルオロヒスイ特に脳組織内だけ傷ついた神経細胞を標識する蛍光色素を使用しています。 GFAPのマーカーであることが異なる汚れは、ミクログリアを染色することが必要であろう。のみフルオロヒスイステンド単一ニューロンの遺体を収集19は、ニューロンのより均一な集団を確実にします。トラブルシューティングが必要な場合があり、別の一般的な問題は、サークルがないということですレーザーが発射されたときtが定義されている。この問題が発生した場合、それはレーザーの設定を確認し、必要に応じてパワーと持続時間を調整することが必要である。また、キャップが組織の上に平らに置き、アームに正しく装着されていることを確認することが重要です。 LCMのテクニカルマニュアルを参照するか、テクニカルサポートを呼び出すことは、時には必要であろう。 LCMおよびRNAを単離した後、RNAの品質は、常に任意の遺伝子発現解析に先立ってバイオアナライザを用いて評価されるべきである。
レーザー切断(Life Technologies社、ライカマイクロシステムズ)と(ツァイス)の楽器を突入させたレーザーを含む現在市場に出回っているレーザーキャプチャー機器のいくつかの種類があります。私たちのLCMシステムは少数細胞を捕捉するために適しています。他の高スループット、より自動化されたシステムは、ゲノム、特にプロテオーム解析のための細胞の大きい数値を得るために、より適している場合があります。実際、これらの自動化システムを使用してLCMはprの分析のための大きな可能性を秘めている同定された細胞または細胞の濃縮された集団でotein式20は、さらに、LCMは、私たちは関係なく、最も異質の組織における複雑性の定義された種類の細胞における遺伝子発現を調査することができる21の免疫標識細胞の遺伝子発現解析を容易にすることができる。したがって、LCMは細胞の単一または濃縮された集団の最先端の分子生物学的研究のための優れたツールです。
The authors have nothing to disclose.
この作品はR01 NS052532(HLHに)、ムーディーズ·財団、麻酔科によって運営されている。我々は、ローリー、太字、彼らの編集支援のためのクリスティンCourteauバトラーとクリスティペリー、レイアウト、すべての図、表、アートワークの優れた生産のためのクリスティーペリーに感謝します。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | |
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 |