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Neuroscience

矩阵辅助激光去离子成像质谱法显示人脑中的淀粉样β矿床

Published: March 7, 2019 doi: 10.3791/57645
* These authors contributed equally

Summary

分子成像与矩阵辅助激光脱盐/电离成像质谱 (caldi-ims) 允许同时映射多个分析物的生物样本。在这里, 我们提出了一个协议, 检测和可视化在脑组织上的淀粉样β蛋白阿尔茨海默氏病和脑淀粉样血管病变样本使用 maldi-ims。

Abstract

阿尔茨海默病 (ad) 的神经病理学特征是淀粉样β (aβ) 肽积累和聚集到大脑的细胞外斑块中。aβ肽由40个氨基酸组成, 由淀粉样前体蛋白 (app) 通过β-和γ分泌产生。aβ不仅沉积在脑实质中, 还沉积在小血管壁和脑血管壁中, 称为脑淀粉样血管病 (caa)。虽然发现了多种 aβ肽, 但 ad 和 caa 病理组织中单个 aβ肽的详细生产和分布还没有得到充分的解决。在这里, 我们开发了一个矩阵辅助激光去光/电离成像质谱 (maldi-ims) 的人类尸检脑组织 (maldi-ims) 协议, 以获得全面的蛋白质映射。为此, 从东京都老年学研究所的大脑银行获得了人类的皮质标本。冷冻冷冻被切割并转移到镀锌 (ito) 的玻璃幻灯片上。光谱是使用 maldi 系统获得的, 其空间分辨率高达 20μm, sinapinic 酸 (sa) 使用自动或手动喷雾器均匀地沉积在幻灯片上。利用 maldi-ims 目前的技术优势, 无需特定的探针即可获得人类自动定位大脑同一段内各种 aβ物种的典型数据集。此外, ad 脑的高分辨率 (20μm) 成像和严重的 caa 样本清楚地表明, aβ1-36 至 aβ1-41 被沉积到 leptomengingal 血管中, aβ1-42 和 aβ1-43 作为老年斑块沉积在脑实质中。根据目前的策略, 将 maldi-ims 作为临床、遗传和病理观察相结合的标准方法, 了解 ad、caa 和其他神经疾病的病理, 是可行的。

Introduction

为了诊断和了解神经退行性疾病的发病机制, 精确的病理沉积分子鉴定是必不可少的 1.在 ad 过程中, aβ被产生, 使 sp 在大脑实质中, 并在发病前很久就沉积在血管中, 2,3, 4,5, 6。虽然 aβ1-42 是 ad 大脑 sp 中的主要肽, 但其他 aβ变异, 如 n 末端或 c 末端截断或修饰的β, 也被识别在受影响的 ad 大脑7,8,9, 10个。全面了解人类大脑中各种 aβ物种, 特别是 ad 和大脑淀粉样变 (caa)11, 将有助于科学家了解 aβ的产生、代谢和沉积。

免疫组织化学 (ihc) 作为神经病理学的经典方法, 是确定抗β在脑组织12131415 中位置的最决定性的方法。一般来说, 当几个表位同时共存时, ihc 无法区分分子。相比之下, 一种新出现的基于质谱的蛋白质组学分析是一种有价值的方法, 特别是对于分析脑组织中的各种 aβ物种, 这些物种不能与 16,17抗体区分开来。基于常规质谱分析的脑裂解物和免疫沉淀样品未能检测到轻微的 aβ肽, 并丢失了 aβ在脑组织中的分布信息。

在早期的作品中, 利用 ad 的转基因动物模型 (如 app23), 对小鼠大脑中的β沉积进行可视化是成功的。然而, 这一过程仍然需要技术进步来比较 ims 和 ihc 在分辨率和灵敏度方面的分辨率和灵敏度18,19, 20.ad 神经病理学应在人脑上进行研究, 并在人体尸体解剖脑组织上采用 maldi-ims 技术, 获得全面的蛋白质图谱21。为此, 我们开发了一种先进类型的质谱技术的协议, 该协议在快速性、灵敏度和重现性方面具有优势。

