דיסקציה, עיבוד היסטולוגי וניתוח ביטוי גנים של רקמת שומן חומה סופרקלאביקולרית מורין
Summary
כאן, אנו מספקים הליך מעשי לניתוח וביצוע ניתוחים היסטולוגיים וביטוי גנים של רקמת שומן חומה סופרקלאביקולרית.
Abstract
תרמוגנזה בתיווך רקמת שומן חום (BAT) ממלאת תפקיד חשוב בוויסות חילוף החומרים, והמורפולוגיה והתפקוד שלה יכולים להיות מושפעים מאוד מגירויים סביבתיים בעכברים ובבני אדם. נכון לעכשיו, מורין interscapular BAT (iBAT), הממוקם בין שתי עצם השכמה באגף הגבי העליון של עכברים, הוא מחסן BAT העיקרי המשמש מעבדות מחקר לחקר תפקוד BAT. לאחרונה זוהו בעכברים כמה מחסני BAT שלא היו ידועים קודם לכן, כולל אחד המקביל לרקמת שומן חומה סופרקלאביקולרית אנושית. שלא כמו iBAT, רקמת שומן חומה סופרקלאביקולרית (scBAT) ממוקמת בשכבת הביניים של הצוואר ולכן לא ניתן לגשת אליה בקלות.
כדי להקל על המחקר של scBAT עכבר שזוהה לאחרונה, מוצג כאן פרוטוקול המפרט את השלבים לניתוח scBAT שלם מעכברים לאחר לידה ובוגרים. בשל גודלו הקטן של scBAT ביחס למחסני שומן אחרים, הנהלים שונו והותאמו במיוחד לעיבוד scBAT. בין שינויים אלה הוא השימוש במיקרוסקופ מנתח במהלך איסוף רקמות כדי להגדיל את הדיוק וההומוגניזציה של דגימות scBAT קפואות כדי להעלות את היעילות של ניתוח qPCR לאחר מכן. בעזרת אופטימיזציות אלה, ניתן לקבוע את הזיהוי, המראה המורפולוגי והאפיון המולקולרי של scBAT בעכברים.
Introduction
השכיחות הגוברת של השמנת יתר בארה”ב ובעולם הציתה עניין רב בהבנת האטיולוגיה שלה ובזיהוי טיפולים פוטנציאליים 1,2. רקמת השומן ממלאת תפקיד חיוני בחילוף החומרים, וחוסר ויסות של רקמת השומן יכול להוביל להתפתחות של השמנת יתר. בדרך כלל, ישנם שני סוגים של רקמות שומן, רקמת שומן לבנה וחומה. בעוד רקמת שומן לבן (WAT) יכולה לאחסן אנרגיה כימית ולהפריש גורמים אנדוקריניים, רקמת שומן חום (BAT) יכולה להשתמש באנרגיה כימית כדי לייצר חום ולשמור על טמפרטורת הגוף בקור 3,4. בגלל יכולת ייחודית זו, הפעלת BAT יכולה גם להגדיל את הוצאת האנרגיה ולשפר את הרגישות לאינסולין5.
