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Immunology and Infection

Une nouvelle approche microdissection de la récupération Published: June 5, 2014 doi: 10.3791/51693

ERRATUM NOTICE

Summary

Microdissection a été largement utilisé pour l'examen de l'ADN, de l'ARN et de la protéine dans le tissu. microscopie de capture laser (LCM) est la méthode la plus couramment utilisée, mais une nouvelle technique de fraisage, mesodissection, est disponible depuis peu. Nous démontrons extraction d'ARN à partir mesodissected formol paraffine fixe des lames de tissus intégrés de granulomes de Mycobacterium tuberculosis.

Abstract

Microdissection a été utilisé pour l'examen des tissus à l'ADN, de l'ARN, et les taux de protéines plus d'une décennie. microscopie de capture laser (LCM) est une technique de microdissection le plus couramment utilisé aujourd'hui. Dans cette technique, on utilise un laser pour faire fondre focalement une membrane thermoplastique qui recouvre une coupe de tissu déshydratée 1. La coupe de tissu composite est alors soulevé et séparé de la membrane. Bien que cette technique peut être utilisée avec succès pour l'examen des tissus, il est long et coûteux. De plus, la réussite des procédures utilisant cette technique nécessite l'utilisation d'un laser, ce qui limite son utilisation. Une nouvelle approche de microdissection plus abordable et pratique appelée mesodissection est une solution possible pour les pièges de la LCM. Cette technique utilise le système à moulin MESO-1/MeSectr le tissu désiré à partir d'un échantillon de tissu monté coulissant tandis que simultanément la distribution et l'aspiration de fluide pour récupérer l'échantillon de tissu désiré enun peu de moulin consommable. Avant le début du processus de dissection, l'utilisateur aligne la formol paraffine fixe intégré (FFPE) glisser avec un hématoxyline et l'éosine souillé (H & E) lame de référence. Par la suite, l'opérateur annote la zone de dissection souhaitée et procède à disséquer le segment approprié. Le programme génère une image archivée de la dissection. Le principal avantage de mesodissection est la courte durée nécessaire pour disséquer une diapositive, en prenant une moyenne de dix minutes de mise en place pour déguster génération dans cette expérience. En outre, le système est considérablement plus économique et facile à utiliser. Un léger inconvénient est qu'il n'est pas aussi précise que la microscopie à capture laser. Dans cet article, nous montrons comment mesodissection peut être utilisé pour extraire l'ARN à partir de diapositives de granulomes FFPE causées par Mycobacterium tuberculosis (Mtb).

Introduction

Les échantillons ont été traditionnellement microdissection soit manuellement à partir d'un tissu ou lames à l'aide d'une aiguille et l'ensemble scalpel. Cela nécessite une séparation claire entre la section de tissu d'intérêt et les tissus environnants sections 2. Avec les progrès actuels de la technologie de profilage moléculaire, il a eu un besoin croissant d'évaluer les tissus au niveau cellulaire. En raison des limitations de microdissection manuel, y compris les techniques LCM ont été établis pour permettre une plus grande précision de l'isolement. Cette technique permet au chercheur d'isoler des populations de cellules spécifiques à partir de divers types de cellules et de diapositives, qui peuvent ensuite être utilisés pour des essais en aval comme profil d'expression génique. Bien que très efficace pour les essais en aval, LCM n'est pas sans limites. Tout d'abord, LCM est un processus long et coûteux. En outre, en raison de la nature instable de l'ARN, il est souvent difficile d'obtenir de l'ARN de haute qualité à partir de deux échantillons LCM. En raison de la disadvantages de LCM, de nouvelles avancées dans la technologie de microdissection sont encore nécessaires pour le rendre plus accessible à un plus grand nombre de chercheurs d'une manière sensible abordable et le temps.