Protocol

在这里, 在东京都老年医院采集了组织样本, 该医院为日本的老年人口提供以社区为基础的医疗服务。研究中使用的脑尸体解剖样本经死者亲属知情同意, 在脑库衰老研究银行登记。bbar 得到了东京都老年医院伦理委员会和老年学研究所的批准。对于在脑库登记的所有大脑, 我们从患者或其家属那里获得了用于医学研究的书面知情同意书。患者在死后2小时内被安置在寒冷 (4°c) 的房间里, 以减少脑部的尸检变化。这里描述的所有方法都得到了同志社大学和大脑衰老研究银行、东京都老年医院和老年学研究所的批准。

1. 为 ims 准备组织部分

  1. 人类自动聚焦脑的加工组织标本
    注意: 确保 ims 的样品制备步骤保留组织的原始状态。避免污染和死后的变化。以下步骤至关重要。
    1. 从在8小时内被取出、处理和储存在-80°c 的大脑中获取人类的皮质标本。取 ad 患者枕部皮质的脑标本和年龄匹配的对照 21
  2. 冷冻组织切片的制备
    1. 在低温恒温器上切割组织切片。将导电 ito 涂层显微镜玻璃滑块放入低温恒温器21 内。
    2. 将尸检大脑标本从-80°c 加热到-22°c。
    3. 在每次实验时, 都要在低温恒温器上安装一个新的一次性刀片。始终尝试使用刀片的清洁部分。
    4. 将冷冻的尸检大脑与少量 oct 化合物一起放在舞台上 (足以覆盖舞台的中心区域; 见材料表)。
    5. 选择薄切片的条件。对于 ims, 对人脑切片使用厚度为10–12微米。对于 ims 和 ihc, 从每个组织样本中切割5至6个部分。
    6. 当刀片刚开始切割组织时, 转动车轮, "面对" 块, 直到所有的组织都暴露出来。如果整个部分有一个小的条纹或撕裂, 请在低温恒温器中再等待一点, 直到温度调整自动修复它。数几秒钟后, 然后用下面的纸巾打开防卷。
    7. 立即将组织切片放在玻璃滑块的 ito 涂层一侧。将一根手指放在非 ito 涂层侧的幻灯片下方, 将组织切片解冻。组织将粘在滑梯上;确保组织尽可能平坦, 没有皱纹。在室温下执行此步骤。
      注: 戴手套、口罩和实验室长袍, 因为人体样本可能含有生物污染物。当所有部分都已作出的一天, 清洁低温恒温器, 刷子, 和夹头与实验室湿巾和200毫升的100% 乙醇。
  3. 冲洗组织切片
    1. 将样品浸入 40-100 ml 的70% 乙醇 30秒, 以去除内源性脂质和无机盐。使用玻璃染色罐。
    2. 用 40–100 ml 的100% 乙醇清洗样品 30秒, carnoy 溶液的 40–100 ml, 30秒, 100% 乙醇, 0.1%3-三氟乙酸 (tfa) 40–100 ml, 1分钟, 30s 40-100 毫升, 使用玻璃染色罐。
      注: 卡诺的溶液是由乙醇、三部分醋酸和1份氯仿组成的固定剂。
    3. 在真空中干燥30分钟。
  4. 甲酸蒸气处理组织切片, 使尸检脑组织的 aβ蛋白更好地电离
    1. 准备烤箱和孵育玻璃滑块, 用于随后用5毫升的100% 甲酸汽化。为了实现满意的酸性处理, 在整个步骤中, 将孵化玻璃盘中的空气湿度保持在饱和水平, 并将温度保持在60°c。将组织切片放在孵化玻璃盘中, 同时避免浸入甲酸并治疗6分钟。
    2. 使用胶片扫描仪、凝胶扫描仪或数字显微镜等对样品进行光学图像,在室温下执行此步骤。当样品目标放置在仪器内部时, 样品的光学图像的对齐是必要的。通常情况下, 它将是不可能识别的组织部分下的矩阵层。
      请注意:拍摄光学图像最方便的方法是使用办公室扫描仪。最好将图像保存在成像数据存储文件夹中。
    3. 要将光学图像与样本关联, 请在光学图像中和相机光学中的矩阵层下方显示的导向标记。最简单的方法是在拍摄光学图像之前, 在样品周围发现至少三个校正流体标记。
  5. 矩阵应用
    1. 矩阵溶液的制备
      1. 在有机耐溶剂微管中, 用50% 乙腈 (acn) 和 0.1% tfa 制备 10 mgml sa 溶液。通过涡旋或简短的超声10分钟彻底溶解 sa 化合物, 将溶液存放在室温下, 直至使用。
        请注意:矩阵喷涂有三种不同的选择: 使用喷枪、超声波喷雾器或自动喷雾器。
    2. 用喷枪喷洒矩阵
      1. 在恒定的室温 (20–23°c) 和湿度 (40%-60%) 下执行操作。为优化喷涂而调整的参数包括液滴的大小、雾气的数量、喷嘴与组织部分之间的角度和距离, 以及实验室的温度和湿度。通过检查显微镜结果来调整这些条件。
        注: 由于限制因素包括基体覆盖的晶体尺寸和均匀性以及不需要的分析物迁移/扩散, 因此较小的尺寸较好。同质性也是检验的重点。
    3. 用超声波喷雾器喷涂基体
      1. 取出要从干燥器中喷洒的组织, 并将其放置在室内。确保组织未覆盖传感器窗口。
      2. 按下"开始"按钮开始准备工作;通常情况下, 准备时间约为90分钟。通过对基体层厚度和湿度的监测, 将自动调节制备。准备完成后, 取出幻灯片并将其存储在干燥器中 15分钟, 然后在 maldi 仪器中阅读。
      3. 用 100% meoh 的2-3 毫升清洁喷雾器, 直到喷头看起来干净为止。
        注: 矩阵液滴的细雾被重力片允许沉入组织中。产生的平均液滴尺寸为 20μm;所有液滴直径小于50μm。
    4. 用自动喷雾器喷涂矩阵
      1. 用自动喷雾器在组织表面喷洒基质溶液。加热护套气体 (n2, 设置在 10 psi 和 75°c) 的恒定流动将与基质溶液喷雾一起传递。使用溶剂泵系统 (设置为 10 psi 和 0.15 mL/min) 提供矩阵溶液。
        注意: 最重要的是, 在安全柜下工作, 以避免吸入任何基质气溶胶。控制室温和湿度, 再现均匀基质结晶。

