يصف هذا البروتوكول طرق تقسيم وتلطيخ وتصوير أقسام الأنسجة العائمة الحرة في دماغ الفأر ، متبوعا بوصف مفصل لتحليل حجم منطقة الخلايا النجمية وتداخل أراضي الخلايا النجمية أو تبليطها.
مقالة منهجية
يصف هذا البروتوكول طرق تقسيم وتلطيخ وتصوير أقسام الأنسجة العائمة الحرة في دماغ الفأر ، متبوعا بوصف مفصل لتحليل حجم منطقة الخلايا النجمية وتداخل أراضي الخلايا النجمية أو تبليطها.
تمتلك الخلايا النجمية درجة مذهلة من التعقيد المورفولوجي الذي يمكنها من التفاعل مع كل نوع من الخلايا والبنية تقريبا داخل الدماغ. من خلال هذه التفاعلات ، تنظم الخلايا النجمية بنشاط العديد من وظائف الدماغ الحرجة ، بما في ذلك تكوين المشبك العصبي ، والنقل العصبي ، والتوازن الأيوني. في دماغ القوارض ، تنمو الخلايا النجمية في الحجم والتعقيد خلال الأسابيع الثلاثة الأولى بعد الولادة وتنشئ مناطق متميزة وغير متداخلة لتجانب الدماغ. يوفر هذا البروتوكول طريقة راسخة لتحليل حجم منطقة الخلايا النجمية وتبليط الخلايا النجمية باستخدام أقسام الأنسجة العائمة الحرة من دماغ الفأر. أولا ، يصف هذا البروتوكول خطوات جمع الأنسجة ، والتقسيم بالتبريد ، والتلطيخ المناعي لأقسام الأنسجة العائمة الحرة. ثانيا، يصف هذا البروتوكول اكتساب الصور وتحليل حجم أراضي الخلايا النجمية وحجم تداخل الأراضي، باستخدام برامج تحليل الصور المتاحة تجاريا. وأخيرا، تناقش هذه المخطوطة المزايا والاعتبارات الهامة والمزالق الشائعة والقيود المفروضة على هذه الأساليب. يتطلب هذا البروتوكول أنسجة المخ مع وضع علامات فلورية متفرقة أو فسيفسائية على الخلايا النجمية ، وهو مصمم للاستخدام مع معدات المختبر الشائعة ، والمجهر البؤري ، وبرامج تحليل الصور المتاحة تجاريا.
الخلايا النجمية هي خلايا متفرعة بشكل متقن تؤدي العديد من الوظائف المهمة في الدماغ1. في قشرة الفأر ، تؤدي الخلايا الجذعية الدبقية الشعاعية إلى ظهور الخلايا النجمية خلال المراحل الجنينية المتأخرة والمبكرة بعد الولادة2. خلال الأسابيع الثلاثة الأولى بعد الولادة ، تنمو الخلايا النجمية في الحجم والتعقيد ، وتطور الآلاف من الفروع الدقيقة التي تتفاعل مباشرة مع نقاط الاشتباك العصبي1. في الوقت نفسه ، تتفاعل الخلايا النجمية مع الخلايا النجمية المجاورة لإنشاء مناطق منفصلة وغير متداخلة لتجانب الدماغ3 ، مع الحفاظ على الاتصال عبر قنوات تقاطع الفجوة4. تتعطل مورفولوجيا الخلايا النجمية وتنظيمها في العديد من الحالات المرضية بعد الإهانة أو الإصابة5 ، مما يشير إلى أهمية هذه العمليات لوظائف الدماغ السليمة. يمكن أن يوفر تحليل الخصائص المورفولوجية للخلايا النجمية أثناء التطور الطبيعي والشيخوخة والمرض رؤى قيمة في بيولوجيا الخلايا النجمية وعلم وظائف الأعضاء. علاوة على ذلك ، يعد تحليل مورفولوجيا الخلايا النجمية بعد التلاعب الجيني أداة قيمة لتمييز الآليات الخلوية والجزيئية التي تحكم إنشاء وصيانة التعقيد المورفولوجي للخلايا النجمية.