Une telle avancée dans la technologie de microdissection maintenant disponible est une technique connue sous le nom mesodissection. Dans cette technique, on utilise une machine à l'usine de la section de tissu annotée d'intérêt et l'aspire dans un peu de moulin consommable 3. Ensuite, cet échantillon peut être aspiré dans un tube de collecte et utilisée pour des applications en aval. Les avantages de ce système est qu'il est beaucoup moins coûteuse en temps et sensible. Dans notre expérience, le système permet la dissection d'une section de tissu de granulome pulmonaire dans dix minutes. D'autre part, LCM traditionnel nécessiterait probablement heures pour terminer le processus. Le système permet à l'opérateur de charger une lame de référence à utiliser à titre de comparaison ainsi que l'outil pour l'annotation. En outre, un rapport est généré ème décrivantzone de e de la lame qui a été disséqué. Il existe deux principaux inconvénients de mesodissection. Bien qu'efficace à extraire des cellules multiples, il est difficile d'isoler une seule cellule. En outre, la précision de l'image générée n'est pas aussi clair que si vous utilisez d'autres microscopes d'imagerie.

La tuberculose (TB) est une cause majeure de décès des maladies infectieuses de l'humanité dans le monde entier et les résultats de l'infection par Mtb. Dans la majorité des personnes exposées à des aérosols de Vtt, l'infection est latente limitée. Dans au moins 10 millions de personnes par an, il en résulte la tuberculose active 4. Lors de l'infection latente, Vtt est contenu dans les lésions pulmonaires pathologiques appelés granulomes. Par conséquent, il a été avancé que le résultat de l'infection Vtt est décidé au niveau du granulome 5.

Ici, nous montrons comment mesodissection peut être utilisé pour microdissect granulomes provoqués par Mtb. Les diapositives utiliséessont des tissus pulmonaires FFPE de macaques rhésus infectés. Pour les besoins de cette démonstration, nous allons disséquer granulomes dans leur intégralité. Nous démontrons aussi que l'ARN peut être extrait à partir du tissu récupéré. Cette technique peut être appliquée à des échantillons de tissus à partir d'autres échantillons et ensuite utilisé pour une variété de dosages en aval.

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Protocol

1. Calibrer Mesodissection Instrument avec 2id logiciel d'imagerie

Le logiciel d'imagerie 2id sera appelé soit le logiciel ou le programme pour le reste de cet article. Cette étape est nécessaire pour suivre correctement l'image ainsi que aligner plusieurs cadres de diapositives.

  1. Allumez l'instrument et l'ordinateur.
  2. Ouvrez le logiciel et sélectionnez "instrument d'étalonnage".
  3. Calibrer Voyage en scène à l'aide de la manette. Déplacez étape à la position supérieure gauche. Appuyez sur "ensemble" à l'étape 1 dans le programme.
  4. Déplacez étape pour abaisser la position droite. Appuyez sur "ensemble" à l'étape 2 dans le programme.
  5. Calibrer aspiration en appuyant d'abord "Z-touche" pour augmenter l'ensemble de tête. Appuyez sur la touche "d'impulsion d'aspiration" et bouton "dissection" sur la manette jusqu'à ce que la tige de commande de piston atteint la position supérieure. Appuyez sur "ensemble" à l'étape 3 de programme.
  6. Appuyez sur "aspirer réinitialisation et# 8221; bouton. Une fois que le piston s'arrête à la position de fond sur «ensemble» à l'étape 4.
  7. Cliquez sur l'onglet "échelle".
  8. Placez calibrage règle sur le côté vierge.
  9. Concentrez microscope si nécessaire.
  10. Tracer une ligne entre les deux barres d'échelle en utilisant la souris.
  11. Saisissez la distance dans la case de l'étape 2 Appuyez sur le bouton. "Compute" marqué.
  12. Cliquez sur l'onglet "en forme de croix". Tourner la vitesse du moteur à une.
  13. Insérez xScisor dans l'assemblage de la tête. Assemblage de la tête plus basse dans l'axe z position d'attente par le bouton "axe z" en appuyant sur. NOTE: L'ensemble de tête est la grande structure sur le dessus de l'instrument de dissection. Le xScisor sera considéré comme un peu de l'usine de consommables pour le reste de cet article.
  14. Cliquez sur "dissection s'engager" sur joystick. NOTE: Ce bouton est situé sur le dessus de la manette.
  15. Définir centre de rotation visuellement. Pour ce faire, déplacez centre de réticule sur le centre de rotation à l'aide de définird paramètre à l'étape 1 du programme. Utilisez le flèches haut et bas dans le "x" et "barres axe y» pour régler les pixels d'aligner croix. Cliquez sur l'onglet "done".
  16. Cliquez sur l'icône «maison». NOTE: Ceci est représenté par une image de la maison située dans le coin supérieur droit.