2. maldi-ims

  1. 执行超高速质谱。
    1. 使用配备 10 khz nd-yag (355 纳米) 激光的 aldi-ims 进行高通量和高空间分辨率成像实验。
    2. 对于质谱测量, 请使用 maldi 控制软件和数据分析软件定义组织区域。
    3. 以正线性模式获得光谱, 质量范围为 2000–20000, 空间分辨率为20和100μm。
    4. 为了使校准标准, 在 ta30 溶液 (acn:0.1% tfa = 30:70) 中溶解肽校准标准和蛋白质校准标准, 其比率为 1:4, 与α-氰基-4-氢肉桂酸 (chca), 然后稀释10倍。将1μl 校准标准放置在四个不同位置的幻灯片上。
  2. 使用分子组织学软件 (见材料表), 覆盖多个单个图像, 以找到各种信号的空间相关性, 如不同的 aβ肽在 sp 和动脉壁的共体。

3. 数据处理

  1. 对于光谱对齐, 将所有光谱与以前出版物21中选定的 m/z 列表齐。
  2. 使用基线减法将 aldi-ims 数据集导入到统计分析软件中 (见材料表)。
  3. 基于组织学知识的感兴趣的跟踪区域 (roi)。
    1. 对平均强度、标准偏差、判别标记 (roc 分析) 的发现、假设检验和共调 m\ z 值的发现进行单变量分析。
  4. 创建分割映射。
    1. 对大型数据集的空间分割执行无监督的多变量分析, 并对潜在趋势进行分量分析。
    2. 根据组织学特征选择解剖 roi, 如实质和蛛网膜下腔。
    3. 将结构分配为单个 roi, 并将其与处理后的 ms 数据关联起来, 以识别允许该区域进行图像分割的相关肽。