تحليل مورفولوجيا الخلايا النجمية في دماغ الفأر معقد بسبب كل من تعقيد تفرع الخلايا النجمية وتبليط الخلايا النجمية. تلطيخ الأجسام المضادة باستخدام البروتين الحمضي الليفي الدبقي الخيطي الوسيط (GFAP) كعلامة خاصة بالخلايا النجمية يلتقط فقط الفروع الرئيسية ، ويقلل إلى حد كبير من التعقيد المورفولوجي للخلايا النجمية1. تقوم علامات أخرى خاصة بالخلايا مثل ناقل الغلوتامات 1 (GLT-1 ؛ slc1a2) أو جلوتامين سينثيتاز أو S100β بعمل أفضل في وضع العلامات على فروع الخلايا النجمية6 ، ولكنها تقدم مشكلة جديدة. مناطق الخلايا النجمية غير متداخلة إلى حد كبير ، ولكن توجد درجة صغيرة من التداخل عند الحواف الطرفية. بسبب تعقيد التفرع ، عندما يتم تصنيف الخلايا النجمية المجاورة بنفس اللون ، من المستحيل التمييز بين المكان الذي تنتهي فيه إحدى الخلايا النجمية وتبدأ الأخرى. إن وضع العلامات المتناثرة أو الفسيفسائية للخلايا النجمية مع البروتينات الفلورية الذاتية المنشأ يحل كلتا المشكلتين: تملأ علامة الفلورسنت الخلية لالتقاط جميع الفروع وتسمح بتصوير الخلايا النجمية الفردية التي يمكن تمييزها عن جيرانها. تم استخدام العديد من الاستراتيجيات المختلفة لتحقيق وضع العلامات الفلورية المتناثرة للخلايا النجمية ، مع أو بدون التلاعب الجيني ، بما في ذلك الحقن الفيروسي ، أو كهربية البلازميد ، أو خطوط الفئران المعدلة وراثيا. يتم وصف تفاصيل تنفيذ هذه الاستراتيجيات في الدراسات والبروتوكولات المنشورة سابقا1،7،8،9،10،11،12،13.
توضح هذه المقالة طريقة لقياس حجم مساحة الخلايا النجمية من أدمغة الفئران باستخدام وسم الفلورسنت في مجموعة متفرقة من الخلايا النجمية (الشكل 1). نظرا لأن متوسط قطر الخلايا النجمية في قشرة الفأر يبلغ حوالي 60 ميكرومتر ، يتم استخدام أقسام بسماكة 100 ميكرومتر لتحسين الكفاءة في التقاط الخلايا النجمية الفردية بالكامل. التلطيخ المناعي غير مطلوب ولكن يوصى به لتعزيز إشارة الفلورسنت الذاتية المنشأ للتصوير والتحليل البؤري. قد يتيح التلطيخ المناعي أيضا كشفا أفضل لفروع الخلايا النجمية الدقيقة ويقلل من التبييض الضوئي للبروتينات الداخلية أثناء الحصول على الصورة. لتحسين تغلغل الأجسام المضادة في الأقسام السميكة ، وللحفاظ على حجم الأنسجة من التقسيم من خلال التصوير ، يتم استخدام أقسام الأنسجة العائمة بحرية. يتم إجراء تحليل حجم أراضي الخلايا النجمية باستخدام برنامج تحليل الصور المتاح تجاريا. بالإضافة إلى ذلك ، يصف هذا البروتوكول طريقة لتحليل بلاط الخلايا النجمية في أقسام الأنسجة مع وضع علامات الفسيفساء ، حيث تعبر الخلايا النجمية المجاورة عن تسميات فلورية مختلفة. تم استخدام هذا البروتوكول بنجاح في العديد من الدراسات الحديثة1،8،9 لتوصيف نمو الخلايا النجمية أثناء نمو الدماغ الطبيعي ، وكذلك تأثير التلاعب الجيني على تطور الخلايا النجمية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم استخدام جميع الفئران وفقا للجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها (IACUC) في جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل وقسم الطب المقارن (بروتوكول IACUC رقم 21-116.0). تم استخدام الفئران من كلا الجنسين في اليوم 21 بعد الولادة (P21) لهذه التجارب. تم الحصول على الفئران CD1 تجاريا (جدول المواد) ، وتم وصف الفئران MADM9 WT: WT و MADM9 WT: KO سابقا9.
