Summary

Immunofluorescerende mærkning i næseslimhindevævssektioner af allergiske rhinitisrotter via flerfarvet immunoassay

Published: September 22, 2023
doi:

Summary

Denne protokol beskriver en flerfarvet immunofluorescensteknik til evaluering af rottemodellen for allergisk rhinitis.

Abstract

Allergisk rhinitis (AR) er en kronisk, ikke-infektiøs inflammatorisk sygdom i næseslimhinden, primært medieret af specifikt immunglobulin E (IgE), der påvirker ca. 10% -20% af verdens befolkning. Mens immunfluorescens (IF) farvning længe har været en standardteknik til påvisning af sygdomsspecifik proteinekspression, er konventionelle IF-teknikker begrænsede i deres evne til at detektere ekspressionsniveauerne for tre eller flere proteiner i den samme prøve. Derfor er flerfarvede IF-teknikker blevet udviklet i de senere år, som muliggør samtidig mærkning af flere mål i celler eller væv.

Denne protokol giver et omfattende overblik over processen til etablering af en rottemodel af AR, opnåelse af næseslimhindeprøver og de tekniske procedurer for flerfarvet immunofluorescens. Alle rotter i AR-gruppen udviste typiske symptomer som nysen, løbende næse og kløende næse, hvor adfærdsmæssige observationer scorede ≥5 point. Hæmatoxylin og eosin (H&E) farvning afslørede øgede inflammatoriske celletal og forstyrret nasal slimhindeintegritet i AR-gruppen. Flerfarvet immunfluorescens (mIF) viste øget ekspression af RORγt og TICAM-1, mens Foxp3-ekspression faldt i næseslimhindevævet hos AR-rotter.

Introduction

Allergisk rhinitis (AR) er en kronisk, ikke-infektiøs inflammatorisk sygdom i næseslimhinden, primært medieret af specifikt immunglobulin E (IgE)1,2. Det er kendetegnet ved symptomer som nysen, løbende næse, næsestop og nasal kløe. Med industrialisering og urbanisering øges forekomsten af AR gradvist og påvirker ca. 10% -20% af verdens befolkning1. Immunofluorescensteknikken (IF) er en fluorescerende farvningsmetode, der anvender en antistof-antigenbindingsreaktion. Det kan anvendes til at detektere og kvantificere fordelingen og ekspressionsniveauerne af specifikke proteiner i biologiske væv eller celler. I AR-forskning kan IF samtidig detektere flere mål, herunder AR-relaterede cytokiner, inflammatoriske celler, receptorer og mere, hvilket letter udforskningen af AR-patogenese og virkningerne af lægemidler 3,4,5,6.

Den flerfarvede immunfluorescens (mIF) farvningsproces ligner meget traditionel IF med tilsætning af et antistofelueringstrin under hver farvningsrunde. Denne ændring muliggør samtidig påvisning af flere biomarkører på samme vævssektion gennem sekventiel enkeltmærkning og flere runder af genfarvning. mIF er baseret på tyramidsignalforstærkning (TSA), hvilket muliggør gentagne cyklusser med TSA-fluorescerende farvning og brug af mikrobølgeopvarmning til at fjerne antistoffer og samtidig bevare fluorescerende signaler 7,8. Sammenlignet med konventionel IF tilbyder mIF flere fordele: (1) det kan detektere svagt udtrykte antigener, der er udfordrende at identificere med konventionel IF 9,10; (2) det giver farvning af høj kvalitet med et forbedret signal-støj-forhold; 3) det gør det muligt at kvantificere vævsspecifikke strukturer og interesseområder11 (4) multiplexing af flere veje udnytter effektivt væv og bevarer begrænsede patologiske ressourcer12; (5) Multiparameteranalyse gennem mIF giver dybere indsigt i væv og afdækker skjult biologisk information13.

Samlet set tillader mIF observation af forskellige antigenekspressioner og distributioner inden for samme prøve, hvilket letter undersøgelsen af målproteiner. I fremtiden vil forskere, der søger at forstå ekspressionen og fordelingen af flere målproteiner, finde denne teknik et værdifuldt valg. Denne undersøgelse demonstrerer anvendelsen af mIF til farvning af næseslimhindeprøver fra rotter med AR og evaluerer etableringen af en rottemodel af AR.