Representative Results

对 caa (n = 5; 平均年龄 = 83.2 y) 和老年无斑块 (sp o) 和 caa (n = 5; 平均年龄 = 77.2 y) 的零星 ad 患者进行了分析 (表 1)。本研究中最突出的是患者 #3 的 caa 表型。用 aldi-ims 观察了患者 #3 脑组织中 aβ1-40 和 aβ1-42 沉积的分布情况 (图 1)。非病理控制大脑中没有明显信号 (患者 #9 和 #10), 如图 1所示。在这里, aldi-ims 清楚地想象出 aβ1-42 优先沉积为 sp 在脑实质。相比之下, 较短的β, 如 aβ1-36 至 1-36, 优先沉积在小链膜血管区 (图 1)。

用相邻的组织冷冻切片用 ihc 进一步验证了 aβ40和 aβ42的分布。抗 aβ40抗体标记为 caa (箭头如图 2b), 这与 aβ42在脑实质中的分布形成 sp 明显对比。对于 aβ1-41, 我们是第一个检测到人类大脑中的这个片段的人, 我们产生了特定的抗体, 可以区分 aβ41和 aβ40和 aβ42 21

maldi-ims 的空间分辨率通常是需要改进的最重要因素。在图 1图 2中显示了100μm 间距分辨率的 aldi-ims, 并获得了相对较宽的21区域总体分布分布配置文件。很难准确地定义蛛网膜下腔的淀粉样蛋白沉积, 包括血管结构。为了描绘蛛网膜下腔血管和皮层表面的精细组织结构, 进行了高分辨率 mardi 成像 (40μm:图 3; 20μm:图 4图 5)。因此, maldi-ims 清楚地表明, 较短的β, 如 aβ1-36 至 1-36, 分布在动脉壁, 与 ihc 相当。

maldi-ims 展示了在 ad 中的详细分布, 以及在 caa 大脑中的 aβx-40 和 aβx-42 (x = 2、4、5、6、7、8、9和 11 pe)。例如, 虽然 aβ-x-40 种的分布分布与 aβ1-40 相似, 但 aβx-42 种在 aβ1-4221 中表现出不同的分布格局。根据目前的协议, 用 maldi-ims 观察到的单个 aβ肽的单个离子图像被分配到 aβ物种。相比之下, 可以利用无监督的多元统计数据来研究获得的图像数据, 以便获得感兴趣的解剖区域的图像分割, 从而进一步分析未定义的蛋白质。图 5显示了通过将 #3 21个患者应用于同一节的分割标记获得的分割图.这种聚类方法成功地识别了薄壁中的斑块状结构 (图5c 中的蓝色) 和蛛网膜下腔的血管结构 (图5c 中的绿色)。有趣的是, 在薄壁中发现一个小的圆形区域, 它就在薄壁的一个小动脉周围, 以及蛛网膜下腔 (图 5c中的紫色) 中检测到。图5d-5f 中这些单个 aβ肽的单个离子图像证实了这一点。