2. Créez Image de référence

  1. Placez H & E diaporama sur scène. Placer le couvercle opaque sur le dessus de la lame. Conduisez l'instrument en déplaçant le joystick vers la zone souhaitée de la diapositive H & E. Enregistrer l'image générée. REMARQUE: Soit l'onglet "référence capture" ou l'onglet "disséquer" peuvent être utilisés pour compléter cette étape.

3. Alignez tissus pour dissection

  1. Cliquez sur l'option "disséquer les tissus" sur l'écran d'accueil.
  2. Remplissez la «opérateur», «nombre de dissection de l'adhésion", "numéro de référence de l'adhésion», «xScisor nombre de codes à barres," & #8220; dissection numéro de lot fluide "," taille de xScisor "et" description "dans l'onglet" Configuration ".
  3. Cliquez sur l'onglet "trouver des tissus".
  4. Importer image de référence précédemment enregistré.
  5. Placez une lame de FFPE tache de 5 microns d'épaisseur sur la scène. Déplacer étape à la même zone que celle présentée dans l'image de référence. Cliquez sur l'onglet "Insérer une image".
  6. Cliquez sur l'onglet "align". Utilisez la souris et les flèches associées à aligner l'image de référence à l'image sans tache.

4. Annoter diaporama

  1. Cliquez sur l'onglet "annoter".
  2. Utilisez la souris pour dessiner un cercle autour de la zone désirée de la diapositive qui sera microdisséquées.

5. Chargez Mill consommable Bit

  1. Remplissez peu de moulin consommable avec le tampon souhaité, ici tampon de PKD, en tirant le piston de haut en bas dans un mouvement fluide à plusieurs reprises. Assurez-vous d'exclure l'airbulles.
  2. Soulevez l'axe Z en appuyant sur bouton "axe Z".
  3. Chargez peu de moulin consommable dans la machine. Pour ce faire, en faisant glisser le peu de moulin consommable dans le haut de la machine de sorte que la ligne blanche sur les lignes de l'instrument avec la ligne noire sur le peu de moulin consommable. Appuyez sur le bouton "reset d'aspiration» pour permettre à piston à être descendu dans la position correcte. REMARQUE: Il devrait être facile de faire glisser le peu de moulin consommable. Si ce n'est pas, assurez-vous que les encoches sont correctement alignés.
  4. L'axe Z-Bas par le bouton "axe Z" appuyant de nouveau.

6. Disséquer les tissus (Figure 4)

  1. Ouvrez l'onglet "disséquer".
  2. Tournez vitesses de moteur et d'aspiration à 1.
  3. Cochez la case "Afficher la poursuite». Remarque: Ceci permet à l'utilisateur de visualiser la zone disséquée pendant le processus de dissection.
  4. Une fois prêt à disséquer, continuer à tenir le bouton "s'engager" ainsi que "aspirer & #8221; bouton tout en déplaçant le joystick dans le sens antihoraire à disséquer les tissus.
  5. Continuer à disséquer dans le sens antihoraire jusqu'à ce que la ponction est onglet "complet" devient rouge.

7. Vide et supprimer Mill consommable Bit

  1. Placer un tube de microcentrifugation de 0,5 pi sous la pointe de la mèche de broyeur consommable.
  2. Appuyez sur tige "aspiration" de commande rapidement pour éjecter échantillon dans le tube de centrifugeuse.
  3. Appuyez avec une force accrue pour éjecter peu utilisé moulin consommable.
  4. Rincer fragment de tissu en tirant le piston arrière. Pousser le piston pour exprimer échantillon restant dans peu de moulin consommable. Le fragment de tissu est maintenant contenu dans le tube de centrifugeuse.

