Summary

Detección de proteína priónica anormal por inmunohistoquímica

Published: May 05, 2023
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Summary

El inmunomarcaje de proteínas priónicas anormales mediante protocolos inmunohistoquímicos requiere metodologías específicas de preparación de muestras y anticuerpos anti-PrP. El presente protocolo describe los pasos clave en el desenmascaramiento de epítopos para garantizar un inmunoetiquetado adecuado de PrP y minimizar la tinción de fondo no específica. Además, este enfoque considera medidas de bioseguridad al realizar estudios inmunohistoquímicos con los tejidos infectados por priones.

Abstract

Las proteínas priónicas anormales (PrPSc) son la isoforma asociada a la enfermedad de la proteína priónica celular y los marcadores diagnósticos de las encefalopatías espongiformes transmisibles (EET). Estas enfermedades neurodegenerativas afectan a los seres humanos y a varias especies animales e incluyen la tembladera, la encefalopatía espongiforme bovina zoonótica (EEB), la desgaste crónica de los cérvidos (CWD) y la recientemente identificada enfermedad priónica del camello (CPD). El diagnóstico de las EET se basa en la inmunodetección de PrPSc mediante la aplicación de métodos de inmunohistoquímica (IHC) e inmunoblot occidental (WB) en los tejidos del encéfalo, es decir, el tronco encefálico (nivel obex). IHQ es un método ampliamente utilizado que utiliza anticuerpos primarios (monoclonales o policlonales) contra antígenos de interés en células de una sección de tejido. La unión anticuerpo-antígeno se puede visualizar mediante una reacción de color que permanece localizada en el área del tejido o célula donde se dirigió el anticuerpo. Como tal, en las enfermedades priónicas, como en otros campos de investigación, las técnicas de inmunohistoquímica no se utilizan únicamente con fines diagnósticos, sino también en estudios de patogénesis. Dichos estudios implican la detección de los patrones y tipos de PrPSc a partir de los descritos anteriormente para identificar las nuevas cepas de priones. Como la EEB puede infectar a los seres humanos, se recomienda que se utilicen instalaciones y/o prácticas de laboratorio de bioseguridad de nivel 3 (BSL-3) para manipular muestras de ganado, pequeños rumiantes y cérvidos incluidas en la vigilancia de las EET. Además, se recomiendan equipos de contención y dedicados a priones, siempre que sea posible, para limitar la contaminación. El procedimiento IHC de PrPSc consiste en un paso de desenmascaramiento de epítopos de ácido fórmico que también actúa como una medida de inactivación priónica, ya que los tejidos fijados en formalina e incrustados en parafina utilizados en esta técnica siguen siendo infecciosos. Al interpretar los resultados, se debe tener cuidado para distinguir el inmunomarcaje no específico del etiquetado objetivo. Para este propósito, es importante reconocer los artefactos de inmunomarcaje obtenidos en animales de control TSE-negativos conocidos para diferenciarlos de los tipos específicos de inmunomarcaje PrPSc , que pueden variar entre cepas de EET, especies hospedadoras y genotipo prnp , descrito más detalladamente en este documento.

Introduction

Según la hipótesis del prión, la isoforma anormal (PrPSc) es el componente primario, o único, del agente infeccioso en las encefalopatías espongiformes transmisibles (EET). La confirmación para el diagnóstico de EET se basa en la inmunodetección de PrPSc mediante la aplicación de protocolos de inmunohistoquímica (IHC) y/o métodos de inmunoblot occidentales (WB) de tejidos de encéfalo1.

IHQ es un método que emplea anticuerpos monoclonales o, en algunos casos, policlonales (como anticuerpos primarios) como primer paso en la inmunotinción de antígenos de interés específicamente dirigidos localizados en células de una sección de tejido. Cualquier unión primaria efectiva anticuerpo-antígeno se visualiza utilizando anticuerpos secundarios específicos para los anticuerpos primarios. Estos anticuerpos secundarios se conjugan con enzimas, como la peroxidasa de rábano picante (HRP) o la fosfatasa alcalina (AP). La visualización se logra agregando un sustrato a estas enzimas, produciendo productos de color insolubles localizados en áreas donde los anticuerpos primarios están unidos a los antígenos objetivo. Se puede lograr una mejor visualización mediante la contratinción, en la que se utiliza un tinte para crear un contraste entre el tejido inmunomarcado y el no inmunomarcado2.