Figure 1
图 1: 冻结的 adxcaa 大脑部分的 maldi-ims.在伴随严重 caa (患者 #3) 的 ad 中, 各种 c 末端截断的 aβ肽在左侧面板中可视化, 并在右侧面板中显示控制 (右侧患者 #9, 在所有图像中控制患者 #10)。aβ1-36 至 aβ1-41 优先沉积在小孔血管中, aβ1-42 和 aβ1-43 在脑实质中作为老年斑块沉积 #3, 而对照患者的大脑中没有信号 (病例 #9 和 #10)。分辨率 = 100μm。刻度杆 = 5 毫米。经 kakuda 等21 许可, 对这一数字作了修改。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 2
图2:ada 大脑冻结部分和 ad 脑皮质相邻部分的 aldii-ims.( a - c ) ad 脑皮质冷冻 ad / caa 脑部和 ( d 和 e ) 邻近部分的皮质被免疫染色 , 并侧重于动脉和脑实质 , 使用抗体对抗aβ40 (d :ba27) 或 aβ 42 (e: 抗 aβ42多克隆)。这两项分析都表明, aβ40优先沉积在囊下腔和形成 caa 的脑实质中的小翼血管 (d 组中的箭头) 和小动脉中。相反, aβ42主要沉积在 sp 中。对于 ims, 分辨率 = 100μm。刻度杆 = 5 毫米 (abc) = 5 毫米、500 (de)。经 kakuda 等21 许可, 对这一数字作了修改。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 3
图3:50 微米分辨率的冷冻 adxcaa 脑切片 (患者 #3) 的 mald-ims.在 ad 中, 不同的 c 端和 n 端截断和修饰的 aβ肽伴随严重 caa (患者 #3)。aβ1-36 至 aβ1-41 优先沉积在小孔血管中, aβ1-42 和 aβ1-43 作为老年斑块沉积在脑实质中。刻度条 = 1 毫米 (a-b), 2 毫米 (左上角)。分辨率 = 40μm。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: 分辨率为20μm 的冷冻 admecaa 脑段 (患者 #3) 的 maldi-ims.该面板显示各种 c 端和 n 端截断和改性的 apβ肽在 ad 伴随严重 caa (患者 #3)。aβ1-36 至 aβ1-41 优先沉积在小孔血管中, aβ1-42 和 aβ1-43 作为老年斑块沉积在脑实质中。刻度柱 = 200 微米 (a、b、c)、1毫米 (左上角)。分辨率 = 20μm。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 由冷冻 ad 脑段的 mardi-ims 获得的分割图显示假定的老年斑块、大蛛网膜下腔结构和小的实质动脉.(a) 通过对 aldi-ims 数据的多变量图像分析获得的分割图。(b) 基于化学手段的聚类分析, 确定了枕部皮层中的斑块状和血管状结构。群集和子结构及其关系显示为节点 (例如, 1-0-0)。(c) 独特的 aβ肽定位模式, 类似于斑块 (蓝色)、蛛网膜下腔血管 (绿色) 和动脉 (红色) 结构。请注意, 一些红色的集群也分布在蛛网膜下腔空间中。这些个体 aβ肽的单离子图像以20μm 的分辨率验证了这一点: (d) aβ 1-40, (e) aβ1-41, 和 (f) aβ1-40。请点击这里查看此图的较大版本.

情况 下 性别 死亡年龄 braak sp Caa
1 m 83 C 0。5
2 m 88 C 1
3个 m 84 C 2
4个 m 78 C 1
5 m 83 C 1
6 m 84 o 0
7。 m 78 o 0
8 m 70 o 0
9 m 73 o 0
10 m 81 o 0

表 1: caa 患者和老年 sp o 患者 ad 的临床和病理资料.从东京都老年学研究所的脑库中获得了 ims 和 ihc 的人类皮质标本。每个大脑标本都是从 5名 ad 患者的枕叶皮层和5个年龄匹配的对照中提取的。根据 aβ单克隆抗体所显示的淀粉样蛋白沉积程度, 由 braak sp (淀粉样蛋白) 阶段确定。在 o 阶段, 几乎没有整个等皮层的老年斑块。在 c 阶段, 几乎所有的等皮质区域都受到影响。ad 大脑在 c 阶段是不变的。经 kakuda 等人21许可, 对此表进行了修改。

Discussion

在这里, 我们展示了一个详细的协议和结果的可视化出出的 aβ及其异形从几个自动调整的大脑与 ad 和 caa 与 maldi-ims。β的沉积剖面从 aβ1-42 急剧变化为 n-和 c 端的变化。aβ1-41 首次在人类大脑中使用现行协议进行了鉴定和可视化, 并在 ihc21 中得到进一步验证。考虑到具有高分辨率分析 (20μm) 的 ims 沉积的 aβ的形态必须与 ihc、ims 和 ihc 完全吻合, 因此, ims 和 ihc 的位置和蛋白质含量及其形态同样有助于区分β矿床。由于这里描述的整个实验是在枕叶皮层进行的, 研究不同β-淀粉样蛋白物种在所有大脑区域的定位将推广到未来的实验使用目前的协议。

该协议中的关键步骤是组织准备步骤, 以获得人类脑组织中聚集蛋白的有效电离。需要一个矩阵层来吸收激光能量并诱导分析物的解吸和电离。在这个过程中, 整个组织部分均匀地涂有小晶体。与基体对分析物进行同质共晶化是高灵敏度和无人工成像的关键。三种喷涂方法中的每一种都有其优点。手动喷涂是最常用的方法之一。喷枪是方便的; 喷枪是方便的。然而, 它需要熟练的操作。由于精确和可重复的实验技术是必不可少的, 建议使用超声波喷雾器和/或自动喷雾器, 如目前的协议中所述。对于超声波喷雾器, 不会受到房间湿度和温度的影响, 因为它被喷入室内。同时, 采用自动喷雾器, 获得了相对保存的空间分辨率, 具有良好的重现性。一般情况下, 用这三种方法获得的空间分辨率按 1) 喷枪、2) 自动装置和 3) 超声波喷雾器的顺序增加。

