פרוטוקול זה ממחיש החיסונית רציפים של האנטי ואימונוהיסטוכימיה על קריודורים מן השלב המוקדם של העוברים ומאפשרים לניתוחי לוקליזציה מדויקים באוכלוסיות תאים ספציפיות.
חקירת אינטראקציות בין-סלולריות דורשת לעתים קרובות תיוג בדיד של אוכלוסיות תאים ספציפיות ולוקליזציה של חלבונים מדויקים. העובר הדג הוא כלי מצוין לבדיקת אינטראקציות כאלה עם מודל vivo. כל הר אימונוהיסטוככימיים ואימונוכימיקלים מיושם לעתים קרובות בעוברי דגים דג זברה להעריך את הביטוי חלבון. עם זאת, זה יכול להיות קשה להשיג מיפוי מדויק של חלבונים שיתוף מקומי במרחב תלת מימדי. בנוסף, מחקרים מסוימים עשויים לדרוש שימוש בשני נוגדנים שאינם תואמים לאותה טכניקה (למשל, נוגדן 1 מתאים רק לאימונוהיסטוכימיה ונוגדן 2 מתאים רק לimmunofluorescence). מטרת השיטה המתוארת בזאת היא לבצע מרפאוולוגיה רציפה ו/או אימונוהיסטוכימיה על חלקי קריוקיים שמקורם בשלב מוקדם של עוברי דגים. כאן אנו מתארים את השימוש של סיבובים רציפים של immunofluorescence הדמיה, אימונוהיסטוכימיה, הדמיה עבור הקפאה בודד על מנת להשיג זיהוי מדויק של ביטוי חלבון ברמת תא בודד. מתודולוגיה זו מתאימה לכל מחקר בשלב מוקדם של עוברי דגים שדורשים זיהוי מדויק של מטרות חלבון מרובות בתאים בודדים.
הדג הוא אורגניזם מודל חסון מאוד, המשמש כיום לאורך מגוון רחב של דיסציפלינות במחקר ביו-רפואי. בפרט, פיתוח חיצוני מהיר ו הרי של עוברי דגים לספק כלי מצוין עבור במחקרים vivo. להלן, אנו מתארים שיטה לניתוח האימונוכימיקלים הרציפים (IF) ו אימונוהיסטוכימיה (IHC) ניתוחים של עוברי הדגים בהקפאה. הליך זה משתמש ביישום רציף של שני נוגדנים בשקופית אחת, ומאפשר זיהוי מדויק של חלבונים מותאמים לשפות אחרות ברמה התאית תוך שימור מקטעי רקמות. פרוטוקול זה שימושי במיוחד עבור מחקרים עם מודל דג זברה, מאז מספר קטן יחסית של נוגדנים אומתו לשימוש ביישומים IF ו/או ihc בדגים בהשוואה לדגמי העכבר.
התבוננות באינטראקציות בין-סלולריות היא מרכיב חיוני במחקרים רבים, והיא עשויה לספק תובנות מפתח למנגנונים מולקולריים הפועלים במישור הסלולר הפנוטיפים ברמה הארגונית. בנוסף, ביטוי החלבון יכול לספק מידע על הפונקציה התאית, במיוחד כאשר בוחן ביטוי של מספר חלבונים בו בתוך התא (לוקליזציה משותפת). למרות מלאה-הר ihc ואם הם בשימוש נפוץ טכניקות לניתוח ביטוי חלבון ב-דג זברה עוברי1,2,3,4,5, הליכי הר שלם יכול להיות בעייתי להשגת נתונים מדויקים ללוקליזציה. בניסיון שלנו, זה יכול להיות קשה להבדיל בין שכבות של רקמה לבין הביטוי חלבון ביטוי ברמה תא יחיד בתוך כל המינים. תוכנות לדימות יכולות בדרך כלל להיות מסוגלים להבדיל בין צביעת פני שטח לעומת כתמים עמוקים יותר. ביטויים של חלבון ברמה שאינה מפני השטח יכולים להיות מטושטשים על-ידי ביטוי ברמה גבוהה יותר של משטח בוהק, המוביל אי-דיוקים בקוונפיקציה. בנוסף, שיטות הניקוי המסורתי ביותר של הדגים הם רעילים למדי6 ולכן פחות רצוי לשימוש.
טכניקות מבוססות נוגדן, כגון IF ו-IHC, משמשות לעתים קרובות כדי לזהות ביטוי חלבונים בחומר מנות, מפשט את הזיהוי של אוכלוסיות תאים דיסקרטית המבטאים חלבון מסוים בתוך רקמות מורכבות. Ihc משמשת בדרך כלל ללוקליזציה, לעתים קרובות באמצעות שני נוגדנים שונים מצוכרים במינים מארחים שונים ודמיינו עם כרומוגנים בצבעים שונים4,7,8,9 , 10. עם זאת, שימוש במספר כרומוגנס יכול להוביל לצביעת רקע לא ספציפי או אי-תאימות של צבעים11,12.