8. Exemple de Lyse avec la protéinase K digestion Suivi par traitement thermique

  1. Ajouter 70 ul de TE pH 8,5, contenant 5 ug de la protéinase K pour un échantillon de tissu récupéré.
  2. Placer l'échantillon dans programmable chauffe-shaker.
  3. La digestion complète à l'aide programmable chauffe-shaker avec le réglage suivant: 60 ˚ C pendant 30 min à 1500 tours par minute; 82 ˚ C pendant 15 min à 1500 tours par minute; et 25 ˚ C pendant 1 min à 450 rpm. L'échantillon est maintenant prêt pour les applications en aval.

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Representative Results

Le protocole ci-dessus montre comment utiliser une nouvelle technique de mesodissection pour extraire l'ARN à partir de lames de tissu FFPE. L'efficacité de ce protocole est montré à travers des diapositives FFPE de granulomes pulmonaires du PSN infectées par Mtb à divers stades infectieux. Figures 1-3 sont des images de l'instrument. Figure 4 illustre la façon dont le processus de dissection se produit et l'image résultante générée par le logiciel. Tableau 1 montre les résultats de l'extraction de l'ARN avec un granulome d'un PSN à chaque état infectieux. L'ARN a été amplifié et purifié pour permettre une preuve de RT-PCR de 16s (Tableaux 2-4). Tableau 4 confirme la présence de Mtb 16s sous-unité ribosomale, Mtb et donc, dans les échantillons microdisséqués.

Figure 1
Figure 1. L'image de l'instrument de mesodissection y compris joystick. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Vue rapprochée de l'instrument de mesodissection. L'"axe z" bouton "moteur" et "vitesse d'aspiration" boutons de vitesse sont indiquées sur le côté gauche de l'image. Le "bouton de remise à zéro de l'aspirateur" et le bouton "on / off" sont présentés sur le côté droit de l'image. La scène de la diapositive est sur ​​le dessus de l'appareil. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.


Figure 3. Vue de plus près de la manette. L'joystick, "impulsion d'aspiration" et "vitesse de phase" indiquées. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4
Figure 4. Rapport du granulome tout mesodissected de PSN EB23. Animaux utilisés dans cette étude ont été infectés par CDC1551 MTb par aérosol. L'image de référence sur la gauche montre un granulome H & E teinté d'un macaque rhésus infectés activement. La zone d'intérêt souhaité être disséqué est décrit en vert. L'image dans le milieu shows la diapositive FFPE tache correspondant de 5 microns d'épaisseur avant la dissection. Les zones ont été alignées en utilisant le logiciel et la région de corrélation d'intérêt est décrite dans le vert. L'image sur la droite montre la même FFPE tache diapositive après dissection. La zone disséquée est représentée en bleu. A 400 mm 2 bits de moulin consommable a été utilisée pour la dissection, qui est conçu pour la dissection transversale de taille moyenne à grande zone de dissection. Grand espace de dissection est décrit comme moins de 100 mm 2. Tailles conçus pour les types d'autres domaines / de dissection sont disponibles. Bien que le rapport décrit la zone annoté 0 mm 2, cela est inexact. Quand on enlève la lame microdissection de la machine et nous physiquement à la zone d'intérêt en soi, nous pouvons voir la zone correspondante sur la diapositive qui n'a plus de tissu et a donc été disséqué. Il convient de noter que les auteurs louent l'instrument et ce problème a été résolu sur d'autres instruments. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Primat Infectieux État concentration de l'ARN en ng / pl L'ARN total en ng 260/280 260/230
EB23 Actif 48.3 724,5 1,71 1,59
HB12 Latent 61,4 921 1.7 1,86
HP41 Réactivé par co-infection par le SIV 22,3 334,5 1.9 2.18

Concentrations d'ARN Tableau 1. Mettre extraction. L'échantillon a été DNAsed et extraction de l'ARN a été réalisée en utilisant le kit Qiagen RNAeasy FFPE. ARN concentration a été obtenu en utilisant un NanoDrop. Étapes de infectieux PSN sont également représentés. L'ARN a été élue dans 15 ul RNase eau libre.