ملاحظة: يتطلب هذا البروتوكول أدمغة ذات تعبير بروتين فلورسنت في مجموعة قليلة من الخلايا النجمية. يمكن إدخال تعبير البروتين الفلوري وراثيا أو فيروسيا أو عن طريق الكهروبورات. تم وصف تفاصيل طرق تسمية الخلايا النجمية بشكل ضئيل في الدراسات والبروتوكولات المنشورة سابقا1،7،8،9،10،11،12،13.
1. جمع الأنسجة وإعدادها
تحذير: بارافورمالدهيد (PFA) مادة كيميائية خطرة. نفذ جميع الخطوات باستخدام PFA في غطاء الدخان الكيميائي.
2. التكسير
ملاحظة: تهدف طريقة التقسيم هذه إلى العمل مع العديد من منظمات التبريد المختلفة المتاحة تجاريا. مع cryostat المستخدمة هنا (جدول المواد) ، فإن درجة حرارة قطع رأس العينة المثلى هي -23 درجة مئوية ، مع درجة حرارة الغرفة المحيطة بين -23 درجة مئوية و -25 درجة مئوية.
تنبيه: شفرة cryostat حادة للغاية. توخ الحذر أثناء التلاعب بالشفرة وتشغيل قاعدة التبريد.
3. تلطيخ المناعة
ملاحظة: قم بإجراء جميع عمليات الغسيل والحضانة على شاكر منصة مدارية تم ضبطه على حوالي 100 دورة في الدقيقة. يتم تنفيذ جميع الخطوات في درجة حرارة الغرفة ، باستثناء حضانة الأجسام المضادة الأولية ، والتي يتم تنفيذها عند 4 درجات مئوية. قم بإعداد وسائط التركيب في وقت مبكر عن طريق الجمع بين المكونات في أنبوب سعة 50 مل والخلط على المغذيات طوال الليل. حماية من الضوء وتخزينها في 4 درجة مئوية لمدة تصل إلى 2 أشهر. إذا كانت إشارة الفلورسنت الداخلية كافية للتصوير والتحليل دون الحاجة إلى تلطيخ مناعي ، فيمكن تخطي الخطوات 3.1-3.9. في حالة تخطي التلطيخ المناعي ، قم بإجراء ثلاث غسلات لمدة 10 دقائق في TBS وانتقل إلى الخطوة 3.10.
4. التصوير البؤري
ملاحظة: يقدم هذا البروتوكول إرشادات عامة للحصول على الصور تنطبق على نطاق واسع على المجاهر البؤرية المختلفة، بدلا من تفاصيل محددة لواجهة بؤرية وبرمجية معينة.
