Dit protocol toont sequentiële immunofluorescentie en immunohistochemie op cryosecties van in het beginstadium zebravis-embryo’s die precieze colokalisatie analyses in specifieke celpopulaties mogelijk maken.
Onderzoek van intercellulaire interacties vereist vaak discrete labeling van specifieke celpopulaties en precieze eiwit lokalisatie. Het embryo van de zebravis is een uitstekend hulpmiddel voor het onderzoeken van dergelijke interacties met een in vivo model. Whole-Mount immunohistochemische en immunofluorescentie testen worden vaak toegepast in zebravis embryo’s om de eiwit expressie te beoordelen. Het kan echter moeilijk zijn om nauwkeurige mapping van co-gelokaliseerde eiwitten in driedimensionale ruimte te bereiken. Daarnaast kunnen sommige studies het gebruik van twee antilichamen vereisen die niet compatibel zijn met dezelfde techniek (bijv. antilichaam 1 is alleen geschikt voor immunohistochemie en antilichaam 2 is alleen geschikt voor immunofluorescentie). Het doel van de hierin beschreven methode is het uitvoeren van sequentiële immunofluorescentie en/of immunohistochemie op individuele cryosecties afgeleid van vroege stadia van zebravis embryo’s. Hier beschrijven we het gebruik van opeenvolgende rondes van immunofluorescentie, beeldvorming, immunohistochemie, beeldvorming voor een enkele cryosectie om een precieze identificatie van de eiwit expressie op het eencellige niveau te bereiken. Deze methodologie is geschikt voor elke studie in vroege stadia van zebravis embryo’s die nauwkeurige identificatie van meerdere eiwit doelen in individuele cellen vereist.
De zebravis is een extreem robuust modelorganisme dat momenteel wordt gebruikt in een breed scala aan disciplines in biomedisch onderzoek. Met name de snelle externe ontwikkeling en de translucentie van zebravis-embryo’s vormen een uitstekend hulpmiddel voor in vivo-studies. Hierin beschrijven we een methode voor sequentiële immunofluorescentie (IF)-en immunohistochemische (IHC)-analyses van cryogesectioneerde zebravis-embryo’s. Deze nieuwe procedure maakt gebruik van sequentiële toepassing van twee antilichamen op een enkele dia, waardoor nauwkeurige identificatie van cogelokaliseerde eiwitten op cellulair niveau, terwijl het behoud van weefsel secties. Dit protocol is met name nuttig voor studies met het zebravis-model, aangezien een relatief klein aantal antilichamen is gevalideerd voor gebruik in IF-en/of IHC-toepassingen in zebravis in vergelijking met Muismodellen.
De observatie van intercellulaire interacties is een essentieel element in veel studies, en kan belangrijke inzichten geven in moleculaire mechanismen die functioneren op cellulair niveau dat fenotypes op het organismale niveau onderdoet. Bovendien kan eiwit expressie informatie geven over cellulaire functie, vooral bij het onderzoeken van de expressie van meerdere eiwitten tegelijk binnen de cel (co-lokalisatie). Hoewel hele IHC en als veelgebruikte technieken voor het analyseren van eiwit expressie in zebravis embryo’s1,2,3,4,5, kunnen hele Mount procedures worden problematisch voor het bereiken van precieze colokalisatie gegevens. In onze ervaring, het kan moeilijk zijn om onderscheid te maken tussen lagen van weefsel en visualiseren van eiwit expressie op het niveau van de eencellige in hele-Mount specimens. Beeldvormings software Programma’s kunnen doorgaans geen onderscheid maken tussen oppervlakte kleuring versus diepere vlekken. Niet-oppervlakte niveau eiwit expressies kunnen worden verduisterd door meer helder uitgedrukt oppervlakte niveau expressie, wat leidt tot onnauwkeurigheden in kwantificering. Bovendien zijn de meeste traditionele zebravis clearing methoden vrij giftig6 en dus minder wenselijk voor gebruik.
Op antilichamen gebaseerde technieken, zoals IF en IHC, worden vaak gebruikt om eiwit expressie te detecteren in materiaal dat is verdeeld, waardoor de identificatie van discrete celpopulaties die een bepaald eiwit in complexe weefsels uitdrukken, wordt vereenvoudigd. IHC wordt vaak gebruikt voor colokalisatie, het vaakst door het gebruik van twee verschillende antilichamen geconjugeerd in verschillende gastheer soorten en gevisualiseerd met verschillende gekleurde chromogenen4,7,8,9 , 10. het gebruik van meerdere chromogenen kan echter leiden tot niet-specifieke achtergrondkleuring of onverenigbaarheid van kleuren11,12.
We ontwikkelden een nieuw protocol voor de detectie van meervoudige eiwitten door sequentiële IF en IHC op cryosectioneerde, in het beginstadium zebravis-embryo’s. Cryosnijden is bijzonder geschikt voor delicate weefsels zoals zebravis embryo’s, en cryosecties zijn superieur aan paraffine-ingesloten secties voor fluorescentie-gebaseerde assays13,14. We kozen ervoor om gecombineerde IF en IHC te optimaliseren in plaats van Dual-Color als of IHC, om het probleem van antilichamen onverenigbaarheid voor een enkel assay type te omzeilen. Deze problemen zijn met name relevant voor onderzoek waarbij zebravis wordt gebruikt vanwege het beperkte aantal in de handel verkrijgbare antilichamen die worden gevalideerd voor gebruik in zebravis. In feite toonde een studie van vier grote bedrijven aan dat in de handel verkrijgbare antilichamen voor gebruik in de muis ongeveer 112.000 versus ongeveer 5.300 voor gebruik in zebravis15waren. Ten slotte hebben we ervoor gekozen om een protocol te ontwikkelen dat kan worden uitgevoerd op één cryosectie, wat essentieel is bij het werken met kleine of beperkte weefselmonsters zoals verkregen uit zebravis embryo’s.
Dit protocol is ontworpen om het proliferatieve gedrag van donor cellen te beoordelen in 48 h post-fertilisatie chimerische zebravis-embryo’s die werden gegenereerd door blastula-to-blastula-transplantatie zoals beschreven door Carmany-Rampey en Moens16. Donor embryo’s werden geïnjecteerd in de eencelfase met een fluorescentend gelabeld dextran-conjugaat voorafgaand aan transplantatie van donor cellen in ontvangende embryo’s. We gebruikten immunofluorescentie voor ser 10 gefosforyleerd histone H3 (pH3) voor het opsporen van prolifererende cellen gevolgd door immunohistochemie voor het gelabelde dextran om donor cellen in chimerische zebravis-embryo’s te detecteren. Sequentiële detectie van pH3 en het gelabelde dextran binnen een enkele cryosectie konden ons identificeren en kwantificeren van individuele cellen die beide markers uitgedrukt.
Dit sequentiële IF/IHC-protocol voor gecryoeerde zebravis zal een nuttig hulpmiddel zijn voor zebravis-onderzoekers die een colokalisatie protocol voor eiwit expressie wensen. De problemen waarmee dit protocol is bedoeld, zoals kleine weefsel specimens en beperkte beschikbaarheid van antilichamen, zijn niet uniek voor het zebravis-model. Deze methode kan daarom van toepassing zijn op elke onderzoeker die wil sequentieel uitvoeren als/IHC.
ETHISCHE VERKLARING:
Alle dierproeven zijn goedgekeurd door het institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, VS.
We hebben een nieuwe methode voor gecombineerde immunofluorescentie en immunohistochemie gepresenteerd die een belangrijke stap voorwaarts is in het uitvoeren van colokalisatie-experimenten op cryogesectioneerde zebravis-embryo’s. Er is een kritisch gebrek aan bestaande colokalisatie protocollen die zijn geoptimaliseerd voor gebruik met kleine embryo’s en cryosectionmateriaal17,18, die beide anders vaak worden gebruikt in moleculaire studies14. Bestaande colokalisatie protocollen richten zich voornamelijk op gelijktijdige visualisatie van twee fluoroforen17,18. Hoewel deze protocollen goed kunnen werken, wordt hun bruikbaarheid beperkt door de beschikbaarheid van antilichamen die (i) in zebravis kunnen worden gebruikt en (II) compatibel zijn met IF.
Wij zijn van mening dat het gebruik van cryosnijden voor zebravis embryo’s een significant voordeel biedt op het gebied van bewaarde weefsel morfologie. Aangezien IHC vaker wordt uitgevoerd op paraffine secties dan cryosecties7,8, is verdere verkenning van op cryosection gebaseerde IHC-methoden voor de detectie van eiwit expressie gerechtvaardigd. Het gebruik van de hele steun is een veelgebruikte methode voor het visualiseren van uitdrukkings niveaus in zebravis embryo’s, en wordt vaker beschreven in de literatuur dan bij gebruik van cryosecties1,2,3,4, 19. Echter, hele Mount protocollen hebben beperkingen, met inbegrip van het gebrek aan nauwkeurige lokalisatie van eiwitten uitgedrukt in diepe weefsels en het potentieel voor oppervlakte niveau expressie tot obscure eiwit expressie in diepere weefsels. We hebben consequent uitstekend onderhoud van cellulaire morfologie waargenomen na cryopreservation, snijden, en sequentiële IF en IHC. Voor toepassingen waarvoor een precieze lokalisatie van de eiwit expressie op het niveau van één cel vereist is, is er een significant voordeel voor op sectie gebaseerde procedures zoals we in dit protocol hebben beschreven. Hars insluiten biedt een alternatieve optie voor het uitvoeren van IF-of IHC-assays op secties van in het beginstadium zebravis-embryo’s20. Hars secties bieden superieure behoud van weefsel morfologie in vergelijking met cryosecties, en relatief dunnere weefsel secties kunnen worden voorbereid. Fabrikanten raden echter meestal het gebruik van hars secties voor immuno gebaseerde assays niet aan, omdat sommige componenten van de harsen niet uit de secties kunnen worden verwijderd en antilichaam binding sites kunnen maskeren21.
Hoewel het hele Protocol essentieel is voor een accurate en geslaagde analyse van expressie patronen, zijn enkele specifieke stappen van cruciaal belang voor experimenteel succes. De eerste cruciale stap is de behandeling van embryo’s tijdens het insluiten in oktober13,14. Het kan een uitdaging zijn om elk embryo in hetzelfde dwarsvlak te oriënteren, zodat secties van ongeveer hetzelfde gebied voor alle embryo’s worden afgesneden. We hebben geconstateerd dat het gebruik van kleine ijknaalden om kleine, opzettelijke bewegingen uit te voeren via het viskeuze LGO-medium voor de embryonale oriëntatie superieur is aan het gebruik van de Tang, die te groot is en te veel OCT-medium verdringen. Een tweede kritieke stap vindt plaats tijdens het snijden van bevroren blokken, omdat het moeilijk kan zijn om secties van hoge kwaliteit te verkrijgen die het gewenste weefsel (en) bevatten zonder significante training en ervaring. We raden daarom aan om testsamples te gebruiken totdat de techniek wordt beheerst. Een derde kritieke stap is het verwijderen van de dekslip, die het potentieel heeft om weefselmonsters te storen of af te strippen. We hebben geconstateerd dat een combinatie van zachte opwinding om de dekslip los te maken en het langzaam verwijderen van de glijbaan uit de PBS-container de meest effectieve manier is om dekstroken te verwijderen. Een zachte en stabiele hand is het beste; onderzoekers kunnen vinden dat sommige trial and error is noodzakelijk om te leren hoe te verwijderen dekbonnen effectief.
Extra belangrijke stappen in het protocol zijn antilichaam optimalisatie (primaire en secundaire antilichamen voor zowel IF-Als IHC-assays) en blootstelling van dia’s aan het chromogene substraat en contra vlek. Grondig onderzoek naar de specificiteit van primaire antilichamen en de doelconcentratie is essentieel; over het algemeen is het het beste om voldoende niet-kostbare monsters te verzamelen voor ten minste twee afzonderlijke experimenten voor IF en IHC die zullen worden uitgevoerd om de primaire antilichaamconcentraties te optimaliseren voordat de IF/IHC-combinatie begint. Met inbegrip van een bekende positieve en negatieve controle voor elk primair antilichaam is essentieel in elk experiment om ervoor te zorgen dat zowel als en IHC assays op de juiste wijze presteren. Aanpassingen van de secundaire antilichaam concentratie kunnen ook noodzakelijk zijn. Optimalisatie van de blootstelling van weefsel secties aan het chromogene substraat en contra vlek voor de IHC-test is vereist, aangezien de richtlijnen van de fabrikant vaak een breed scala aan mogelijke blootstellings tijden beschrijven. Niet alle chromen genen kunnen verenigbaar zijn met tegen vlekken en endogene weefsel pigmentatie, waarbij zorgvuldige planning vereist is met betrekking tot de selectie van chromogeen.
Er zijn tal van mogelijke wijzigingen die kunnen worden toegepast op het beschreven protocol, en we hebben dit protocol met succes uitgevoerd met andere combinaties van antilichamen die niet beide kunnen worden gebruikt voor als. Zoals hierboven vermeld, hebben chromogene stoffen een duidelijke compatibiliteit met specifieke tegen vlekken. We hebben geconstateerd dat deze componenten gemakkelijk te modificeerbaar zijn in het protocol. Bovendien zijn de parameters voor de incubatie van antilichamen vrij flexibel en kunnen ze worden verhoogd of verlaagd, afhankelijk van de gewenste kleurings intensiteit. Het insluitings proces kan ook worden gewijzigd. Hoewel we ons hebben geconcentreerd op dwarsdoorsneden, kunnen embryo’s gemakkelijk worden georiënteerd in elke richting om bepaalde weefsels van belang aan te pakken. Ten slotte zijn er meerdere mogelijke pauze punten in dit protocol. Gedehydrateerde embryo’s kunnen gedurende enkele maanden worden opgeslagen in 100% MeOH bij-20 °C; Bevroren blokken kunnen maximaal drie maanden bij-80 °C worden bewaard; en bereide glijbanen kunnen tot negen maanden bij-80 °C bewaard worden in een Slide box.
Vanwege de relatieve complexiteit van dit gecombineerde IF/IHC-protocol zijn er meerdere mogelijke bronnen van variatie of fout die problemen kunnen vereisen, variërend van weefsel kwaliteit tot onderzoeker ervaring om de behandeling te voorkomen. De meeste van de hierboven beschreven kritieke stappen worden beschouwd als kritiek omdat ze vereisen optimalisatie op het niveau van de individuele gebruiker of ze vereisen specifieke Behendigheid, vaardigheid en ervaring. We hebben echter geconstateerd dat niet-specifieke achtergrondkleuring en lage signaalintensiteit de belangrijkste problemen zijn die optimalisatie vereisen. Net als bij elk IF-of IHC-protocol kan het aanpakken van deze problemen tijdrovend en arbeidsintensief zijn, en kan het worden verergerd door deze methode, omdat de twee technieken worden gecombineerd. Om deze reden raden we ten zeerste aan om te optimaliseren als en IHC afzonderlijk voordat u doorgaat met het gecombineerde protocol.
Hoewel we voorspellen dat deze methode nuttig zal zijn voor een breed scala aan experimenten, zijn er mogelijke beperkingen. Succesvolle uitvoering van deze procedure is afhankelijk van het handhaven van intact weefselmonsters door middel van twee sequentiële experimenten met een groot aantal wasstappen. Om deze reden, eventuele problemen die zich voordoen tijdens het snijden of weefselbehandeling, met inbegrip van het gebruik van oudere dia’s die kunnen zijn aangetast in kwaliteit, zal het vermogen van onderzoekers om dit protocol succesvol uit te voeren aanzienlijk beperken. Hoewel dia’s mogelijk maximaal negen maanden bij-80 °C kunnen worden bewaard, daalt de hechting van weefsels aan dia’s na verloop van tijd en hadden we het beste succes met dia’s die worden gebruikt binnen een maand van voorbereiding of idealiter, de volgende dag. Een tweede beperking is de kleine footprint van zebravis embryo’s. Hoewel we hebben geconstateerd dat dit experiment nuttig is bij het visualiseren van eiwitten die relatief overvloedig zijn uitgedrukt in vroege stadia van embryo’s, kunnen eiwitten die inconsistent of op laag niveau worden uitgedrukt, zeer moeilijk te vatten zijn in een sectie. Tot slot, aangezien het protocol 10 \ u201212 μm cryosecties gebruikt, is het het meest geschikt voor de evaluatie van eiwit expressie in grotere structuren, zoals kernen, in plaats van kleinere sub-cellulaire componenten.
Samenvattend, ons gecombineerde IF/IHC-protocol zal voordelig zijn voor een breed scala aan studies in vroege stadia van zebravis embryo’s, en vormt een belangrijke innovatie in precieze eiwit expressie analyse in dergelijke specimens. Onze methode, die met succes wordt getoond in Figuur 5, stelt onderzoekers in staat om de delicate morfologie van in het beginstadium gezebravis embryo’s in cryosecties te behouden tijdens het werken met het enigszins beperkte bereik van momenteel beschikbare primaire antilichamen die gevalideerd voor gebruik in IF of IHC bij deze soort. Dit protocol zal waarschijnlijk nuttig zijn voor studies in andere vissoorten en amfian soorten (bijv. Medaka en Xenopus spp.), die worden gehinderd door soortgelijke beperkingen van de beschikbaarheid van antilichamen, en kunnen van toepassing zijn op traditionele zoogdier modellen zoals Goed.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gesteund door NIH Grant 5K01OD021419-02 en NC State University College voor diergeneeskunde.
15/25 | N/A | N/A | 15% fish gelatin/25% sucrose w/v, made in dH2O |
Alexa 555 secondary antibody | Invitrogen | A21429 | used at 1:2000 dilution in block buffer for IF |
Antibody Diluent | Dako | S3022 | |
Background Buster | Innovex | NB306 | |
block buffer (IF) | N/A | N/A | 5% normal goat serum, 0.1% Triton X-100 in 1X PBS |
cellSens imaging software | Olympus | cellSens | imaging software used with compound light microscope |
chimeric zebrafish embryos | N/A | N/A | AB wild-type chimera zebrafish embryos analyzed at 48 hpf |
Compound light microscope | Olympus | BX51 | used with digital camera and cellSens imaging software for image capture after IHC |
Confocal fluorescence microscope | Leica | DM 2500 | used with digital camera and Leica Application Suite Advanced Fluorescence imaging software for image capture after IF |
disposable plastic molds, 15 mm x 15 mm x 5 mm | Ted Pella | 27147-2 | |
Digital camera, light microscope | Olympus | DP27 | |
Digital camera, fluorescence microscope | Leica | TCS SPE | |
Ethanol | Koptec | V1001 | |
fish gelatin | Sigma | G7041 | |
Glass slides | Fisher | 12-550-15 | |
Hydrogen peroxide, 30% | Fisher | H325-100 | |
ImmPRESS HRP Polymer detection kit | Vector | MP-7401 | anti-rabbit secondary antibody, HRP polymer |
Leica Application Suite Advanced Fluorescence imaging software | Leica | LAS AF 2.3.6 | imaging software used with confocal fluorescence microscope |
Methanol | Fisher | A452-4 | |
Modified Meyer's Hematoxylin | Thermo | 72804 | |
Normal Goat Serum | MP Biomedical | 191356 | |
OCT medium | Tissue-Tek/Fisher | 4583/4585 | |
anti-Oregon Green antibody | Molecular Probes/Life Technologies | A889 | used at 1:7500 dilution for IHC |
Oregon Green Dextran | Invitrogen | P7171 | used at 2.5% in 0.2M KCl |
Paraformaldehyde, 4% | Acros Organics | 416780030 | made in lab in 1x PBS |
Permount | Fisher | SP15 | |
1X phosphate-buffered saline | made in lab | N/A | 50 mL 10x PBS, up to 500 mL volume with dH2O |
10X phoshpate-buffered saline | made in lab | N/A | use Cold Spring Harbor protocol |
1X PBSt | made in lab | N/A | 50 mL 10x PBS, 1 mL 10% Tween 20, up to 500 mL volume with dH2O |
anti-Ser10 phosphorylated Histone H3 antibody | Santa Cruz | sc-8656-R | used at 1:500 dilution for IF |
Scott's Tap Water | Electron Microscopy Sciences | 26070-06 | have used other brands successfully in addition to EMS |
sucrose | Amresco | 335 | |
Tween-20 | Fisher | BP337 | |
TO-PRO3 | Invitrogen | T3605 | used at 1:1000 in 1x PBS for IF |
1X Tris-buffered saline | made in lab | N/A | 50 mL 10x TBS, up to 500 mL volume with dH2O |
10x Tris-buffered saline | made in lab | N/A | 85 g NaCl, 61 g Tris base, up to 1 L volume with dH2O |
1X TBSt | made in lab | N/A | 50 mL 10x TBS, 1 mL 10% Tween 20, up to 500 mL volume with dH2O |
Triton X-100 | Acros Organics | 327371000 | |
Vectashield | Vector | H-1000 | non-hardening mounting media |
Vector NovaRed substrate | Vector | SK-4800 | HRP substrate |
Xylene | Fisher | X3P-1GAL |