פיתחנו פרוטוקול הרומן לגילוי של חלבונים מרובים על ידי רציף IF ו-ihc על מנות בשלב מוקדם של עוברי דג דג זברה. קריוסיסירהמתאימה במיוחד לרקמות העדינות כגון עוברי הדגים והקריוקטרונים מעולים לחלקים משובצים בפרפין בעלי מראה מבוסס-פלואורסצנטית13,14. בחרנו למטב את IF ו-IHC משולבים במקום אם או IHC בצבעים כפולים, כדי לעקוף את בעיית חוסר התאימות של הנוגדנים לסוג של שיטת התאמה בודדת. בעיות אלה רלוונטיות במיוחד עבור מחקר מעורבים דגים עקב מספר מוגבל של נוגדנים זמינים מסחרית כי הם מאומתים לשימוש ב-דג זברה. למעשה, מחקר של ארבע חברות גדולות הראו כי נוגדנים זמינים מסחרית לשימוש בעכבר היה על 112,000 לעומת כ 5,300 לשימוש ב-דג זברה15. בסופו של דבר, בחרנו לפתח פרוטוקול שניתן לבצע על הקפאה אחת, שהיא חיונית כשעובדים עם דגימות רקמות קטנות או מוגבלות כגון המתקבלים מעוברי הדגים.
פרוטוקול זה תוכנן כדי להעריך את ההתנהגות ההתרבות של תאי התורם ב 48 h אחרי הפריה שלאחר ההפריה העוברי דגים שנוצרו על ידי השתלת blastula-to-blastula כפי שמתואר על ידי Carmany ראמאלפי ו Moens16. עוברי תורם הוזרק על הבמה תא אחד עם המשלים תוספי בתווית לפני השתלת תאים תורמים לעוברי הנמען. השתמשנו באימונוכימיה עבור Ser 10 זרחניים histone H3 (pH3) כדי לזהות תאים מתרבים ואחריו אימונוהיסטוכימיה על התווית תוספי לזהות תאים תורמים בצ העוברים עוברי דגים. זיהוי סדרתי של pH3 ו תוספי בתווית בתוך מדור הקפאה אחד איפשר לנו לזהות ולכמת תאים בודדים הביעו שני סמנים.
פרוטוקול IF/ihc זה רציף עבור דג ההקפאה יספק כלי שימושי עבור חוקרים דג זברה המבקשים פרוטוקול לוקליזציה עבור ביטוי חלבון. הבעיות שפרוטוקול זה נועד לטפל בהן, כגון דגימות של רקמה קטנה וזמינות מוגבלת של נוגדנים, אינן ייחודיות לדגם דג זברה. לפיכך, ייתכן ששיטה זו תהיה שימוש עבור כל חוקר שרוצה לבצע את הפעולות הרציפות IF/IHC.
הצהרת אתיקה:
כל מחקרים בעלי חיים אושרו על ידי הוועדה טיפול בעלי חיים מוסדיים והשתמש, צפון קרוליינה סטייט, ראלי, צפון קרוליינה, ארצות הברית.
הצגנו שיטה הרומן לשילוב immunofluorescence ואימונוהיסטוכימיה המייצגת צעד חשוב קדימה בביצוע ניסויים בלוקליזציה של העברת דגים בהקפאה. יש חוסר קריטי של פרוטוקולים קיימים לוקליזציה האופטימיזציה לשימוש עם עוברים קטנים וחומרים קריוסמנות17,18, שניהם בשימוש נפוץ במחקרים מולקולריים14. פרוטוקולי לוקליזציה קיימים מתמקדים בעיקר בהדמיה בו של שני fluorophores17,18. בעוד פרוטוקולים אלה יכולים לפעול היטב, התועלת שלהם מוגבלת על ידי זמינות של נוגדנים כי (אני) ניתן להשתמש ב-דג זברה ו (ii) תואמים IF.
אנו חשים כי שימוש בהקפאה עבור עוברי דגים מספק יתרון משמעותי במונחים של מורפולוגיה רקמות שנשמרו. כמו ihc הוא נפוץ יותר בשימוש על סעיפים פרפין מאשר קריוסעיפים7,8, חקירה נוספת של שיטות ihc מבוססות של קריוסעיף לאיתור של ביטוי חלבון מוצדקת. השימוש בהר כולו אם הוא שיטה נפוצה להמחיש רמות הביטוי בעוברי הדגים דג זברה, והוא מתואר באופן נפוץ יותר בספרות מאשר אם באמצעות קריוסעיפים1,2,3,4, . בן 19 עם זאת, לפרוטוקולי הטעינה השלמה יש מגבלות, כולל היעדר לוקליזציה מדויקת של חלבונים המתבטאת ברקמות עמוקות והפוטנציאל לביטוי ברמת המשטח לביטוי חלבון עלום ברקמות עמוקות יותר. בעקביות הבחנו תחזוקה מצוינת של מורפולוגיה תאית בעקבות הקפאה, הקפאת, ורציפים IF ו-IHC. עבור יישומים הדורשים לוקליזציה מדויקת של ביטוי החלבון ברמת התא הבודד, יש יתרון משמעותי בהליכים מבוססי המקטעים כפי שתיארנו בפרוטוקול זה. הטבעה שרף מספק אפשרות חלופית עבור ביצוע IF או ihc בחני בסעיפים משלב מוקדם של העוברים השלבים20. מקטעי שרף לספק שימור מעולה של מורפולוגיה רקמות לעומת קריודורים, ומקטעי רקמות דקים יחסית יכול להיות מוכן. עם זאת, היצרנים בדרך כלל לא ממליצים על השימוש בסעיפים שרף עבור מבוסס על מבוססי-אימונואומר, כמו מרכיבים מסוימים של שרפים לא ניתן להסיר מן הסעיפים ועשויים מסכה לאתר כריכת נוגדנים21.
בעוד הפרוטוקול כולו חיוני לניתוח מדויק ומוצלח של דפוסי הביטוי, כמה צעדים ספציפיים הם קריטיים להצלחה ניסויית. הצעד הקריטי הראשון הוא טיפול של עוברים במהלך הטבעה באוקטובר13,14. זה יכול להיות מאתגר לכוון כל העובר במישור הרוחבי אותו, כך סעיפים הם חותכים בערך באותו אזור עבור כל העוברים. מצאנו כי באמצעות מחטים מד קטן לבצע תנועות קטנות, מכוון דרך מדיום OCT צמיג עבור כיוון העובר הוא מעולה לשימוש מלקחיים, שהם גדולים מדי ולתפוס יותר מדי OCT בינונית. צעד קריטי שני מתרחש במהלך הירידה של בלוקים קפואים, כפי שהוא יכול להיות קשה להשיג מקטעים באיכות גבוהה המכילים את הרקמה הרצויה (ים) ללא הכשרה משמעותית וניסיון. לפיכך, אנו ממליצים על שימוש בדגימות מבחנים עד לשליטה בטכניקה. צעד קריטי שלישי הוא coverslip הסרת, אשר יש את הפוטנציאל להפריע או להסיר דגימות רקמה. מצאנו כי שילוב של עצבנות עדינה כדי לשחרר את שמיכות והסרה איטית של השקופית מן המכל PBS היא הגישה היעילה ביותר עבור הסרת coverslip. יד עדינה ויציבה היא הטובה ביותר; החוקרים עשויים לגלות כי כמה ניסוי וטעייה יש צורך ללמוד כיצד להסיר שמיכות ביעילות.
שלבים חשובים נוספים בפרוטוקול כוללים אופטימיזציה של נוגדן (נוגדנים ראשוניים ומשניים עבור IF ו-IHC assays) וחשיפה של שקופיות למצע כרומוגניים וכתמי נגד. מחקר מעמיק לגבי ספציפיות הנוגדן העיקרי ריכוז היעד הוא חיוני; בדרך כלל, עדיף לאסוף דגימות לא יקרות מספיק עבור לפחות שני ניסויים נפרדים עבור IF ו-IHC שיבוצעו כדי לייעל ריכוזי הנוגדן העיקרי לפני תחילת השילוב IF/IHC. כולל שליטה חיובית ושלילית ידועה עבור כל נוגדן ראשוני הוא חיוני בכל ניסוי כדי להבטיח כי הן IF ו-ihc בחני מופיעים כראוי. התאמות ריכוז נוגדן משני עשוי להיות גם הכרחי. אופטימיזציה של חשיפה של מקטעי רקמות למצע כרומוגניים וכתמים לצורך שיטת IHC נדרשת, מאחר שהנחיות היצרן מתארות לעתים קרובות מגוון רחב של זמני חשיפה אפשריים. לא כל כרומוגנס יכול להיות תואם כתמי נגד ופיגמנטציה רקמה אנדוגניים, המחייב תכנון קפדני לגבי בחירת כרומוגן.
קיימים שינויים פוטנציאליים רבים שניתן להחילם על הפרוטוקול המתואר, וביצעת בהצלחה פרוטוקול זה עם צירופים אחרים של נוגדנים שלא ניתן היה להשתמש בהם עבור IF. כאמור, לחומרים כרומוגניים יש תאימות ברורה לכתמי-נגד ספציפיים. גילינו כי מרכיבים אלה ניתן לשינוי בקלות בפרוטוקול. בנוסף, הפרמטרים של דגירה הנוגדן הם גמישים למדי, וניתן להגדיל או להקטין בהתאם לעוצמת הצביעה הרצויה. ניתן גם לשנות את תהליך ההטבעה. למרות שאנו מתמקדים במקטעים רוחבי, העוברים יכולים בקלות להיות מכוונים לכל כיוון כדי לטפל ברקמות מסוימות של עניין. לבסוף, קיימות מספר נקודות השהיה אפשריות בפרוטוקול זה. עוברים יבשים ניתן לאחסן 100% MeOH ב-20 ° c במשך כמה חודשים; בלוקים קפואים ניתן לאחסן ב-80 ° צ’ עד שלושה חודשים; וניתן לאחסן שקופיות מוכנות ב-80 ° c עד תשעה חודשים בתיבת שקופיות.
בשל המורכבות היחסית של פרוטוקול IF/IHC המשולב, קיימים מקורות אפשריים מרובים של וריאציה או שגיאה העשויים לדרוש פתרון בעיות, החל מאיכות הרקמה ועד לניסיון החוקר לטיפול במדגם. רוב השלבים הקריטיים המתוארים לעיל נחשבים לקריטיים כיוון שהם דורשים אופטימיזציה ברמת המשתמש הבודדת או שהם דורשים מיומנות, מיומנות וניסיון מסוימים. עם זאת, גילינו כי מכתים רקע לא ספציפי ועוצמת אות נמוכה הם הנושאים המשמעותיים ביותר הדורשים אופטימיזציה. כמו בכל פרוטוקול IF או IHC, הטיפול בבעיות אלה עשוי לגזול זמן רב ולעבוד באופן אינטנסיבי, וניתן לשלבו עם שיטה זו מאחר ששתי הטכניקות משולבות. מסיבה זו, אנו ממליצים מאוד למטב את IF ו-IHC בנפרד לפני שממשיכים עם הפרוטוקול המשולב.
בעוד אנו מנבא כי שיטה זו תהיה שימושית עבור מגוון רחב של ניסויים, יש מגבלות פוטנציאליות. ביצוע מוצלח של הליך זה תלוי בשמירה על דגימות רקמה שלמות באמצעות שני ניסויים רציפים הכוללים מספר שטיפת שלבים. מסיבה זו, כל בעיה שתיווצר במהלך הטיפול בבעיות או ברקמה, לרבות שקופיות ישנות יותר שעלולות לרדת באיכות, תגביל באופן משמעותי את יכולתם של החוקרים לבצע בהצלחה פרוטוקול זה. למרות שניתן לאחסן שקופיות ב-80 ° צ’ עד תשעה חודשים, הדבקות ברקמות מירידה במשך הזמן והייתה לנו את ההצלחה הטובה ביותר עם שקופיות המשמשות בתוך חודש של הכנה או באופן אידיאלי, למחרת. הגבלה שנייה היא טביעת הרגל הקטנה של עוברי הדגים. למרות שמצאנו את הניסוי הזה כדי להיות שימושי להמחיש חלבונים כי הם בשפע יחסית העוברים בשלב מוקדם, חלבונים כי הם ביטוי בלתי עקבי או ברמות נמוכות עלול להיות קשה מאוד ללכוד בסעיף. בסופו של דבר, מאז הפרוטוקול משתמש 10 \ u201212 יקרומטר שכדורים, הוא מתאים ביותר להערכה של ביטוי חלבון במבנים גדולים יותר, כגון גרעינים, במקום רכיבים תת-סלולריים קטנים יותר.
לסיכום, פרוטוקול IF/IHC המשולב שלנו יהיה יתרון עבור מגוון רחב של מחקרים בשלב מוקדם של עוברי דגים, והוא מייצג חדשנות חשובה בניתוח ביטוי חלבונים מדויקים בדגימות כאלה. השיטה שלנו, המוצגת בהצלחה באיור 5, תאפשר לחוקרים לשמר את המבנה העדין של עוברי בשלב מוקדם של העוברים בהקפאה בתוך העבודה עם מגוון מוגבל במקצת של נוגדנים העיקרי זמין כעת, כי הם אומת לשימוש ב-IF או IHC במין זה. פרוטוקול זה עשוי להיות שימושי עבור מחקרים של דגים אחרים ומינים אמפיחיים (למשל, מאקה ו xenopus spp.), אשר הוגבלו על ידי מגבלות דומות לזמינות הנוגדן, והיא עשויה להיות ישימה עבור דגמי יונקים מסורתיים כ ובכן.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכת על ידי NIH המענק 5K01OD021419-02 ו-NC סטייט המכללה לרפואה וטרינרית.
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 |