5. تحليل الصور
ملاحظة: يصف هذا البروتوكول خطوات إجراء تحليل الصور باستخدام برنامج تحليل الصور المتاح تجاريا (أي Imaris؛ انظر جدول المواد). يمكن استخدام إصدارات أخرى من هذا البرنامج مع تعديلات طفيفة على سير العمل. يتطلب هذا البروتوكول أيضا MATLAB لتشغيل ملف Hull XTension المحدب (ملف تكميلي).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويقدم الشكل 1 مخططا تخطيطيا للخطوات الرئيسية وسير العمل لهذا البروتوكول. يوضح الشكل 2 لقطات شاشة للخطوات الرئيسية باستخدام برنامج تحليل الصور لإنشاء سطح ، وتوليد بقع قريبة من السطح ، وإنشاء بدن محدب. يوضح الشكل 3 تطبيق هذه التقنية لتحديد تداخل/تبليط أراضي الخلايا النجمية. في الشكل 4، توضح النتائج التمثيلية من مخطوطة منشورة سابقارقم 9 تطبيق هذا البروتوكول. في ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يصف هذا البروتوكول طريقة راسخة لتحليل حجم أراضي الخلايا النجمية وتبليط الخلايا النجمية في قشرة الفأر ، مع تفصيل جميع الخطوات الرئيسية التي تبدأ بالتروية وتنتهي بتحليل الصور. يتطلب هذا البروتوكول أدمغة من الفئران التي تعبر عن البروتينات الفلورية في مجموعة متفرقة أو فسيفساء من الخلايا النجمية. خارج هذا المطلب، يمكن استخدام الفئران من أي عمر لهذا البروتوكول، مع تعديلات طفيفة فقط على إعدادات التروية وحجم وسائط التجميد المضافة إلى قالب التضمين. في حين تم نشر طرق أخرى لتحليل تعقيد وحجم تفرع الخلايا النجمية في أقسام أنسجة المخ<...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.
تم إجراء الفحص المجهري في مركز UNC Neuroscience Microscopy Core (RRID:SCR_019060) ، مدعوما جزئيا بتمويل من منحة دعم مركز العلوم العصبية NIH-NINDS P30 NS045892 ومنحة دعم مركز أبحاث الإعاقات الفكرية والتنموية التابع للمعاهد الوطنية للصحة النباتية - NICHD U54 HD079124. تم إنشاء الشكل 1 باستخدام BioRender.com. تتم إعادة طباعة الصور والبيانات الواردة في الشكل 4 من منشور سابق9 بإذن من الناشر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| # 5 ملقط | Roboz | RS-5045 | |
| 1 مل تيرابايت حقنة | بيكتون ديكنسون (BD) | 309623 | |
| 10x TBS (محلول ملحي مخفض ثلاثي) | 30 جم تريس ، 80 جم كلوريد الصوديوم ، 2 جم كلوريد كلوريد ، حمض الهيدروكلوريك إلى درجة الحموضة 7.4 ، ديسيرام < تحت >2< / فرعي > إلى 1 لتر ؛ يحفظ في درجة حرارة الغرفة (RT) | ||
| لوحة 12 بئر | جينيسي Scientific | 25-106 ميجابكسل | |
| 1x TBS | 100 مل 10x TBS + 900 مل dH2O; يحفظ في RT | ||
| 1x TBS + Heparin | 28.2 مجم هيبارين + 250 مل 1x TBS ؛ يحفظ في درجة حرارة 4 درجات ؛ C | ||
| 24 بئر لوحة | جينيسي Scientific | 25-107MP | |
| 30٪ سكروز في TBS | 15 جرام سكروز ، 1x TBS إلى 50 مل ؛ تخزين في 4 درجات ؛ C | ||
| 4٪ PFA (بارافورمالدهايد) في TBS | 40 جم PFA ، 4-6 كريات هيدروكسيد الصوديوم ، 100 مل 10x TBS ، dH2< / sub>O إلى 1 لتر ؛ تخزين عند 4 درجات ؛ C | ||
| أفيرتين | 0.3125 جم ثلاثي بروموإيثانول ، 0.625 مل ميثيل بوتانول ، dH 2< / sub>O إلى 25 مل ؛ تخزين في 4 درجات ؛ C; تخلص من أسبوعين بعد إجراء | ||