Protocol

Den eksperimentelle protokol og procedurer har modtaget godkendelse fra administrations- og dyreforskningsudvalget ved Chengdu University of Traditional Chinese Medicine (rekordnummer: 2022DL-010). Otte uger gamle hanrotter af Sprague Dawley (SD), der vejede 180-200 g, blev fremstillet kommercielt (se materialetabel) og anbragt under en naturlig lys/mørk cyklus med kontrolleret temperatur (23 ± 2 °C) og relativ luftfugtighed (55 % ± 10 %). Tolv rotter blev tilfældigt opdelt i to grupper: kontrolgrup…

Representative Results

Seks SD-rotter blev med succes induceret i AR-modellen gennem OVA intraperitoneal injektion og nasal udfordring. AR blev induceret hos alle rotter i AR-gruppen og tegnede sig for 100% af gruppen. Alle rotter i AR-gruppen udviste typiske symptomer som nysen, løbende næse og kløende næse. Alle adfærdsmæssige observationer scorede ≥5 point (tabel 2). H&E-farvningsresultater på den 21. dag med modellering afslørede, at næseslimhindens epitelceller og cilier hos kontrolr…

Discussion

Allergisk rhinitis (AR) er en ikke-infektiøs inflammatorisk sygdom i næseslimhinden som følge af en kombination af miljømæssige og genetiske faktorer. Det er blevet et globalt sundhedsproblem, der påvirker arbejdseffektiviteten, mindsker livskvaliteten, forringer søvn, kognitiv funktion og forårsager irritabilitet og træthed. AR påvirker 10-20 % af verdens befolkning¹ og medfører betydelige økonomiske omkostninger og forårsager årlige tab på op til 30-50 milliarder euro i EU-landene18</s…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af Sichuan Provincial Department of Science and Technology (2021YJ0175).

Materials

Al(OH)3 Sollerbauer Biotechnology Co., Ltd A7130
75% ethanol Anhui Yiren An Co., Ltd 20210107
Ammonia Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd 2021070101
Anhydrous ethanol Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd 2022070501
Anti-fluorescence quenching sealer SouthernBiotech 0100-01
Automatic dyeing machine Thermo scientific Varistain Gemini ES
Carrier slides Nantong Mei Wei De Experimental Equipment Co., Ltd 220518001
Citrate-phosphate buffer  Servicebio biotechnology co., Ltd G1201
Citric acid antigen repair solution (PH 6.0) Xavier Biotechnology Co., Ltd G1201
Coverslip Nantong Mei Wei De Experimental Equipment Co. 220518001
Coverslip Nantong Mewtech Life Science Co., Ltd CS01-2450
CY3-Tyramide Sawell Biotechnology Co., Ltd G1223-50UL
DAPI Sawell Biotechnology Co., Ltd G1012
Decoloring shaker SCILOGEX S1010E
EDTA decalcification solution Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd CR2203047
Electric heating blast dryer  Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd DHG-9240A
Embedding box marking machine Thermo scientific  PrintMate AS
Embedding machine Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd JB-P5
Fast tissue dewatering machine Thermo scientific STP420 ES
Film sealer Thermo scientific Autostainer 360
FITC-Tyramide Sawell Biotechnology Co., Ltd G1222-50UL
Fluorescence microscope Sunny Optical Technology Co.Ltd CX40
Foxp3 Affinity Biosciences Co., Ltd bs-10211R
Freezing table Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd JB-L5
Goat Anti-Rabbit IgG H&L (HRP) Liankebio Co., Ltd GAR0072
Goat serum Biosharp BL210A
H&E staining kit Leagene DH0020
Hemostatic forceps Shanghai Medical Devices Co., Ltd J31010
Hydrochloric acid Sichuan Xilong Science Co., Ltd 210608
Immunohistochemical pen Biosharp BC004
Microwave oven Midea M1-L213B
Neutral gum Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd 10004160
Ovalbumin  Sollerbauer Biotechnology Co., Ltd A804010
Oven Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd DHG-9240A
Palm centrifuge SCILOGEX D1008E
Paraformaldehyde Beyotime Biotechnology Co., Ltd P0099-100ml
Pathology section scanner 3DHISTECH Kft Pannoramic SCAN 
PBS buffer Biosharp G4202
Pipette  Dragon KE0003087/KA0056573
Rorγt Affinity Biosciences Co., Ltd DF3196
Scalpel Quanzhou Excellence Medical Co., Ltd 20170022
Self-fluorescent quenching agent Sudan Black B Bioengineering Co., Ltd A602008-0025
Slicer Thermo scientific HM325
Slicing machine Thermo scientific HM325
Slide Nantong Mewtech Life Science Co., Ltd PC2-301
Sprague Dawley rats Sichuan Academy of Traditional Chinese Medicine SYX Equation 1 2023-0100
TICAM-1 Affinity Biosciences Co., Ltd DF6289
Tissue scissors Shanghai Medical Devices Co., Ltd J22120
Tissue spreading baking sheet machine Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd JK-6
TYR-690 fluorescent dyes Shanghai Rutron Biotechnology Co., Ltd RC0086-34RM
Vortex mixer SCILOGEX SLK-O3000-S
Water bath-slide drier Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd JK-6
Wax trimmer Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd JXL-818
Xylene Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd 2022051901