最重要的是, 该协议最初是为了检测和可视化人类尸体大脑样本中的β。app23 小鼠用 baldi-ims 对β进行可视化, 这是在人类 app 瑞典型突变的 ad 动物模型中产生的, 此前已被其他人用现有的方法1819 进行了报道。然而, 应用于 app23 的前一种协议在横向分辨率和灵敏度上不足以可视化 aβ。早期的研究讨论了高 aβ浓度以外的组织边界显然是伪影在 app23 成像与他们的协议18,19。这意味着, 在 maldi 型成像中, 由于矩阵提取步骤而导致的真实 sp 和 ims 图像之间的所谓 "模糊" 是不可避免的。然而, 在目前的协议中, 模糊消失了, 每个光谱都代表了大脑实质中的每一个 sp。

如图所示, 我们可以在 ad 和 caa 大脑中首次使用 aldi-ims 以及 ihc 在我们自己的第21代中使用特定抗体来跟踪 aβ1-41。根据 aβ处理模型, aβ1-38通过aβ1-42 从 aβ1-45 派生, aβ1-41 通过γ-分泌酶的步骤裂解27,28,29, 30, 31来自 aβ1-45..这意味着当前协议支持此模型。至于这种技术的局限性, 我们必须考虑人类尸体解剖大脑样本的异质性。从某种意义上说, 最关键的一步是用道德证据评估合格的尸体解剖脑组织。根据目前关于这些合格的尸体解剖脑组织的协议, aldi-ims 可以单独跟踪复杂分子的整个分布, 有多个修改, 以及未知的因素, 调节 ad 的发病机制, 这是尚未定义。此外, 在了解老年人大脑中各种神经病理学的整体发病机制时, 必须将 maldi-ims 作为一种标准方法, 结合神经疾病的临床、遗传和病理观察, 是可行的。.

为此, maldi-ims 的另一个关键步骤是从获得的数据集中进行数据挖掘, 这始终非常耗时。每个峰值分布的手动数据挖掘要求用户单击每个图像, 并查找可能与分析样本的形态相关的分布。自动空间分割可作为数据挖掘的第一步, 提供数据集的概述, 并允许快速检测突出的特征。在这种方法中, 统计上确定了给定区域的光谱之间的相似性, 并将相似的光谱分为一个集群。所有像素都根据其群集分配进行颜色编码 (图 5)。在目前的 adcaa 研究中, 感兴趣的区域是薄壁斑块和蛛网膜下腔和实质血管结构中 aβ沉积的空间。用 ihc 进一步验证的两个独特峰是 aβ1-40 和 aβ1-4221 的m/z 值。因此, 很容易找到 aβ1-40 和 aβ1-42 的共聚 m/z, 这已经被注释到 n-和 c 末端截断的 aβ, 以及未知的肽, 以供进一步分析。

weller 和他的同事报告说, aβ在血管壁中积累, 在动脉周围比在静脉21周围更多。此外, 还建议间质液 (isf) 包括通过血管周围引流通路 222324、25从大脑实质排泄到淋巴结的β ,26。目前基于人权-ims 数据集生成分割图的协议支持大脑血管周围引流通路的可能存在 (图 5), 这对 ad21中的 caa 有很大的贡献,32. 此外, 我们可以通过计算每个 m/z 值的相关性, 发现标记蛋白与斑块和蛛网膜下腔血管共离。在了解老年人大脑中各种神经病理学的整体发病机制时, 结合已确定的神经学 hhc 数据, 采用 maldi-ims 作为一种强有力的方法是可行的疾病。

Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了创新领域科学研究补助金的部分支持 (大脑蛋白质衰老和老年痴呆症控制 26117004; 到 m. i. 和 t. m.)。这项研究得到了日本医学研究与发展机构脑科学战略研究计划的部分支持。所有实验都是按照只是指南进行的。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cryostat Leica Microsystems, Wetzlar, Germany CM1950
Indium tin oxide (ITO)-coated microscope glass slide Bruker Daltonics #237001
Blade (disposable) Leica Microsystems, Wetzlar, Germany #117394
O.C.T. Compound Leica Microsystems, Wetzlar, Germany FSC 22 Blue
Scanner EPSON GT-980
Air-Brush GSI Creos PS274
Compressor MRHOBBY Mr.Linear compressor L5
Ultrasonic sprayer Bruker Daltonics ImagePrep
Automatic sprayer HTX Technologies TM Sprayer
Confocal-laser-scanning-microscope Carl Zeiss Inc. LSM 700
Ultra high speed MALDI instrument Bruker Daltonics rapifleX MALDI Tissuetyper
MALDI control software Bruker Daltonics FlexControl 3.8
Data analysis software Bruker Daltonics FlexImaging 5.0
Molecular histology software SCiLS, Bremen, Germany SciLS Lab 2016a
Statistical software SCiLS, Bremen, Germany SciLS Lab 2016a
Sinapinic acid (SA) Nacalai tesque 30494-91
Alpha-Cyano-4-hydroxyl-cinnamic acid (CHCA) Wako 037-19261
Calibration standard Bruker Daltonics
Biotinylated anti-mouse IgG antibodies Vector Laboratories, Inc., Burlingame, CA
Biotinylated anti-rabbit IgG antibodies Vector Laboratories, Inc., Burlingame, CA
Avidin and biotinylated HRP complex. Vector Laboratories, Inc., Burlingame, CA Vectastain Elite ABC kit
3,3-diaminobenzidine (DAB) Vector Laboratories, Inc., Burlingame, CA Vectastain Elite ABC kit

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References

  1. Kovacs, G. G. Molecular Pathological Classification of Neurodegenerative Diseases: Turning towards Precision Medicine. International Journal of Molecular Sciences. 17, E189 (2016).
  2. Selkoe, D. J. Alzheimer's disease: genes, proteins, and therapy. Physiological Reviews. 81, 741-766 (2001).
  3. Selkoe, D. J., Hardy, J. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease at 25 years. EMBO Molecular Medicine. 8, 595-608 (2016).
  4. Braak, H., Braak, E. Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes. Acta Neuropathologica. 82, 239-259 (1991).
  5. Braak, H., Alafuzoff, I., Arzberger, T., Kretzschmar, H., Del Tredici, K. Staging of Alzheimer disease-associated neurofibrillary pathology using paraffin sections and immunocytochemistry. Acta Neuropathologica. 112, 389-404 (2006).
  6. Bateman, R. J., et al. Dominantly Inherited Alzheimer Network. Clinical and biomarker changes in dominantly inherited Alzheimer's disease. The New England Journal of Medicine. 367, 795-804 (2012).
  7. Iwatsubo, T., et al. Visualization of A beta 42(43) and A beta 40 in senile plaques with end-specific A beta monoclonals: evidence that an initially deposited species is Abeta 42(43). Neuron. 13, 45-53 (1994).
  8. Reinert, J., et al. Deposition of C-terminally truncated Aβ species Aβ37 and Aβ39 in Alzheimer's disease and transgenic mouse models. Acta Neuropathologica Communications. 4, 24 (2016).
  9. Saido, T. C., et al. Dominant and differential deposition of distinct beta-amyloid peptide species, A beta N3(pE), in senile plaques. Neuron. 14, 457-466 (1995).
  10. Harigaya, Y., et al. Amyloid beta protein starting pyroglutamate at position 3 is a major component of the amyloid deposits in the Alzheimer's disease brain. Biochemical and Biophysical Research Communications. 276, 422-427 (2000).
  11. Vinters, H. V. Cerebral amyloid angiopathy. A critical review. Stroke. 18, 311-324 (1987).
  12. Saito, T., et al. Potent amyloidogenicity and pathogenicity of Aβ43. Nature Neuroscience. 14, 1023-1032 (2011).
  13. Sergeant, N., et al. Truncated beta-amyloid peptide species in pre-clinical Alzheimer's disease as new targets for the vaccination approach. Journal of Neurochemistry. 85, 1581-1591 (2003).
  14. Suzuki, N., et al. High tissue content of soluble beta 1-40 is linked to cerebral amyloid angiopathy. The American Journal of Pathology. 145 (2), 452-460 (1994).
  15. Miyasaka, T., et al. Visualization of newly deposited tau in neurofibrillary tangles and neuropil threads. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 64, 665-674 (2005).
  16. Portelius, E., et al. Mass spectrometric characterization of brain amyloid beta isoform signatures in familial and sporadic Alzheimer's disease. Acta Neuropathologica. 120, 185-193 (2010).
  17. Kelley, A. R., Perry, G., Castellani, R. J., Bach, S. B. Laser-Induced In-Source Decay Applied to the Determination of Amyloid-Beta in Alzheimer's Brains. ACS Chemical Neuroscience. 7, 261-268 (2016).
  18. Stoeckli, M., Staab, D., Staufenbiel, M., Wiederhold, K. H., Signor, L. Molecular imaging of amyloid beta peptides in mouse brain sections using mass spectrometry. Analytical Biochemistry. , 33-39 (2002).
  19. Stoeckli, M., et al. MALDI MS imaging of amyloid. Methods in Enzymology. 412, 94-106 (2006).
  20. Seeley, E. H., Caprioli, R. M. Molecular imaging of proteins in tissues by mass spectrometry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105, 18126-18131 (2008).
  21. Kakuda, N., et al. Distinct deposition of amyloid-β species in brains with Alzheimer’s disease pathology visualized with MALDI imaging mass spectrometry. Acta Neuropathologica Communications. 5, 73 (2017).
  22. Weller, R. O., Djuanda, E., Yow, H. Y., Carare, R. O. Lymphatic drainage of the brain and the pathophysiology of neurological disease. Acta Neuropathologica. 117, 1-14 (2009).
  23. Weller, R. O., Boche, D., Nicoll, J. A. Microvasculature changes and cerebral amyloid angiopathy in Alzheimer's disease and their potential impact on therapy. Acta Neuropathologica. 118, 87-102 (2009).
  24. Weller, R. O., Subash, M., Preston, S. D., Mazanti, I., Carare, R. O. Perivascular drainage of amyloid-beta peptides from the brain and its failure in cerebral amyloid angiopathy and Alzheimer's disease. Brain Pathology. 18, 253-266 (2008).
  25. Morris, A. W., et al. Vascular basement membranes as pathways for the passage of fluid into and out of the brain. Acta Neuropathologica. 131, 725-736 (2016).
  26. Hawkes, C. A., et al. Perivascular drainage of solutes is impaired in the ageing mouse brain and in the presence of cerebral amyloid angiopathy. Acta Neuropathologica. 121, 431-443 (2011).
  27. Kakuda, N., et al. Equimolar production of amyloid beta-protein and amyloid precursor protein intracellular domain from beta-carboxyl-terminal fragment by gamma-secretase. Journal of Biological Chemistry. 281, 14776-14786 (2006).
  28. Matsumura, N., et al. γ-Secretase associated with lipid rafts: multiple interactive pathways in the stepwise processing of β-carboxyl-terminal fragment. Journal of Biological Chemistry. 289, 5109-5121 (2014).
  29. Morishima-Kawashima, M., et al. Effect of apolipoprotein E allele epsilon4 on the initial phase of amyloid beta-protein accumulation in the human brain. The American Journal of Pathology. 157, 2093-2099 (2000).
  30. Takami, M., et al. γ-Secretase: Successive tripeptide and tetrapeptide release from the transmembrane domain of β-carboxyl terminal fragment. The Journal of Neuroscience. 29, 13042-13052 (2009).
  31. Kakuda, N., et al. Altered γ-secretase activity in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. EMBO Molecular Medicine. 4, 344-352 (2012).
  32. Carlred, L., et al. Probing amyloid-b pathology in transgenic Alzheimer’s disease (tgArcSwe) mice using MALDI imaging mass spectrometry. Journal of Neurochemistry. 138, 469-478 (2016).

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Ikegawa, M., Nirasawa, T., Kakuda,More

Ikegawa, M., Nirasawa, T., Kakuda, N., Miyasaka, T., Kuzuhara, Y., Murayama, S., Ihara, Y. Visualization of Amyloid β Deposits in the Human Brain with Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Imaging Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (145), e57645, doi:10.3791/57645 (2019).

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