| حجب وعازلة | المضادة 10٪ مصل الماعز في TBST ؛ تخزين في 4 درجات ؛ C | ||
| CD1 الفئران | تشارلز ريفر | 022 | |
| مجموعة قارورة للأدمغة | فيشر ساينتفيك | 03-337-20 | |
| برنامج الاستحواذ متحد البؤر | أوليمبوس | FV31S-SW | |
| المجهر متحد البؤر | أوليمبوس | FV3000RS | |
| Coverslips | فيشر Scientific | 12544E | |
| Cryostat | Thermo Scientific | CryoStar NX50 | |
| Cryostat blade | Thermo Scientific | 3052835 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | |
| تضمين القالب | Polysciences | 18646A-1 | |
| التجميد المتوسط | 2: 1 30٪ السكروز: OCT ؛ تخزين في RT | ||
| GFP الأجسام المضادة | Aves Labs | GFP1010 | |
| Glycerol | ثيرمو ساینتيفيك | 158920010 | |
| مضاد للماعز 488 | Invitrogen | A-11039 | |
| الماعز المضاد للأرانب 594 | Invitrogen | A11037 | |
| مصل الماعز | جيبكو | 16210064 | |
| الهيبارين | سيجما ألدريتش | H3149 | |
| حمض الهيدروكلوريك | سيجما ألدريتش | 258148 | |
| Imaris | Bitplane | N / A | الإصدار 9.8.0 |
| MATLAB | MathWorks | N / A | |
| علبة غداء معدنية | AQUARIUS | N / A | من أمازون ، "صندوق المرح الكبير DIY" |
| ميثيل بوتانول | سيجما-ألدريتش | 152463 | |
| مقص تشريح دقيق | Roboz | RS-5921 | |
| تصاعد الوسط | 20 ملي مولار تريس درجة الحموضة 8.0 ، 90٪ جلسرين ، 0.5٪ N-بروبيل غالات ؛ تخزين في 4 درجات ؛ C; جيد لمدة تصل إلى شهرين | ||
| طلاء الأظافر | VWR | 100491-940 | |
| N-propyl gallate | Sigma-Aldrich | 02370-100G | |
| O.C.T. | فيشر ساينتفيك | 23-730-571 | |
| زيت | أوليمبوس | IMMOIL-F30CC | خاص بالمجهر / |
| الهدف مقص التشغيل 6 " | Roboz | RS-6820 | |
| شاكر المنصة المدارية | فيشر ساينتفيك | 88861043 | الحد الأدنى للسرعة المطلوبة: 25 دورة في الدقيقة |
| فرشاة | الرسم Bogrinuo | N / A | من أمازون ، "فرش الطلاء التفصيلية - فرش مصغرة " |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| ماصة باستور (5.75 بوصة) VWR | 14672-608 | ||
| ماصة باستور (9 بوصات) VWR | 14672-380 | ||
| كلوريد البوتاسيوم | Sigma-Aldrich | P9541-500G | |
| شفرة حلاقة | فيشر Scientific | 12-640 | |
| RFP الجسم المضاد | Rockland | 600-401-379 | |
| وسط التقسيم | 1: 1 الجلسرين: 1x TBS ؛ تخزين في RT | ||
| Slides | VWR | 48311-703 | |
| كرولويد الصوديوم | فيشر Scientific | BP358-212 | |
| هيدروكسيد الصوديوم | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| السكروز | سيجما ألدريتش | S0389 | |
| TBST (TBS + Triton X-100) | 0.2٪ Triton في 1x TBS ؛ تخزينها في RT | ||
| Transfer Pipet | VWR | 414004-002 | |
| Tri-bromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| Tris (hydroxymethyl) aminomethane | Thermo Scientific | 424570025 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 93443 | |
| Triton X-100 ( جودة عالية) | فيشر Scientific | 50-489-120 | |
| XTSpotsConvexHull | N / A | N / A | توفر XTension المخصصة كمواد تكميلية |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن