Cryosectioning aaneengesloten Regio's van een enkele muis skeletspieren voor Gene Expression en histologische Analyses
Summary
Opeenvolgende cryo-secties verzameld histologische toepassingen en verrijking van RNA voor genexpressie metingen met aangrenzende gebieden van een enkele muis skeletspier schakelen. Hoogwaardige RNA wordt verkregen 20-30 mg samengevoegd vriescoupes en metingen worden direct vergeleken verschillende applicaties.
Abstract
Bij deze methode worden opeenvolgende cryosecties verzameld zowel microscopie toepassingen voor weefsel histologie en verrijking van RNA voor genexpressie met behulp aangrenzende gebieden van een enkele muis skeletspier schakelen. Doorgaans is het een uitdaging om voldoende homogenisering van kleine skeletspieren monsters te bereiken omdat buffer volumes te laag voor een efficiënte slijpen toepassingen kunnen zijn, maar zonder voldoende mechanische verstoring, het dichte weefsel architectuur van de spier grenzen penetratie van buffer reagentia, uiteindelijk veroorzakend lage RNA opbrengst. Door het volgen van het protocol hier gemeld, zijn 30 micrometer secties verzameld en samengevoegd waardoor cryosectioning en de daaropvolgende naald homogenisatie mechanisch verstoren van de spieren, het verhogen van de oppervlakte blootgesteld buffer penetratie. De primaire beperkingen van de techniek zijn dat het een cryostaat vereist, en het is relatief lage doorzet. Echter, hoge kwaliteit RNA verkregen uit kleine monsters van samengevoegde muscle vriescoupes, waardoor deze methode toegankelijk voor veel verschillende skeletspieren en andere weefsels. Bovendien maakt deze techniek gepaard analyses (bijvoorbeeld weefsel histopathologie en genexpressie) van aangrenzende gebieden van een skeletspier zodat metingen direct vergelijkbaar tussen toepassingen experimentele onzekerheid te verminderen en replicatieve dierproeven noodzakelijk reduceren tot een kleine weefsel voor bron meerdere toepassingen.
Introduction
Het doel van deze techniek is om meerdere experimentele analyses maken van verschillende modaliteiten, zoals histologie en genexpressie, vanuit een single skeletspier bronweefsel. Microscopie toepassingen zijn het gevoeligst voor conserveringstechnieken, die zorgvuldig moet worden geregeld om de vorming van ijskristallen artefacten tijdens cryopreservatie beperken proeven. Aldus wordt methodeontwikkeling gebaseerd op de tibialis anterior (TA) spier bevroren gedeeltelijk bedekt met inbedding hars in een -140 ° C vloeibare stikstof gekoeld 2-methylbutaan bad bronmateriaal zowel immunofluorescentie microscopie en genexpressie analyses.
De noodzaak om dezelfde grondstof voor diverse technische benaderingen is bijzonder belangrijk voor intramusculaire injectie gebaseerde experimenten waarbij de linker en rechter spieren vertegenwoordigen verschillende omstandigheden, een experimenteel en bediend. Bijvoorbeeld, bij spierregeneratie studies, een muSCLE wordt ingespoten met een toxine om wijdverspreide weefselbeschadiging veroorzaken terwijl de contralaterale spier fungeert als een vehikel geïnjecteerd control 1. Evenzo gentherapie studies spieraandoeningen typisch beginnen validatie van de gentherapie vector die door intramusculaire injectie worden vergeleken met lege vector, verbonden vector of het voertuig aan de contralaterale zijde 2. Daarom is het niet mogelijk om elke TA spier bron naar een andere toepassing.
Gemeenschappelijke strategieën om deze kwestie zijn: i) een andere spiergroep gebruikt voor elke toepassing, ii) aanvullende muizen gebruiken, of iii) een stuk van de spier voor elke toepassing af te snijden. Echter aanzienlijke verschillen tussen spiergroepen bemoeilijken vergelijking van de gegevens van afzonderlijke toepassingen en meer dieren te verhogen en kosten zijn slecht onderbouwd als alternatieven bestaan. Het verdelen van de spier na de sectie voor verschillende toepassingen bron is de beste optie in veel gevallen. De spier stukken vaak te klein om verpulvering gebruikt onder vloeibare stikstof of mechanisch malen technieken voor homogenisatie 2-5. Spier- een zeer structureel weefsel vol extracellulaire matrix en contractiele eiwitten, onvoldoende mechanische homogenisering leidt tot een lage opbrengst van latere DNA, RNA of eiwit. De werkwijze die hier worden beschreven kunnen kleine hoeveelheden weefsel uit een hand spier geschikt voor verschillende toepassingen, en het opnemen van cryosectioning en naald trituratie verbetert mechanische homogenisering betere RNA opbrengst.
Protocol
Representative Results
Discussion
De beste resultaten met deze methode te realiseren, houdt inbedding hars beperkt tot het onderste deel of helft van de spier weefsel tijdens cryopreservatie dat buitensporige hars het verzamelen van de samengevoegde cryosecties zal vertragen en kunnen verhogen inbedding hars verontreiniging in de RNA-isolatie. Ook zorgvuldige aandacht tijdens homogenisatie naald is belangrijk om de opbrengst te maximaliseren en de kans op verstopping van de naald te minimaliseren. Het protocol kan worden gemodificeerd door een Luer-Lok …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Madison Grant, Steven Foltz, Halie Zastre and Junna Luan provided technical assistance. Research reported in this publication was supported by the National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases of the National Institutes of Health under award number AR065077. The content is solely the responsibility of the author and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Materials
| Cork | VWR Scientific | 23420-708 | Cut into small squares with a sharp blade. |
| Plastic coverslip | Fisher Scientific | 12-547 | Used to orient the muscle during freezing. |
| Low temperature thermometer | VWR Scientific | 89370-158 | |
| 2-methylbutane | Sigma | M32631-4L | Caution: hazardous chemical. Store in flammable cabinet. |
| Embedding resin: "cryomatrix" | Thermo Fisher Scientific | 6769006 | Other embedding resins can be substituted for cryomatrix. |
| Cryostat | Thermo Fisher Scientific | microm HM550 with disposable blade carrier | Any working cryostat should be sufficient for the protocol. |
| Disposable cryostat blade | Thermo Fisher Scientific | 3052835 | Use an appropriate blade or knife for the cryostat to be used. |
| RNAse decontamination solution: "RNase Zap" | Thermo Fisher Scientific | AM9780 | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | XS64 | |
| Paint brush | Daler Rowney | 214900920 | Use to handle cryosections. Can be found with in stores with simple art supplies. |
| Razor blade | VWR Scientific | 55411-050 | |
| Microscope slide | VWR Scientific | 48311600 | |
| RNA organic extraction reagent: TRIzol | Thermo Fisher Scientific | 15596026 | Caution: TRIzol is a hazardous chemical. Note: Only organic extraction reagents are recommended for RNA extraction from skeletal muscle. |
| 18 gauge needle | VWR Scientific | BD305185 | |
| 22 gauge needle | VWR Scientific | BD305155 | |
| 26 gauge needle | VWR Scientific | BD305115 | Optional. Can be used for a third round of sample trituration in the RNA extraction protocol. |
| 1 mL syringe | VWR Scientific | BD309659 | For very high value samples, a luer-lok syringe is recommended (e.g. VWR BD309628). |
| 1-bromo-3-chloropentane (BCP) | Sigma | B9673 | |
| For 70% ethanol in DEPC water: 200 proof alcohol | Decon Laboratories, Inc. | +M18027161M | Mix 35 ml 200 proof alcohol + 15 mL DEPC water. |
| For 70% ethanol in DEPC water: DEPC-treated water | Thermo Fisher Scientific | AM9922 | Mix 35 ml 200 proof alcohol + 15 mL DEPC water. |
| RNA purification kit: PureLink RNA minikit | Thermo Fisher Scientific | 12183018A | Final steps of RNA preparation. |
| DNase/Rnase-free water | Gibco | 10977 | DEPC-treated water can also be used. |
| Spectrophotometer: Nanodrop 2000 | Thermo Fisher Scientific | NanoDrop 2000 | |
| Dnase I | Thermo Fisher Scientific | AM2222 | Treat purified RNA to remove any DNA contamination before downstream appications. |
| Hydrophobic pen | Thermo Fisher Scientific | 8899 | |
| Dulbecco's PBS | Gibco | 14190 | PBS for immunofluorescence protocol. |
| Donkey serum | Jackson ImmunoResearch Laoratories, Inc | 017-000-121 | Rehydrate normal donkey serum stock according to the manufacturer's instructions, then dilute an aliquot to 5% for immunofluorescence. Normal goat serum can also be used. |
| eMHC antibody | University of Iowa Developmental Studies Hybridoma Bank | F1.652 | |
| Collagen VI antibody | Fitzgerald Industries | #70R-CR009x | |
| Donkey anti-rabbit AlexaFluor488 | Thermo Fisher Scientific | A21206 | |
| Goat anti-mouse IgG1 AlexaFluor546 | Thermo Fisher Scientific | A21123 | |
| DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | |
| Aqueous mounting media: Permafluor | Thermo Fisher Scientific | TA-030-FM | Only use mounting media designed for fluorescent applications with anti-fade properties. |
| Glass coverslip | VWR Scientific | 16004-314 | Use for mounting slides at the end of immunofluorescence protocl |
| Image analysis software: ImageProExpress | Media Cybernetics, Inc. | Image-Pro Express, or more advanced products | Freeware ImageJ should also work for manual counting. More advanced software with segmentation abiities may allow partial automation of the process. E.g. ImageProPremier. |
| Merge and map section images: Photoshop | Adobe | Photoshop | |
| Cardiotoxin | Sigma | C9659 | Sigma C9659 has been discontinued. Other options for cardiotoxin are EMD Millipore #217503; American Custom Chemicals Corp. # BIO0000618; or Ge Script # RP17303; but these have not been validated. |
| reverse transcription kit: Superscript III First-strand synthesis system | Thermo Fisher Scientific | 18080051 | Any validated, high quality reverse transcription reagents can be used. |
| Standard PCR: GoTaq Flexi polymerase system | Promega | M8298 | Any validated, high quality Taq polymerase system can be used. If DNA sequencing is to be used for any application downstream of the PCR, then a high fidelity PCR system should be used instead. |
| SYBR green | Thermo Fisher Scientific | S7585 | For use in qPCR when not using a dedicated qPCR master mix. Use with SuperROX (for Applied Biosystems instruments) and GoTaq Flexi polymerase and buffers. |
| ROX: SuperROX, 15 mM | BioResearch Technologies, Inc. Novato CA | SR-1000-10 | SuperROX is more stable in the PCR reaction, so it is preferred for use as a qPCR passive reference dye over ROX (carboxy-X-rhodamine). For qPCR with Applied Biosystems instruments |
| Real-time PCR | Applied Biosystems | 7900HT |
References
- Foltz, S. J., et al. Abnormal skeletal muscle regeneration plus mild alterations in mature fiber type specification in Fktn-Deficient Dystroglycanopathy Muscular Dystrophy Mice. PLoS One. 11 (1), 0147049 (2016).
- Bartoli, M., et al. Noninvasive monitoring of therapeutic gene transfer in animal models of muscular dystrophies. Gene Ther. 13, 20-28 (2006).
- Ip, W. T., Huggins, C. E., Pepe, S., Delbridge, L. M. Evaluating RNA preparation options for archived myocardial biopsies. Heart Lung Circ. 20 (5), 329-331 (2011).
- Beedle, A. M., et al. Mouse fukutin deletion impairs dystroglycan processing and recapitulates muscular dystrophy. J. Clin. Invest. 122 (9), 3330-3342 (2012).
- Foltz, S. J., et al. Four-week rapamycin treatment improves muscular dystrophy in a fukutin-deficient mouse model of dystroglycanopathy. Skeletal Muscle. 6, 20 (2016).
- Liu, L., Cheung, T. H., Charville, G. W., Rando, T. A. Isolation of skeletal muscle stem cells by fluorescence-activated cell sorting. Nat. Protoc. 10, 1612-1624 (2015).
- Rump, L. V., Asamoah, B., Gonzalez-Escalona, N. Comparison of commercial RNA extraction kits for preparation of DNA-free total RNA from Salmonella cells. BMC Res. Notes. 3, 211 (2010).
- Desjardins, P., Conklin, D. NanoDrop microvolume quantitation of nucleic acids. J. Vis. Exp. (45), e2565 (2010).
- Valdez, M. R., Richardson, J. A., Klein, W. H., Olson, E. N. Failure of Myf5 to support myogenic differentiation without myogenin, MyoD, and MRF4. Dev Biol. 219 (2), 287-298 (2000).
- Pavlath, G. K., Dominov, J. A., Kegley, K. M., Miller, J. B. Regeneration of transgenic skeletal muscles with altered timing of expression of the basic helix-loop-helix muscle regulatory factor MRF4. Am. J. Pathol. 162 (5), 1685-1691 (2003).
- Chomczynski, P., Mackey, K. Substitution of chloroform by bromo-chloropropane in the single-step method of RNA isolation. Anal. Biochem. 225 (1), 163-164 (1995).
- Lee, J. T. Y., Cheung, K. M. C., Leung, V. Y. L. Extraction of RNA from tough tissues with high proteoglycan content by cryosection, second phase separation and high salt precipitation. J. Biol. Methods. 2 (2), 20 (2015).
- Guo, D., Catchpoole, D. R. Isolation of intact RNA following cryosections of archived frozen tissue. BioTechniques. 34, 48-50 (2003).
- Goodpaster, T., Randolph-Habecker, J. A flexible mouse-on-mouse immunohistochemical staining technique adaptable to biotin-free reagents, immunofluorescence, and multiple antibody staining. J. Histochem. Cytochem. 62 (3), 197-204 (2014).
- Ikezawa, M., Minami, N., Takahashi, M., Goto, Y., Miike, T., Nonaka, I. Dystrophin gene analysis of 130 patients with Duchenne muscular dystrophy with a special reference to muscle mRNA analysis. Brain Dev. 20 (3), 165-168 (1998).
- Majumdar, G., Vera, S., Elam, M. B., Raghow, R. A streamlined protocol for extracting RNA and genomic DNA from archived human blood and muscle. Anal. Biochem. 474, 25-27 (2015).
- Espina, V., Heiby, M., Pieroban, M., Liotta, L. A. Laser capture microdissection technology. Expert Rev Mol Diagnostics. 7 (5), 647-657 (2007).