BAT מפעיל את תפקידו באמצעות תרמוגנזה שאינה רועדת, תהליך המתווך על ידי פירוק צימוד חלבון 1 (UCP1)6. יונקים, כולל עכברים ובני אדם, מחזיקים בכמויות משתנות של BAT. ההשקפה הקלאסית של BAT היא שרקמות שומן אלה נפוצות יותר בעכברים ובתינוקות מאשר בבני אדם בוגרים. iBAT, הממוקם באגף הגבי העליון בין עצם השכמה, הוא מחסן העטלף הנחקר ביותר בעכברים. על ידי יישום בדיקות הדמיה רדיואיזוטופית וביופסיה, מחקרים אחרונים זיהו מספר מחסני BAT בבני אדם בוגרים. חלקם, כולל המחסנים שנמצאו באזור הצוואר העמוק והסופרקלאביקולרי, לא זוהו קודם לכן בעכברים או בחיות מודל אחרות 7,8,9,10,11. מבין מחסני ה-BAT הללו, ה-scBAT הוא המחסן הנפוץ ביותר בבני אדם בוגרים. כדי להבין טוב יותר את המקור ואת התרומה המולקולרית של מחסני BAT אלה שנמצאו לאחרונה בבני אדם, חיוני לזהות מחסנים מקבילים בעכברים המאפשרים מניפולציות גנטיות ומולקולריות כדי לעקוב ולבדוק את התפקיד התפקודי של מחסנים אלה. לפיכך, אנו ואחרים זיהינו כמה מחסני BAT שלא היו ידועים קודם לכן במקומות אנטומיים שונים בעכברים, כולל scBAT12,13, BAT פריווסקולרי בית החזה14,15, BAT פריrenal16 ו- BAT פריאורטי17. עכבר scBAT דומה אנטומית scBAT אנושי ודומה מורפולוגית iBAT קלאסי, מבטא רמות גבוהות של UCP112.
שלא כמו iBAT עכבר, אשר ניתן לנתח בקלות, scBAT ממוקם בשכבת הביניים של צוואר העכבר, מתחת לבלוטות הרוק לאורך וריד הצוואר החיצוני. בידוד של מחסן זה לצורך ניתוחים היסטולוגיים ומולקולריים יכול להיות מאתגר. כאן, אנו מתארים בפירוט את ההליך לניתוח scBAT מעכברים לאחר לידה ובוגרים ועיבוד מחסן זה עבור היסטולוגיה וניתוח ביטוי גנים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, אנו מציגים בפירוט את ההליכים לניתוח ועיבוד scBAT עבור H&E וניתוח ביטוי גנים. מכיוון ש- scBAT שוכן בשכבת הביניים של הצוואר ונמצא לאורך הוורידים הגדולים, הבידוד של מחסן זה דורש טכניקה מדויקת. באופן ספציפי, כדי לקבל תצוגה ברורה של המחסן, אנו ממליצים למקם את העכבר תחת מיקרוסקופ ניתוח לאח…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי NIDDK של NIH תחת פרס מספר R01DK116899, USDA/ARS תחת פרס מספר 3092-51000-064-000D, ופרס פיילוט ממכון ביילור לרפואה לחקר הלב וכלי הדם. תרשימי הזרימה הופקו באמצעות BioRender.
Materials
| 95% Dehydrant Alcohol (Flex 95) | Epredia | 8201 | |
| 100% Dehydrant Alcohol (Flex 100) | Epredia | 8101 | |
| 96-well PCR plate | Bio-Rad | MLL9601 | |
| Aurum Binding Mini Column | Bio-Rad | 7326826 | |
| Aurum High Stringency Wash | Bio-Rad | 7326803 | |
| Aurum Low Stringency Wash | Bio-Rad | 7326804 | |
| Base Molds (for embedding) | Tissue-Tek | 4122 | |
| BD PrecisionGlide Needle 21g x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305167 | |
| C1000 Touch Thermal Cycler | Bio-Rad | 1840148 | |
| Capless Microcentrifuge Tubes 2 mL | Fisherbrand | 02-681-453 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5430R | |
| CFX Opus 96 Real-Time PCR Instrument | Bio-Rad | 12011319 | |
| Chloroform | Thermo Scientific Chemicals | 383760010 | |
| Cytoseal 60 Low-viscosity mounting medium | Epredia | 83104 | |
| DEPC-Treated Water | Ambion | AM 9906 | |
| Dissecting Microscope | Nikon | SMZ1500 | |
| DNase Dilution Solution | Bio-Rad | 7326805 | |
| DNase I | Bio-Rad | 7326828 | |
| dNTPs | Invitrogen | 18427013 | |
| Elution solution | Bio-Rad | 7326801 | |
| EM 400 embedding medium paraffin | Leica Biosystems | 3801320 | |
| Eosin Y (0.5% w/v) | RICCA | 2858-16 | |
| Formula R Infiltration medium paraffin | Leica Biosystems | 3801470 | |
| Genemark Nutator Gyromixer 349 | Bio Express | S-3200-2 | |
| Gill #3 Hematoxylin | Sigma-Aldrich | GHS332-1L | |
| HCl (for HCL-Ethanol) | Fisher Chemical | A142212 | |
| IP VI Embedding Cassettes | Leica Biosystems | 39LC-550-5-L | |
| Koptec's Pure Ethanol – 200 Proof (for 70% Ethanol) | Decon Labs | V1001 | |
| MgCl2 (25 mM) | Thermo Fisher Scientific | R0971 | |
| Microcentrifuge Tubes 1.7 mL | Avantor | 87003-294 | |
| Microseal 'B' Seals (adhseive seals) | Bio-Rad | MSB1001 | |
| Microtome | Leica Biosystems | RM2245 | |
| Molecular Biology Grade Water | Corning | 46-000-CM | |
| Mortar Coors Tek | Thomas Scientific | 60310 | |
| NaCl (for 0.85% saline) | Fisher Bioreagents | BP358-212 | |
| NanoDrop Spectrophotometer | NanoDrop Technologies | ND-1000 UV/Vis | |
| Oligo dT | Invitrogen | 18418020 | |
| Paraffin Section Flotation Bath | Boekel Scientific | 14792V | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich | P6148-500G | |
| PCR Tube Strip | Avantor | 76318-802 | |
| Pestle by Coors Tek | Thomas Scientific | 60311 | |
| Pestle Pellet Motor | Kimble | 749540-0000 | |
| Phosphate Buffer Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | |
| Precision Model 19 Vacuum Oven | Thermo Fisher Scientific | CAT# 51221162 | |
| Primer: 36B4 (forward) 10 μM 5' TGA AGT GCT CGA CAT CAC AGA GCA 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: 36B4 (reverse) 10 μM 5' GCT TGT ACC CAT TGA TGA TGG AGT GT 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Fabp4 (forward) 10 μM 5’ ACA CCG AGA TTT CCT TCA AAC TG 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Fabp4 (reverse) 10 μM 5’ CCA TCT AGG GTT ATG ATG CTC TTC A 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Glut 4 (forward primer) 10 μM 5’ CTG ATT CTG CTG CCC TTC TGT CCT 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Glut 4 (reverse) 10 μM 5’ GAC ATT GGA CGC TCT CTC TCC AAC TT 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: PPARg (forward) 10 μM 5’ AGG GCG ATC TTG ACA GGA AAG ACA 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: PPARg (reserve) 10 μM 5’ AAA TTC GGA TGG CCA CCT CTT TGC 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Ppargc1a (reverse) 10 μM 5' ATG TTG CGA CTG CGG TTG TGT ATG 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Ppargc1a(forward) 10 μM 5' ACG TCC CTG CTC AGA GCT TCT CA 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Ucp1 (forward) 10 μM 5’ AGC CAC CAC AGA AAG CTT GTC AAC 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| Primer: Ucp1 (reverse) 10 μM 5’ ACA GCT TGG TAC GCT TGG GTA CTG 3’ |
Chen lab Oligo database | ||
| RNA isolation solution (PureZol) | Bio-Rad | 7326880 | |
| RNase Away (surface decontaminant) | Thermo Scientific | 1437535 | |
| RNase H | NEB | M0297S | |
| Rnase inhibitor (RNase Out) | Invitrogen | 10777019 | |
| Scintillation Vial (glass) | Electron Microscopy Sciences | 72632 | |
| Slide drying bench | Electrothermal (Cole-Parmer) | MH6616 | |
| Stainless staining rack | Electron Microscopy Sciences | 70312-54 | |
| Stereo microscope (for embedding) | Olympus | SZ51 | |
| Sugical scissors | McKesson | 43-1-104 | |
| Superfine point Straight Dissecting Forceps | Avantor | 82027-402 | |
| Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Superscript III Reverse Transcriptase (Includes 5x First-Strand Buffer and 0.1M DTT) | Invitrogen | 18080044 | |
| SUR-VET syringe with needle 25 G x 5/8", 1 mL | Terumo | 100281 | |
| SYBR Green (qPCR enzyme master mixture) | Applied Biosystems | A25778 | |
| Tissue-Tek Manual Slide Staining Set (jars) | Electron Microscopy Sciences | SKU: 62540-01 | |
| Toluene | Fisher Chemical | T324-1 | |
| Transfer pipette | Avantor | 414004-005 | |
| Xylene | Fisher Chemical | X3P-1GAL |
References
- Boutari, C., Mantzoros, C. S. A 2022 update on the epidemiology of obesity and a call to action: as its twin COVID-19 pandemic appears to be receding, the obesity and dysmetabolism pandemic continues to rage on. Metabolism. 133, 155217 (2022).
- Hales, C. M., Carroll, M. D., Fryar, C. D., Ogden, C. L. Prevalence of obesity and severe obesity among adults: United States, 2017-2018. NCHS Data Brief. (360), 1-8 (2020).
- Berry, D. C., Stenesen, D., Zeve, D., Graff, J. M. The developmental origins of adipose tissue. Development. 140 (19), 3939-3949 (2013).
- Wang, W., Seale, P. Control of brown and beige fat development. Nat Rev Mol Cell Biol. 17 (11), 691-702 (2016).
- Maliszewska, K., Kretowski, A. Brown adipose tissue and its role in insulin and glucose homeostasis. Int J Mol Sci. 22 (4), 1530 (2021).
- Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol Rev. 84 (1), 277-359 (2004).
- Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N Engl J Med. 360 (15), 1509-1517 (2009).
- van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N Engl J Med. 360 (15), 1500-1508 (2009).
- Virtanen, K. A., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N Engl J Med. 360 (15), 1518-1525 (2009).
- Cypess, A. M., et al. Anatomical localization, gene expression profiling and functional characterization of adult human neck brown fat. Nat Med. 19 (5), 635-639 (2013).
- Leitner, B. P., et al. Mapping of human brown adipose tissue in lean and obese young men. Proc Natl Acad Sci U S A. 114 (32), 8649-8654 (2017).
- Mo, Q., et al. Identification and characterization of a supraclavicular brown adipose tissue in mice. JCI Insight. 2 (11), e93166 (2017).
- Shi, Y., et al. Gene Expression Analysis of Environmental Temperature and High-Fat Diet-Induced Changes in Mouse Supraclavicular Brown Adipose Tissue. Cells. 10 (6), 1370 (2021).
- Chang, L., et al. Loss of perivascular adipose tissue on peroxisome proliferator-activated receptor-gamma deletion in smooth muscle cells impairs intravascular thermoregulation and enhances atherosclerosis. Circulation. 126 (9), 1067-1078 (2012).
- Ye, M., et al. Developmental and functional characteristics of the thoracic aorta perivascular adipocyte. Cell Mol Life Sci. 76 (4), 777-789 (2019).
- de Jong, J. M., Larsson, O., Cannon, B., Nedergaard, J. A stringent validation of mouse adipose tissue identity markers. Am J Physiol Endocrinol Metab. 308 (12), E1085-E1105 (2015).
- Fu, M., et al. Neural crest cells differentiate into brown adipocytes and contribute to periaortic arch adipose tissue formation. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 39 (8), 1629-1644 (2019).
- Tucker, D. K., Foley, J. F., Bouknight, S. A., Fenton, S. E. Sectioning mammary gland whole mounts for lesion identification. J Vis Exp. (125), e55796 (2017).
- Berry, R., et al. Imaging of adipose tissue. Methods Enzymol. 537, 47-73 (2014).
