Sıçan Beyin Dokusu için Hidrofobik Doku Temizleme Yöntemi
Summary
Burada, hedef moleküllerin sağlam beyin yapılarının bir parçası olarak görüntülenmesini sağlayan hidrofobik bir doku temizleme yöntemi sunuyoruz. Bu teknik artık F344/N kontrolü ve her iki cinsiyetten HIV-1 transgenik sıçanlar için onaylanmıştır.
Abstract
Hidrofobik doku temizleme yöntemleri, değiştirilmemiş doku örneklerinde ilgi molekülünün incelenmesini sağlayan kolayca ayarlanabilir, hızlı ve düşük maliyetli prosedürlerdir. Geleneksel immünolabeling prosedürleri, numunenin sağlam yapıları etiketleme ve inceleme yeteneğini kısıtlayan ince bölümlere kesilmesini gerektirir. Ancak, işlem sırasında beyin dokusu bozulmadan kalabiliyorsa, analiz için yapılar ve devreler bozulmadan kalabilir. Daha önce kurulan temizleme yöntemleri dokuyu tamamen temizlemek için önemli zaman alır ve sert kimyasallar genellikle hassas antikorlara zarar verebilir. iDISCO yöntemi dokuyu hızlı ve tamamen temizler, birçok antikorla uyumludur ve özel bir laboratuvar ekipmanı gerektirmez. Bu teknik başlangıçta fare dokusunda kullanım için doğrulandı, ancak mevcut protokol bu yöntemi kontrol ve transgenik sıçan beyinlerinin görüntü yarımkürelerine uyarlıyor. Buna ek olarak, mevcut protokol, daha az arka plan boyama ile daha net görüntüler sağlamak için önceden var olan protokolde birkaç ayarlama yapar. Iba-1 ve tirozin hidroksilaz antikorları HIV-1 transgenik sıçanda ve F344/N kontrol sıçanlarında mevcut hidrofobik doku temizleme yöntemi kullanılarak doğrulandı. Beyin, yapıların birbirinden ayrı olarak daha sık birlikte çalıştığı iç içe geçmiş bir ağdır. Beyni tek tek parçaların bir kombinasyonunun aksine bütün bir sistem olarak analiz etmek, tüm bu beyin temizleme yönteminin en büyük yararıdır.
Introduction
Beyinde kullanım için çeşitli doku temizleme teknikleri doğrulanmıştır: hidrojel, hidrofilik ve hidrofobik. Bu teknikler, çözücülerin yönetimi yoluyla bir dokuyu delipidasyon, dekolorizasyon ve kireçten arındırma yoluyla şeffaf hale getirmeyi amaçlamaktadır. Doku örneğinin kırılma indeksi seçilen görüntüleme ortamının kırılma indisiyle eşleştiğinde, numunenin net bir görüntüsü elde edilebilir. CLARITY gibi hidrojel bazlı teknikler, dokudaki biyomolekülleri akril bazlı hidrojellere bağlayarak güvence altına almakta, bu da yapısal hasarı ve protein kaybını önler1. Bununla birlikte, hidrojel teknikleri daha kırılgan dokulara zarar verme potansiyeline sahip olandan daha sert kimyasallar kullanır ve daha yoğun doku örnekleri hidrojel protokolü ile uyumlu olmayabilir. Bazı hidrojel teknikleri pahalı ekipman gerektirebilir veya doku genişlemesine yol açabilir. CUBIC gibi hidrofilik teknikler, doku içinde hidrojen bağları oluşumu yoluyla 3D yapıyı korur2. Doku genişlemesi bazı hidrofilik protokollerde de ortaya çıkabilir. Hidrofilik tekniklerin temizleme yeteneği genellikle daha yoğun ve kalın dokular için önemli olan hidrofobik tekniklerin sahip olduğu yetenekle eşleşmez3.
Hidrofobik teknikler genellikle hızlıdır, özel ekipman gerektirmez ve kullanımı ve depolaması kolay bir örnek üretir. iDISCO, diğer hidrofobik protokollerde meydana gelebilecek büzülmeleri ortadan kaldıran bir hidrofobik tekniktir. Başlangıçta, iDISCO doku temizleme tekniği, farelerin embriyoları ve yoğun, yetişkin organları için Renier ve ark.4 tarafından tanımlanmıştır. Bu teknik, ilk dehidrasyon adımında dokudaki suyu temizler, böylece ışık saçılmasını azaltır. Doku, derin antikor penetrasyonunu sağlamak için ön işlem sırasında permeabilize edilir. Uzak kırmızı spektrumdaki Alexa Fluor boyaları, alt dalga boylarında dokunun otoflüoresansını önlemek için immünolabeling için kullanılır5. Hidrofobik temizleme protokollerinden geçen doku kolayca işlenebilir ve Alexa Fluor boyalarının uzun ömürlü olması nedeniyle birkaç kez görüntülenebilir. Düzgün bir şekilde saklanırsa, dokular ilk işlemden sonra aylarca ila bir yıl boyunca görüntü sağlayabilir.
Mevcut protokolde hem erkek hem de kadın kontrolünde ve HIV-1 transgenik (Tg) sıçan beyinlerinde tirozin hidroksilaz (TH) antikoru, Iba1 antikoru ve Kolera Toksini Alt Ünlem B (CTB) kullanılmıştır. HIV-1 Tg sıçanı, HIV-1 viral genomu oluşturan dokuz genden yedisine sahiptir, bu da uzun süreli HIV-1 protein maruziyetinin bulaşıcı olmayan bir modeline yol açar6,7,8. Dopaminerjik değişiklikler daha önce HIV-1 Tg sıçanında gösterilmiştir ve HIV-1’in kendisi enflamatuar bir hastalıktır, bu nedenle antikor seçimi deneysel tasarım 9 , 10,11,12ile ilişkiliydi. CTB, ganglioside bağlama yoluyla nöronlara bağlanan ve beyindeki farklı projeksiyonları izlemek için kullanılabilen bir izleyicidir. CTB daha önce çekirdek akumbens’ten substantia nigra bölgesine, beynin dopaminerjik yollar13 , 14,15ile yoğun olarak ilgili iki bölgesine kadar projeksiyonları incelemek için kullanılmıştır.
Bu protokolde, TH dopamin üretimi için bir işaretleyici olarak hizmet edecek ve Iba1 aktif mikrogliayı işaretleyecek. Kullanılan TH antikor, tirozin hidroksilaz’a karşılık gelen yaklaşık 62 kDa’da tek bir bandı seçici olarak etiketler. Iba1 antikorı Iba1 karboksi-terminal dizisine karşılık gelir. Her iki antikor da tavşanda bulundu ve poliklonaldi. CTB, nöronların çekirdek akumbens bölgesinden substantia nigra bölgesine retrograd izlenmesi için kullanılacaktır. Mevcut protokol ayrıca orijinal iDISCO protokolünün iki farklı şekilde ayarlanması için bir kılavuz sunar: 1) engelleme adımlarındaki serum reaktiflerini değiştirerek arka plan boyamanın genel olarak azaltılması ve 2) kuluçka süresinin daha büyük doku örnekleri için uygun olacak şekilde ölçeklendirilmesi. Genel olarak, mevcut protokol, hidrofobik temizleme tekniklerinin sıçanın beyin dokularında mümkün olduğuna, HIV-1 viral proteinlerle ayırt edilebilir zararlı etkileşimleri olmadığına ve TH antikor, Iba1 antikor ve CTB ile uyumlu olduğuna dair sürekli kanıtlar sunmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Doku temizleme, geleneksel IHC protokolünün sınırlamalarına bir çözüm sunar. Şeffaf olan bir örnek, sağlam dokulara hücresel düzeyde optik erişim sağlayan ışığın saçılmasını ve emilimini en aza indirir18,19. Doku temizleme teknikleri, çözücülerin yönetimi ile delipidasyon, dekolorizasyon ve kireçten arındırma yoluyla bir dokuyu şeffaf hale gelir. Doku örneğinin kırılma indeksi seçilen görüntüleme ortamının kırılma inde…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NIH hibeleri tarafından finanse edildi: NS100624, DA013137, HD043680, MH106392 & T32 Eğitim Hibesi 5T32GM081740
Materials
| Cholera Toxin Subunit B (Recombinant), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | C34775 | |
| DBE | Sigma-Aldrich | 108014-1KG | |
| DCM | Sigma-Aldrich | 270997-100mL | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | 472301-1L | |
| Glycine | Fisher Chemical | G46-500 | |
| Goat anti-rabbit Alexa Fluor Plus 647 | Invitrogen | A32733 | |
| Goat serum | Sigma Life Science | G9023-10mL | |
| Heparin | Acros Organics | 41121-0010 | |
| Iba1 primary antibody | FUJIFILM Wako | 019-19741 | |
| Kwik-sil epoxy | VWR | 70730-062 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 34860-1l-R | |
| PBS | Fisher Bioreagents | BP2944-100 | |
| Perfusion machine | VWR | 70730-062 | mini pump variable flow |
| PFA | Sigma-Aldrich | 158127-3KG | |
| TH primary antibody | Millipore Sigma | AB152 | |
| TritonX-100 | Fisher Bioreagents | BP151-500 | |
| Tween-20 | Fisher Bioreagents | BP337-500 |
References
- Chung, K., et al. Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature. 497 (7449), 332-337 (2013).
- Susaki, E. A., et al. Whole-brain imaging with single-cell resolution using chemical cocktails and computational analysis. Cell. 157 (3), 726-739 (2014).
- Ueda, H. R., et al. Tissue clearing and its applications in neuroscience. Nature Reviews Neuroscienc. 21, 298 (2020).
- Renier, N., et al. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 159 (4), 896-910 (2014).
- Renier, N., et al. Mapping of brain activity by automated volume analysis of immediate early genes. Cell. 165 (7), 1789-1802 (2016).
- Reid, W., et al. An HIV-1 transgenic rat that develops HIV-related pathology and immunologic dysfunction. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 98, 9271-9276 (2001).
- Vigorito, M., Connaghan, K. P., Chang, S. L. The HIV-1 transgenic rat model of neuroHIV. Brain, Behavior, and Immunity. 48, 336-349 (2015).
- McLaurin, K. A., et al. Synaptic connectivity in medium spiny neurons of the nucleus accumbens: A sex-dependent mechanism underlying apathy in the HIV-1 transgenic rat. Frontiers in Behavior Neurosciences. 12, 285 (2018).
- Fitting, S., Booze, R. M., Mactutus, C. F. HIV-1 proteins, Tat and gp120, target the developing dopamine system. Current HIV Research. 13, 135-137 (2015).
- Javadi-Paydar, M., Roscoe, R. F., Denton, A. R., Mactutus, C. F., Booze, R. M. HIV-1 and cocaine disrupt dopamine reuptake and medium spiny neurons in female rat striatum. PLos One. 12 (11), 0188404 (2017).
- Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Harrod, S. B., Moran, L. M., Booze, R. M. HIV-1 proteins dysregulate motivational processes and dopamine circuitry. Science Report. 8, 6152 (2018).
- Denton, A. R., et al. Selective monoaminergic and histaminergic circuit dysregulation following long-term HIV-1 protein exposure. Journal of neurovirology. 25 (4), 540-550 (2019).
- Berendse, H. W., Groenewegen, H. J., Lohman, A. H. Compartmental distribution of ventral striatal neurons projecting to the mesencephalon in the rat. Journal of Neuroscienc. 12 (6), 2079-2103 (1992).
- Peyron, C., Petit, J. M., Rampon, C., Jouvet, M., Luppi, P. H. Forebrain afferents to the rat dorsal raphe nucleus demonstrated by retrograde and anterograde tracing methods. Neurosciences. 82 (2), 443-468 (1998).
- Barrot, M., et al. Braking dopamine systems: a new GABA master structure for mesolimbic and nigrostriatal functions. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscienc. 32 (41), 14094-14101 (2012).
- Roostalu, U., et al. Quantitative whole-brain 3D imaging of tyrosine hydroxylase-labeled neuron architecture in the mouse MPTP model of Parkinson’s disease. Disease Models & Mechanisms. 12 (11), (2019).
- Ransohoff, R., Cardona, A. The myeloid cells of the central nervous system parenchyma. Nature. 468, 253-262 (2010).
- Rocha, M. D., et al. Tissue Clearing and Light Sheet Microscopy: Imaging the Unsectioned Adult Zebra Finch Brain at Cellular Resolution. Frontiers in Neuroanatomy. 13, 13 (2019).
- Richardson, D. S., Lichtman, J. W. Clarifying tissue clearing. Cell. 162 (2), 246-257 (2015).
