腸内スイスロールおよびパラフィン包埋組織の免疫蛍光染色に最適化されたプロトコール
Summary
腸は消化と吸収に不可欠です。各領域(十二指腸、空腸、回腸、結腸)は、独自の細胞構造により、異なる機能を果たします。腸の生理学を研究するには、綿密な組織分析が必要です。このプロトコールでは、スイスロール法を用いた組織の固定と処理の概要を説明し、適切な組織の保存と配向を通じて正確な免疫染色を保証します。
Abstract
腸は、小腸と大腸からなる複雑な器官です。小腸はさらに十二指腸、空腸、回腸に分けることができます。腸の各解剖学的領域には、細胞構造の違いによって反映される独自の機能があります。腸の変化を調べるには、さまざまな組織領域と細胞の変化を詳細に分析する必要があります。腸を研究し、大きな組織片を視覚化するために、研究者は通常、腸内スイスロールと呼ばれる技術を使用します。この技術では、腸は各解剖学的領域に分割され、平らな向きに固定されます。次に、組織を慎重に巻き、パラフィン包埋のために処理します。適切な組織の固定と配向は、見落とされがちな実験室技術ですが、下流の分析にとって非常に重要です。さらに、腸組織の不適切なスイスローリングは、壊れやすい腸上皮を損傷し、免疫染色のための組織品質の低下につながる可能性があります。無傷の細胞構造でしっかりと固定され、適切に配向された組織を確保することは、腸細胞の最適な視覚化を確実にするための重要なステップです。私たちは、腸のすべてのセクションを単一のパラフィン包埋ブロックに含めるスイスロールを作成するための費用対効果の高い簡単な方法を紹介します。また、腸上皮のさまざまな側面を研究するための腸組織の最適化された免疫蛍光染色についても説明します。以下のプロトコルは、腸管組織固定、スイスロール法、免疫染色を通じて高品質の免疫蛍光画像を取得するための包括的なガイドを研究者に提供します。これらの洗練されたアプローチを採用することで、腸上皮の複雑な形態が維持され、腸の生理学と病理生物学のより深い理解が促進されます。
Introduction
腸の細胞構造は、腸組織が免疫染色のために保存される際に、その構造的完全性を維持する上で独自の課題を提起します。小腸は、絨毛1として知られる細長い指のような構造で構成されています。これらの絨毛は、埋め込みプロセス中に奇形になることがよくあります。研究者が腸を適切に埋め込んで断面を達成し、腸のすべての領域と腸を構成する層(つまり、固有筋、粘膜、漿膜)を視覚化できるようにする技術を持っていることを確認することは、堅牢な実験的分析2にとって重要です。不適切な固定、過度の固定、および不適切な組織の取り扱いは、組織の完全性を損ない、腸上皮に不注意な損傷をもたらします3,4。これらのステップで腸上皮を損傷すると、免疫組織化学プロトコルや使用される抗体の有効性に関係なく、免疫蛍光法などのその後の分析の品質が大幅に低下する可能性があります。
免疫染色は、適切な組織固定と同様に、生物医学研究の重要な部分です。免疫染色がうまくいけば、細胞の構造と機能のこれまで知られていなかった側面を明らかにすることができます。パラフィン切片の免疫蛍光染色は、固定およびパラフィン包埋プロセス5から生じる物理化学的修飾により、困難な場合があります。固定およびパラフィンの埋め込みにより、目的のエピトープの免疫蛍光検出を妨げる可能性のある抗原マスキングが生じます6。固定の遅延はタンパク質分解を誘発する可能性があり、その結果、重要なエピトープの染色が弱まるか、または存在しないことになります7。さらに、抗体はバックグラウンドが高レベルであると不正確になることがよくあります。一貫性のある特異的な抗体結合と高いS/N比を促進する免疫染色プロトコルは、研究者にとって貴重な情報を提供することができます。
ここでは、腸管組織固定、スイスロール調製8、および免疫染色を通じて高品質の免疫蛍光画像を取得するように設計された包括的なプロトコールを提供します。腸の完全性を維持するためのガイドラインを強調し、このプロトコルは、免疫蛍光イメージング研究の品質と信頼性を向上させるための堅牢な方法論を研究者に提供することを目的としています。また、フィルターペーパーや自家製抗原賦活化、ブロッキング溶液、抗体希釈剤など、費用対効果の高いリソースを使用して、資金が限られている可能性のあるラボでもプロトコルにアクセスしやすくすることを目指してきました。すべての実験プロトコルについて、研究者は実験アプローチと関心のある領域に基づいて現在のプロトコルを最適化する必要があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、腸の構造を保存し、正確な免疫染色を促進するために、スイスロール法を使用した組織固定の最適化された方法を紹介します。一度習得すると、この技術は、腸の生理学や細胞生物学を含むさまざまな研究課題を調査するために使用できる19。いくつかの最適化されたスイスの圧延方法が公開されており、非常に便利です20,21<sup class="xref…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、米国国立衛生研究所(NIH)のACEへのK01 DK121869助成金の支援を受け、この出版物は、T32 GM132055(RME)、F31 DK139736(SAD)、T32 DK124191(SAD)、TL1 TR001451(RS)、UL1 TR001450(RS)、およびSAD & RSに対するHCSの基礎助成金によって部分的に支援されました。この研究は、サウスカロライナ医科大学(MUSC)からACEへのスタートアップ資金によって支援され、MUSC消化器疾患研究センター(P30 DK123704)および消化器および肝臓疾患のCOBRE GM120475 P20)によって支援されました。イメージングは、MUSCの細胞および分子イメージングコアを使用して行いました。
Materials
| β-CATENIN | GeneTex | GTX101435 | |
| Cellulose filter paper | Cytiva | 10427804 | Thick Whatman paper |
| Charged glass slides | Thermo Fisher Scientific | 23888114 | |
| Coverslip | Epredia | 152440 | |
| Dissecting pins size 00 | Phusis | B082DH4TZF | |
| E-CADHERIN | R&D Systems | AF748 | |
| Freezer gloves | Tempshield | UX-09113-02 | |
| Heating block | Premiere | XH-2001 | Slide Warmer |
| Histo-Clear II | Electron Microscopy Sciences | 64111-04 | Clearing reagent |
| Hoescht | Thermo Fisher Scientific | 62249 | |
| Hydrochloric Acid | Sigma Aldrich | 320331 | |
| Hydrophobic pen | Millipore | 402176 | |
| LAMININ | GeneTex | GTX27463 | |
| LAMP1 | Santa Cruz | SC-19992 | |
| Large cassettes | Tissue-Tek | 4173 | |
| Minutien pins | Fine Science Tools | NC9679721 | |
| Mouse-on-mouse blocking reagent | Vector Laboratories | MKB-2213 | Mouse-on-mouse block |
| MUC2 | GeneTex | GTX100664 | |
| PCNA | Cell Signaling Technology | 2586S | |
| Pressure Cooker | Cuisinart | B000MPA044 | |
| ProLong gold antifade | Thermo Fisher Scientific | P36934 | Mounting medium |
| Reverse action forceps | Dumont | 5748 | |
| Slide Rack | Tissue-Tek | 62543-06 | |
| Slide Staining Set | Tissue-Tek | 62540-01 | Solvent Resistant Dishes and Metal Frame |
| Small cassettes | Fisherbrand | 15-200-403B | |
| Sodium citrate dihydrate | Fisher Bioreagents | BP327-1 | |
| Teleostein Gelatin | Sigma | G7765 | Blocking buffer |
| Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific | A16046 | |
| Tween 20 | Thermo Fisher Scientific | J20605-AP | |
| Wipes | KimTech | 34155 | |
| Xylenes | Fisher Chemical | 1330-20-7 | |
| γ-ACTIN | Santa Cruz | SC-65638 |
References
- Louvard, D., Kedinger, M., Hauri, H. P. The differentiating intestinal epithelial cell: Establishment and maintenance of functions through interactions between cellular structures. Annu Rev Cell Biol. 8, 157-195 (1992).
- Rieger, J., Pelckmann, L. M., Drewes, B. . Animal models of allergic disease: Methods and protocols. , (2021).
- Webster, J. D., Miller, M. A., Dusold, D., Ramos-Vara, J. Effects of prolonged formalin fixation on the immunohistochemical detection of infectious agents in formalin-fixed, paraffin-embedded tissues. Vet Pathol. 47 (3), 529-535 (2010).
- Hayashi, Y., Koike, M., Matsutani, M., Hoshino, T. Effects of fixation time and enzymatic digestion on immunohistochemical demonstration of bromodeoxyuridine in formalin-fixed, paraffin-embedded tissue. J Histochem Cytochemis. 36 (5), 511-514 (1988).
- Werner, M., Chott, A., Fabiano, A., Battifora, H. Effect of formalin tissue fixation and processing on immunohistochemistry. Am J Surg Pathol. 24 (7), 1016-1019 (2000).
- Scalia, C. R., et al. Antigen masking during fixation and embedding, dissected. J Histochem Cytochem. 65 (1), 5-20 (2017).
- Masood, S., Von Wasielewski, R., Mengel, M., Nolte, M., Werner, M. Influence of fixation, antibody clones, and signal amplification on steroid receptor analysis. Breast J. 4 (1), 33-40 (1998).
- Moolenbeek, C., Ruitenberg, E. J. The "swiss roll": A simple technique for histological studies of the rodent intestine. Lab Anim. 15 (1), 57-59 (1981).
- Casteleyn, C., Rekecki, A., Van Der Aa, A., Simoens, P., Van Den Broeck, W. Surface area assessment of the murine intestinal tract as a prerequisite for oral dose translation from mouse to man. Lab Animals. 44 (3), 176-183 (2010).
- Lunnemann, H. M., et al. Cecum axis (cecax) preservation reveals physiological and pathological gradients in mouse gastrointestinal epithelium. Gut Microbes. 15 (1), 2185029 (2023).
- Qin, C., et al. The cutting and floating method for paraffin-embedded tissue for sectioning. J Vis Exp. (139), e58288 (2018).
- Feldman, A. T., Wolfe, D. . Histopathology: Methods and protocols. , (2014).
- Yang, W. H., et al. Innate mechanism of mucosal barrier erosion in the pathogenesis of acquired colitis. iScience. 26 (10), 107883 (2023).
- Dooley, S. A., et al. Myosin 5b is required for proper localization of the intermicrovillar adhesion complex in the intestinal brush border. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 323 (5), G501-G510 (2022).
- Danan, C. H., et al. Intestinal transit amplifying cells require mettl3 for growth factor signaling, kras expression, and cell survival. bioRxiv. , (2023).
- Han, B., Qi, S., Hu, B., Luo, H., Wu, J. Tgf-beta i promotes islet beta-cell function and regeneration. J Immunol. 186 (10), 5833-5844 (2011).
- Chen, L. C., Wang, H. W., Huang, C. C. Modulation of inherent niches in 3d multicellular msc spheroids reconfigures metabolism and enhances therapeutic potential. Cells. 10 (10), 2747 (2021).
- Fang, Y., et al. Cd36 inhibits beta-catenin/c-myc-mediated glycolysis through ubiquitination of gpc4 to repress colorectal tumorigenesis. Nat Commun. 10 (1), 3981 (2019).
- Whittem, C. G., Williams, A. D., Williams, C. S. Murine colitis modeling using dextran sulfate sodium (dss). J Vis Exp. (35), e1652 (2010).
- Bialkowska, A. B., Ghaleb, A. M., Nandan, M. O., Yang, V. W. Improved swiss-rolling technique for intestinal tissue preparation for immunohistochemical and immunofluorescent analyses. J Vis Exp. (113), e54161 (2016).
- Le Naour, J., et al. Improved swiss-rolling method for histological analyses of colon tissue. MethodsX. 9, 101630 (2022).
- Cardiff, R. D., Miller, C. H., Munn, R. J. Mouse tissue fixation. Cold Spring Harb Protoc. 2014 (5), (2014).
- Pereira E Silva, A., Lourenço, A. L., Marmello, B. O., Bitteti, M., Teixeira, G. a. P. B. Comparison of two techniques for a comprehensive gut histopathological analysis: Swiss roll versus intestine strips. Exp Mol Pathol. 111, 104302 (2019).
- Williams, J. M., Duckworth, C. A., Vowell, K., Burkitt, M. D., Pritchard, D. M. Intestinal preparation techniques for histological analysis in the mouse. Curr Prot Mouse Biol. 6 (2), 148-168 (2016).
- Boenisch, T. Effect of heat-induced antigen retrieval following inconsistent formalin fixation. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 13 (3), 283-286 (2005).
- Hasegawa, Y., Mark Welch, J. L., Rossetti, B. J., Borisy, G. G. Preservation of three-dimensional spatial structure in the gut microbiome. PLoS One. 12 (11), e0188257 (2017).
- Garabedian, E. M., Roberts, L. J., Mcnevin, M. S., Gordon, J. I. Examining the role of paneth cells in the small intestine by lineage ablation in transgenic mice. J Biol Chem. 272 (38), 23729-23740 (1997).
- Moshi, J. M., Ummelen, M., Broers, J. L. V., Ramaekers, F. C. S., Hopman, A. H. N. Impact of antigen retrieval protocols on the immunohistochemical detection of epigenetic DNA modifications. Histochem Cell Biol. 159 (6), 513-526 (2023).
- Krenacs, L., Krenacs, T., Stelkovics, E., Raffeld, M. Heat-induced antigen retrieval for immunohistochemical reactions in routinely processed paraffin sections. Methods Mol Biol. 588, 103-119 (2010).
- Pereira, E. S. A., Lourenco, A. L., Marmello, B. O., Bitteti, M., Teixeira, G. Comparison of two techniques for a comprehensive gut histopathological analysis: Swiss roll versus intestine strips. Exp Mol Pathol. 104302, 111 (2019).
- Bolognesi, M. a. O., et al. Antibodies validated for routinely processed tissues stain frozen sections unpredictably. BioTechniques. 70 (3), 137-148 (2021).
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