Primat Infectieux État concentration d'ADNc en ng / pl ADNc total en ng 260/280 260/230
EB23 Actif 31,7 951 2.08 2.37
HB12 Latent 156,5 4695 1,94 4.4
HP41 Réactivé par co-infection par le SIV 41,7 1251 2.19 3.44

Concentrations Tableau 2. ADNc post-amplification et purification. Étapes de infectieux PSN sont également représentés. L'ARN a été amplifié en utilisant Ovation système FFPE RNA-Seq (Partie no. 7150) et résultant de l'ADNc amplifié a été purifié en utilisant le kit de purification QIAGEN QIAquick PCR comme suggéré par Nugen à la page 26 du manuel de l'utilisateur du système d'amplification. L'ADNc a été élue dans 30 ul de tampon TE.

Bien Journaliste Ct valeur de Tm
16S 10-1 Standard 12,35138 79,4
16S 10-2 Standard 16.144611 79,4
16S 10-3 Standard 17.911345 79,4
16S 10-4 Standard 21.762596 79,4
16S 10-5 Standard 25.746624 79,4
16S 10-6 Standard 28.505266 79,1
HB12 Inconnu 25.771492 77,8
HP41 Inconnu 17.760149 78
EB23 Inconnu 24.754618 78,2
Contrôle négatif NTC 33.544422 79,7

Tableau 3. Résultats de RT-PCR par rapport à la sous-unité ribosomale 16S. Amplification appropriée observé prouvant ainsi la présence de M. tuberculosis à l'intérieur des échantillons. L'ADN génomique de la souche CDC1551 Mtb a été utilisé comme standard.

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Discussion

Mesodissection est une technique qui peut être appliquée à l'extraction d'ARN à partir de lames de lésions pathologiques provoquées par une grande variété de pathogènes. C'est une nécessité que l'utilisateur suit l'image et aligne l'image correctement. Pour ce faire, l'instrument doit être étalonné suivant les instructions sur le logiciel d'imagerie. Lors de la dissection, si la lame et de la zone d'intérêt étant disséqué ne correspondent pas, l'utilisateur doit étalonner l'instrument. Une autre étape essentielle dans le processus de dissection consiste à charger le bit de moulin consommable d'une manière telle qu'il est dépourvu de bulles avant la dissection (étape 5.1). Nous avons trouvé que la présence de bulles diminue le rendement de la dissection. Pour corriger ce problème, nous vous recommandons de propulsion et d'exprimer le piston plusieurs fois. L'utilisateur peut pratiquer en ajoutant du colorant alimentaire à un tampon de la pratique de visualiser bulles, tel que recommandé par le fabricant. Une fois effectif, l'utilisateur doit alors procéder à la dissection normale. Le last étape cruciale consiste à disséquer l'échantillon dans un sens anti-horaire. Les moulins de la machine dans un sens anti-horaire; par conséquent, nous avons trouvé que le déplacement de la manette dans un mouvement circulaire d'une manière antihoraire augmente le rendement des tissus comme les principaux coupes de bord plus proprement que le bord de fuite 6. Une autre façon d'améliorer le rendement de tissu est de diminuer la vitesse du processus de dissection. Nous avons constaté que la fixation du taux d'aspiration et la vitesse du moteur sur la vitesse la plus basse tout en mettant simultanément la vitesse de phase de «faible» d'obtenir le rendement le plus élevé de tissu. Il existe deux principales limites de cette approche de microdissection. La première limitation est que nous avons trouvé le point dissection très difficile en raison de la nécessité de conduire le joystick dans les milieux anti-horaire dans le processus de dissection. La seconde limitation est que la caméra sur l'appareil génère une image qui manque le détail cellulaire d'une image générée à partir d'un microscope de pointe.

Vtt. formation de granulome est une caractéristique de l'infection de la tuberculose et des résultats de la tentative de l'hôte pour contenir l'agent pathogène dans une région confinée de poumon 5. A l'inverse, il a été proposé que Mtb a évolué pour permettre sa persistance dans les lésions granulomateuses 7. Vtt est soumis à des contraintes différentes en fonction du stade de l'infection. Certaines de ces contraintes incluent, mais ne sont pas limités à une contrainte rédox, à faible pH, des lésions de la membrane, l'hypoxie, l'absence d'alimentation, etc 7-13. Tout au long de ces différentes étapes, Vtt peut encore survivre sous une forme latente et même réactiver. Cela signifie que différents gènes sont régulés à la hausse et régulés à la baisse à différents stades infectieux. Par exemple, Vtt code pour plus de 200 facteurs de transcription 4. En outre, il a été montré que l'expression de l'équilibre entre les différentes chimiokines, Such que α et β chimiokines, dans le granulome peut être des marqueurs importants de protection 8. Évaluation de la transcriptomique mycobactériennes en tissu de granulation est susceptible d'approfondir notre compréhension des mécanismes impliqués dans leur formation et de l'entretien ainsi que les gènes qui sont exprimés dans chaque Etat de l'infection. Cela nous permettra d'évaluer la transcriptomique mycobactéries à différents stades infectieux tuberculose, y compris la maladie active, latente et réactivé ainsi que différentes régions dans le granulome lui-même. En plus de nous permettre d'évaluer plus précisément la transcriptomique mycobactériennes, la procédure ci-dessus permet également à l'évaluation de la transcriptomique d'accueil dans les mêmes états infectieux. En outre, cette approche peut alors être utilisé pour comparer, contraster et analyser la relation entre l'hôte et les bactéries.

Bien que d'un outil important dans la recherche sur la tuberculose, le protocole précité peut être appliqué à d'autres agents pathogènes ainsi. Ce qui précèdeprotocole utilise des diapositives à partir d'échantillons FFPE pulmonaires infectés, mais peut aussi être appliqué sur des lésions d'autres organes. Nous démontrons comment utiliser le système pour extraire l'ARN, mais il peut théoriquement être utilisé pour l'ADN et l'extraction des protéines d'une manière aussi efficace et sensible temps. Blocs FFPE sont disponibles dans la plupart des ministères laboratoire d'histologie; par conséquent, la technique décrite ici a la possibilité d'augmenter de façon exponentielle les connaissances acquises à partir de ces échantillons a inutilisés.

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Disclosures

Les auteurs décrivent qu'il n'y a pas des intérêts financiers concurrents.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à remercier les NIH prix / sous-subventions suivantes pour le soutien de cette recherche: R01HL106790, R01HL106790-S1, R01HL106786, R01AI089323, R21AI091457, R21RR026006, P20RR020159, C06RR017563, 8T32OD011124-08, et P51OD011104.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MeSectr AvanSci Bio Mesodissector
400 nm xScisors AvanSci Bio Other sizes available
THOR AvanSci Bio Programmable Heater-Shaker
NanoDrop2000 ThermoScientific ND-2000
RNeasy FFPE extraction kit  Qiagen 73504
Ovation RNA-Seq FFPE System  Nugen 7150
QIAquick PCR Purification Kit  Qiagen 28104

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Tags

Immunologie Numéro 88 microdissection mesodissection fixés au formol et inclus en paraffine, LCM la tuberculose,

Erratum

Formal Correction: Erratum: A Novel Microdissection Approach to Recovering Mycobacterium tuberculosis Specific Transcripts from Formalin Fixed Paraffin Embedded Lung Granulomas
Posted by JoVE Editors on 07/01/2014. Citeable Link.

The corresponding author was changed for the article, A Novel Microdissection Approach to Recovering Mycobacterium tuberculosis Specific Transcripts from Formalin Fixed Paraffin Embedded Lung Granulomas. The corresponding author was changed from:

Teresa A. Hudock

to:

Deepak Kaushal

Une nouvelle approche microdissection de la récupération<em&gt; Mycobacterium tuberculosis</em&gt; Transcriptions spécifiques de formol paraffine fixe embarqué poumon granulomes
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Hudock, T. A., Kaushal, D. A NovelMore

Hudock, T. A., Kaushal, D. A Novel Microdissection Approach to Recovering Mycobacterium tuberculosis Specific Transcripts from Formalin Fixed Paraffin Embedded Lung Granulomas. J. Vis. Exp. (88), e51693, doi:10.3791/51693 (2014).

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