References

  1. Brożek, J. L., et al. Allergic rhinitis and its impact on asthma (ARIA) Guidelines-2016 revision. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 140 (4), 950-958 (2017).
  2. Maurer, M., Zuberbier, T. Undertreatment of rhinitis symptoms in Europe: findings from a cross-sectional questionnaire survey. Allergy. 62 (9), 1057-1063 (2007).
  3. Ding, Y., et al. Alpha-linolenic acid improves nasal mucosa epithelial barrier function in allergic rhinitis by arresting CD4+ T cell differentiation via IL-4Rα-JAK2-STAT3 pathway. Phytomedicine: International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology. 116, 154825 (2023).
  4. Zhou, H., et al. Activation of NLRP3 inflammasome contributes to the inflammatory response to allergic rhinitis via macrophage pyroptosis. International Immunopharmacology. 110, 109012 (2022).
  5. Watts, A. M., Cripps, A. W., West, N. P., Cox, A. J. Modulation of allergic inflammation in the nasal mucosa of allergic rhinitis sufferers with topical pharmaceutical agents. Frontiers in pharmacology. 10, 294 (2019).
  6. Patel, N., et al. Fungal extracts stimulate solitary chemosensory cell expansion in noninvasive fungal rhinosinusitis. International Forum of Allergy & Rhinology. 9 (7), 730-737 (2019).
  7. Granier, C., et al. Tim-3 expression on tumor-infiltrating PD-1(+)CD8(+) T cells correlates with poor clinical outcome in renal cell carcinoma. Cancer Research. 77 (5), 1075-1082 (2017).
  8. Badoua, C., et al. PD-1-ex pressing tumor-infiltrating T cells are a favorable prognostic biomarker in HPV-associated head and neck cancer. Cancer Research. 73 (1), 128-138 (2013).
  9. Fedchenko, N., Reifenrath, J. Different approaches for interpretation and reporting of immunohistochemistry analysis results in the bone tissue – a review. Diagnostic Pathology. 9, 221 (2014).
  10. Faget, L., Hnasko, T. S. Tyramide signal amplification for immunofluorescent enhancement. Methods in Molecular Biology. 1318, 161-172 (2015).
  11. Parra, E. R., Villalobos, P., Rodriguez-Canales, J. The multiple faces of programmed cell death ligand 1 expression in malignant and nonmalignant cells. Applied Immunohistochemistry & Molecular Morphology.: AIMM. 27 (4), 287-294 (2019).
  12. Welsh, A. W., et al. Standardization of estrogen receptor measurement in breast cancer suggests false-negative results are a function of threshold intensity rather than percentage of positive cells. Journal of Clinical Oncology: Official Journal of the American Society of Clinical Oncology. 29 (22), 2978-2984 (2011).
  13. Parra, E. R., et al. Validation of multiplex immunofluorescence panels using multispectral microscopy for immune-profiling of formalin-fixed and paraffin-embedded human tumor tissues. Scientific Reports. 7 (1), 13380 (2017).
  14. Miao, M., Xiang, L., Miao, Y. Specification for preparation of allergic rhinitis animal model (draft). Chinese Traditional and Herbal Drugs. 49 (1), 50-57 (2018).
  15. Xu, J., et al. Astragalus polysaccharides attenuate ovalbumin-induced allergic rhinitis in rats by inhibiting nlrp3 inflammasome activation and nod2-mediated nf- κ b activation. Journal of Medicinal Food. 24 (1), 1-9 (2021).
  16. Bousquet, J., et al. Allergic rhinitis. Nature reviews. 6 (1), 95 (2020).
  17. Huang, C., et al. Expression of activated signal transducer and activator of transcription-3 as a predictive and prognostic marker in advanced esophageal squamous cell carcinoma. World Journal of Surgical Oncology. 13, 314 (2015).
  18. Leynaert, B., Bousquet, J., Neukirch, C., Liard, R., Neukirch, F. Perennial rhinitis: An independent risk factor for asthma in nonatopic subjects: results from the European Community Respiratory Health Survey. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 104 (2), 301-304 (1999).
  19. Guerra, S., et al. Rhinitis is an independent risk factor for developing cough apart from colds among adults. Allergy. 60 (3), 343-349 (2005).
  20. Greisner, W. A., Settipane, R. J., Settipane, G. A. Co-existence of asthma and allergic rhinitis: a 23-year follow-up study of college students. Allergy and Asthma Proceedings. 19 (4), 185-188 (1998).
  21. Pawankar, R., Mori, S., Ozu, C., Kimura, S. Overview on the pathomechanisms of allergic rhinitis. Asia Pacific Allergy. 1 (3), 157-167 (2011).
  22. Van Nguyen, T., et al. Anti-allergic rhinitis activity of α-lipoic acid via balancing th17/treg expression and enhancing nrf2/ho-1 pathway signaling. Scientific Reports. 10 (1), 12528 (2020).
  23. Ivanov, I. I., et al. The orphan nuclear receptor rorγt directs the differentiation program of proinflammatory IL-17+ T helper cells. Cell. 126 (6), 1121-1133 (2006).
  24. Fontenot, J. D., Gavin, M. A., Rudensky, A. Y. Foxp3 programs the development and function of CD4+CD25+ regulatory T cells. Nature Immunology. 4 (4), 330-336 (2003).
  25. Zhou, X., et al. Instability of the transcription factor Foxp3 leads to the generation of pathogenic memory T cells in Vivo. Nature Immunology. 10 (9), 1000-1007 (2009).
  26. Ziegler, S. F., Buckner, J. H. Foxp3 and the regulation of Treg/Th17 differentiation. Microbes and Infection. 11 (5), 594-598 (2009).
  27. Yaling, Y., Gui, Y., Shuqi, Q. Recent research advances of toll-like receptors and allergic rhinitis. Medical Recapitulate. 23 (7), 1273-1276 (2017).
  28. Shan, H., Jie, C. Correlation between TLR4 gene polymorphisms and allergic rhinitis. Journal of Clinical Otorhinolaryngology, Head, and Neck Surgery. 31 (13), 991-994 (2017).
  29. Xu, O., et al. Immunoregulatory mechanism of Treg cells and TICAM-1 patients with severe allergic rhinitis. Chinese Journal of Coal Industry Medicine. 23 (3), 303-306 (2020).
  30. Granier, C., et al. Tim-3 expression on tumor-infiltrating PD-1+CD8+ T cells correlates with poor clinical outcome in renal cell carcinoma. Cancer Research. 77 (5), 1075-1082 (2017).
  31. Badoual, C., et al. PD-1 expressing tumor-infiltrating T cells are a favorable prognostic biomarker in hpv-associated head and neck cancer. Cancer Research. 73 (1), 128-138 (2013).
  32. Gustavson, M. D., et al. Development of an unsupervised pixel-based clustering algorithm for compartmentalization of immunohistochemical expression using automated quantitative analysis. Applied Immunohistochemistry & Molecular Morphology. 17 (4), 329-337 (2009).
  33. Lu, S., et al. Comparison of biomarker modalities for predicting response to PD-1/PD-L1 checkpoint blockade: a systematic review and meta-analysis. JAMA Oncology. 5 (8), 1195-1204 (2019).
  34. Hernandez, S., et al. Multiplex immunofluorescence tyramide signal amplification for immune cell profiling of paraffin-embedded tumor tissues. Frontiers in Molecular Biosciences. 8, 667067 (2021).
check_url/65937?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Hu, Y., Luo, H., Li, J., Zhang, R., Fu, L., Ren, Q., Chen, Y., Huang, X., Zhou, Z., Yuan, H., Tian, L., Wang, X. Immunofluorescent Labeling in Nasal Mucosa Tissue Sections of Allergic Rhinitis Rats via Multicolor Immunoassay. J. Vis. Exp. (199), e65937, doi:10.3791/65937 (2023).

View Video