Con IHQ utilizando tejidos embebidos en parafina fijados en formalina (FFPE), la fijación de formalina puede anular la efectividad de los anticuerpos primarios debido a la reticulación por formaldehído y el calentamiento y la deshidratación durante la incrustación de parafina. Estos cambian la conformación de las proteínas, destruyendo, desnaturalizando o enmascarando los epítopos, disminuyendo o abrogando así su detección3. Como tal, esto requiere recuperación de antígenos (AR). Las técnicas de AR interrumpen la reticulación del grupo químico relacionado con el formaldehído en las moléculas antigénicas, restaurando o desenmascarando así la conformación antígeno-proteína original. Esto da como resultado la recuperación de la afinidad anticuerpo-antígeno (epítopo) para el inmunomarcaje. La eficacia eventual de la RA depende de las cualidades del antígeno diana y/o del anticuerpo primario2.

La recuperación de antígenos (epítopos) inducidos por calor (HIER) es un procedimiento de AR3 y se usa de forma rutinaria para la detección de IHC de PrPSc , como se describe en este documento. La IHQ es esencial para el diagnóstico y se utiliza en laboratorios de investigación para determinar la distribución tisular de un antígeno asociado a la patología. Es ampliamente utilizado en el diagnóstico e investigación del cáncer, la neurociencia y las enfermedades infecciosas4, entre otros. Para las EET, la IHQ desempeña un papel importante en el diagnóstico y la investigación para confirmar e investigar la distribución de PrPSc en huéspedes naturales y modelos experimentales. IHQ contribuye a los estudios de patogénesis de priones y al análisis de los tipos y patrones de depósito de PrPSc , es decir, en tejidos neurales5, para detectar desviaciones de infecciones descritas rutinariamente e identificar nuevas cepas de priones putativas.

Debido a que los priones de la encefalopatía espongiforme bovina (EEB) pueden infectar a los seres humanos, ciertos protocolos de laboratorio involucrados en el trabajo con la EEB pueden requerir el uso de instalaciones y prácticas BSL-36. Estos incluyen el uso de un recipiente secundario sellado para transportar posibles muestras de tejido infectadas con EEB dentro del instituto y el laboratorio. También incluye la designación de áreas de contención y equipos dedicados a priones para la investigación y el análisis de la EEB siempre que sea posible. Esto se hace para evitar la contaminación fuera del área de trabajo y proporcionar un espacio confinado ya que los procedimientos de descontaminación se hacen necesarios.

En consecuencia, el Laboratorio de Patología del INIAV sigue las instalaciones y prácticas recomendadas de bioseguridad nivel 3 (BSL-3)6 para manejar posibles muestras de tejidos infectados por priones de bovinos, pequeños rumiantes y cérvidos asociados con la vigilancia de EET.

Los tejidos fijados en formalina e incrustados en parafina incluidos en los procedimientos de diagnóstico o investigación de EET, especialmente en el sistema nervioso central, pueden ser potencialmente infecciosos. Por lo tanto, estos tejidos fijos deben tratarse con ácido fórmico para reducir la infectividad de los priones, si están presentes, antes del procesamiento del tejido. Esto se realiza colocando tejidos fijos y recortados (aproximadamente 2-4 mm de espesor) en un casete de procesamiento. El casete se sumerge en ácido fórmico al 98% (durante 1 h). Después de la inmersión, los casetes con pañuelos de papel se lavan en agua corriente del grifo durante 30 minutos y se devuelven al fijador antes de su posterior procesamiento. Si las secciones de tejido no se tratan antes del procesamiento, las secciones de tejido postmicrotómico deben sumergirse en ácido fórmico sin diluir durante al menos 5 minutos antes de la tinción histológica7. El protocolo IHC para PrPSc incluye un paso rutinario de desenmascaramiento de epítopos de ácido fórmico, que también sirve para inactivar los priones7. Después de estos pasos de inactivación de priones, los tejidos fijos resultantes se pueden procesar en BSL-2 utilizando prácticas estándar de BSL-2.

El requisito mínimo de muestreo de tejido para el diagnóstico de EET en cualquier animal incluido en la vigilancia de EET es la recolección del tronco encefálico (a nivel de la ex). Además, para detectar la EEB y la tembladera atípicas, se aconseja que también se recoja parte del cerebelo 1,8. Para el diagnóstico de CWD, tanto los ganglios linfáticos del tronco encefálico (obex) como los retrofaríngeos deben ser probados, ya que PrP Sc podría detectarse en tejidos linfoides sin PrPSc detectable en el obex9, revisado por Machado et al.10.

La porción obex del tronco encefálico incluye sitios diana de diagnóstico de EET, a saber, el núcleo vagal dorsal (DVN), el núcleo del tracto solitario (STN) y el núcleo del tracto espinal del nervio trigémino (V). Estas zonas presentan sistemáticamente acumulación bilateral dePrP Sc , incluso en las primeras fases de la EEB y la tembladera clásica. En los casos clínicos de EET avanzada, todas las áreas de materia gris dentro del tronco encefálico muestran una distribución generalizada de PrPSc 11.

Antes de la sección y el procesamiento, las muestras de cerebro se evalúan (Figura 1) para determinar el nivel de autólisis y la presencia de cualquier daño tisular que pueda comprometer la idoneidad de la muestra para el diagnóstico confirmatorio basado en IHQ8. Para validar la integridad de los protocolos preparatorios y los resultados analíticos, las muestras de tejido positivas y negativas para EET se incluyen como controles junto con la preparación de tejidos a partir de casos de prueba en cada ensayo.

Figure 1
Figura 1: El procedimiento IHC de PrPSc . Representación que muestra la secuencia paso a paso del procedimiento IHC de PrPSc desde la desparafinización de secciones de tejido hasta la eventual inmunotinción y detección (FFPE – Formalin-fixed paraffin-embedded; Mab – anticuerpo monoclonal; DAB – 3,3′ diaminobencidina). Esta figura fue creada en BioRender.com. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Protocol

El procedimiento IHQ descrito en este documento es un componente del proyecto de investigación FAIRJ-CT98-7021, “El establecimiento de una red europea para la vigilancia de las EET de rumiantes y la normalización y armonización del proceso y los criterios para la identificación de casos sospechosos”. Sigue los criterios diagnósticos definidos por la Organización Mundial de Sanidad Animal, WOAH (anteriormente denominada Office International des Épizooties, OIE)1 y el Laboratorio Europeo de R…

Representative Results

Dado que es posible el inmunomarcaje diana no específico, es importante determinar el nivel de inmunomarcaje no específico en animales control con EET negativas conocidas. Este es un paso importante para interpretar adecuadamente el inmunomarcaje específico de PrPSc 7 (Figura 2). Se ha observado que el marcado no diana por anticuerpos anti-PrP ocurre como tinción intraneuronal discreta de partículas finas (más evidente en el núcleo hipoglos…

Discussion

Las EET son enfermedades zoonóticas potenciales. Tras la aparición de la EEB en 1986 en el Reino Unido, Portugal se convirtió en uno de los Estados miembros de la Unión Europea con mayor incidencia de esta enfermedad14,15. Para controlar esta enfermedad, han surgido otras EET (tembladera clásica y atípica, variantes de la EEB, y actualmente la vigilancia de la desgaste crónica en cérvidos), mecanismos de vigilancia desarrollados por la Dirección General …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este artículo fue financiado por el Proyecto POCI-01-0145-FEDER-029947 “Evaluación del riesgo de desgaste crónico en Portugal” apoyado por FCT (Fundação para a Ciência e a Tecnologia) – FEDER -Balcão2020. Asimismo, los autores de la unidad de investigación CECAV recibieron financiamiento de la FCT, en el marco del proyecto UIDB/CVT/0772/2020.Agradecemos a Bruce C. Campbell, Director de Investigación (retirado), Western Regional Research Center, USDA, por su ayuda.

Materials

Absolute ethanol  Labchem LB0507-9010 Undituled
         Diluted 90%, 70% and 50% in distilled water
Avidin-biotin complex and peroxidase
Vectastain Elite ABC kit Peroxidase
Vector Laboratories PK-6100 Prepare and gently mix 30 min before use according to kit instructions. Do not mix after standing.
Biotinylated secondary antibody (Horse anti-mouse IgG H+L)  Vector Laboratories BA-2000-1.5 Dilute at 1/200 in TBS with 10% horse normal serum. Prepare the volume required depending on the number of sections.
Chromogen Diaminobenzidine- DAB, substrate kit, Peroxidase  Vector Laboratories SK-4100 Prepare before use according to kit instructions.
Use 400 µL of solution per section.
DakoCytomation Pascal pressure chamber DAKO S2800
Ehrlich’s Hematoxylin:
Hematoxylin Merck 115938 Dissolve 2 g of hematoxylin in 100 mL of absolute ethanol. Add 100 mL of distilled water, 10 mL of glacial acetic acid and 15 g of potassium alum with constant stirring. Add 100 mL of glycerin. The natural oxidation process takes 2 months, before use.
Absolute ethanol  Labchem LB0507-9010
Glacial acetic acid  Merck 101830
Potassium alum Merck 1.01047.1000
Glycerin Merck 1.04091.1000
Endogenous Peroxidase Block solution (3% concentration H2O2): 40 mL Hydrogen peroxide (30% w/w) in 360 mL Methanol.
Prepare before use
Hydrogen peroxide (30% w/w) Scharlau HI0136
Methanol  Sigma Aldrich 322415-2L
Formic acid 98% Merck 1.00264.1000 Undiluted
Microtome  Shandon-AS325 Microtome  Shandon-AS325
Mounting medium Entellan Merck 107960 Ready- to- use.
Normal serum (20% ) block solution in TBS:
Horse normal serum

Gibco

16050-122 
Prepare final volume according to the number of sections in the assay
(200 µL of solution per section).
Primary antibody anti-PrP Mouse MAb 2G11  BIORAD MCA2460 PrP 146-R154R171182
Ovine including atypical scrapie, cervine, feline. Not suitable for bovine.
According to the number of sections in the assay (200 µL of solution per section) and antibody dilution, prepare final volume in TBS supplemented with 10% of normal serum from the species the secondary antibody was raised in (horse normal serum)
Usual antibody dilution: MAb 2G11 1/100 but working dilution should be established in every new batch to get the concentration to give the strongest labelling with lowest background. For storage, freeze aliquot volumes of a minimum of 10 μL into sterile microtubes. Defrost and use one aliquot at a time. 
Primary antibody anti-PrP Mouse MAb 12F10  Cayman  Chemical Company  189710 PrP142-160
Bovine, not suitable for ovine
Usual antibody dilution: 1/200 but working dilution should also be established. Prepare as MAb 2G11
Shandon CoverplateTM chamber Thermo Scientific  72110017
Shandon Sequenza® Immunstaining center  Thermo Scientific 73300001
Shandon Sequenza® Immunstaining slide rack Thermo Scientific 73310017
Solution Citrate Buffer (10 mM pH 6.1): 2.55 g Tri-sodium citrate dihydrate  and 0.255 g Citric acid in one litre purified water.
Adjust pH of working solution to 6.1 using 10 mM citric acid solution (1.05 g citric acid in 500 mL purified water)
Prepare on assay day. 
Tri-sodium citrate dihydrate Sigma-aldrich  S4641-500G
Citric acid Sigma Aldrich C0759
Staining jar and basket Deltalab  19360
19361
Superfrost Plus microscope slides VWR 631-0108
Tris-Buffered Saline solution (TBS) (50 mM TRIZMA BASE; 0.8% NaCI; pH 7.6): 10xTBS (stock solution 0.5 M TRIZMA BASE; 8% NaCI; pH 7.6):
TRIZMA BASE 60,57 g and NaCl 80 g in 800 mL purified water. Adjust pH of stock solution using Hydrochloric acid 37% and final volume to one litre with purified water (keep 5± 3 °C until 2 months)
Dilute TBS stock solution 1/10 on assay day. 
TRIZMA BASE Sigma Aldrich T6066-1KG
Sodium Chloride (NaCl) Merck 106404
Xylene  Panreac Applied Chem ITW reagents 251769 Undiluted

Referências

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Citar este artigo
Orge, L., Lurdes Pinto, M. d., Cristovão, P., Mendonça, P., Carvalho, P., Lima, C., Santos, H., Alves, A., Seixas, F., Pires, I., Gama, A., dos Anjos Pires, M. Detection of Abnormal Prion Protein by Immunohistochemistry. J. Vis. Exp. (195), e64560, doi:10.3791/64560 (2023).

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