在此,我们描述一种高效的高通量方法 原位 原位杂交(ISH)方法用于可视化小鼠胎儿前列腺组织切片中mRNA表达的模式。该方法可轻松适用于可视化其他小鼠组织或其他物种组织中mRNA的表达模式。
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在此,我们描述一种高效的高通量方法 原位 原位杂交(ISH)方法用于可视化小鼠胎儿前列腺组织切片中mRNA表达的模式。该方法可轻松适用于可视化其他小鼠组织或其他物种组织中mRNA的表达模式。
下泌尿生殖道(LUT)的发育是一个复杂的过程。在雄性胎儿尿道形成前列腺的过程中,这种复杂性尤为明显,该过程依赖于雄激素信号以及上皮-间质间的相互作用1,2。了解调控前列腺发育的分子机制,可能揭示在生命后期被异常重新激活的生长机制,从而导致良性前列腺增生和前列腺癌等前列腺疾病的发生。
发育中的泌尿生殖窦(LUT)具有复杂的解剖结构。当前列腺芽体在受孕后16.5天(dpc)开始形成时,已存在多种细胞类型。血管、神经和平滑肌位于间质性间充质中3。该间质包裹着多层上皮,并通过雄激素受体依赖的旁分泌信号诱导胎儿前列腺的形成4。目前尚不完全清楚在前列腺发育过程中,间质中哪些雄激素受体响应基因是必需的,以及前列腺导管上皮如何响应这些基因而形成。精确识别细胞类型并定位其中特定因子的表达,对于进一步理解前列腺发育至关重要。原位杂交(ISH)技术可实现mRNA在组织内的定位。因此,该方法可用于确定信号分子及其受体的表达模式与时间,从而揭示潜在的前列腺发育调控因子。
本文介绍了一种高通量原位杂交(ISH)技术,用于鉴定胎鼠下泌尿生殖道(LUT)中mRNA的表达模式,所用组织切片由振动切片机切割而成。该方法相较于其他ISH方案具有多项优势。在载玻片上进行薄切片ISH在技术上较为困难;冷冻切片常存在组织结构质量差的问题,而冷冻切片和石蜡切片均常导致信号分辨率较弱。对整体组织进行ISH则可能导致探针滞留。相比之下,我们的高通量技术采用厚切片,可清晰显示组织精细结构。经改良的微量离心管便于在ISH过程中对切片进行操作。单个17.5天胎龄(dpc)LUT样本最多可同时筛查4种mRNA转录本,单次实验最多可检测24种mRNA转录本,从而降低成本并提高效率。该方法允许将多个处理组以完全相同的方式作为单一整体进行处理,避免数据分析中的偏差。对于前列腺研究者而言尤为关键的是,该方法可提供胎鼠尿道中低丰度和高丰度mRNA转录本在空间和时间上的精确定位,而尿道正是前列腺导管网络的发育起源。
1. 从PCR扩增模板合成地高辛-11-UTP标记的核糖探针
2. 振动切片机刀片的制备(基于先前描述的方案)7
3. 泌尿生殖组织的解剖、保存及切片前准备
4. 在琼脂糖中包埋泌尿生殖组织
5. 使用振动切片机对泌尿生殖组织进行切片(基于先前描述的方案)7
6. 样品篮制备 原位 杂交
7. 胚胎粉末制备 原位 杂交(基于先前描述的方案)8
8. 原位 杂交第一天
9. 原位 杂交第二天
10. 原位 杂交第三天
11. 代表性结果:
LUT 组织在琼脂糖中的空间方向决定了组织切片的切面。对于矢状切面,需切除至少三分之二的膀胱,将剩余的 LUT 组织包埋于琼脂糖中,使尿道中线与琼脂糖块的平坦表面平行(图 1A)。可通过倾斜琼脂糖块的平坦边缘对组织切面进行微调。图 1B 展示了按此方向定位的 17.5 天胚胎期(17.5 dpc)雄性 LUT 组织的代表性矢状切面。
在长达数天的原位杂交(ISH)实验过程中,样本篮可保护 delicate 组织切片,避免其丢失以及积聚灰尘和颗粒物。样本篮的制备方法是将聚酯网膜熔接到 1.5 mL 微离心管的切割端(图 1C)。每个样本篮的管盖上均穿刺一个小孔,以促进溶液流入和流出篮内。通过将样本篮置于 24 孔板盖上钻出的 12 mm 孔中,可使其悬浮于 ISH 溶液内(图 1D)。当在不同 24 孔板之间转移溶液时,经改造的板盖可支撑样本篮,防止其倾倒或移位。
在检测低丰度 mRNA 所需的长时间孵育过程中,限制非特异性背景染色具有挑战性。在样本缓冲液中添加 0.2 mM 叠氮化钠,并通过 0.22 μm 滤器过滤,可有效降低背景染色(图 2)。采用本文所述方法,在显色发育溶液中长时间孵育样本时,背景染色未出现明显可见的差异(图 3)。

图1. 小鼠下泌尿生殖道(LUT)组织切片的制备及用于原位杂交(ISH)的微量离心管篮。包含部分膀胱、盆腔尿道以及来源于沃尔夫管和缪勒管结构的LUT组织被包埋于圆柱形的4%低熔点琼脂糖凝胶中。(A)将凝胶块粘附于样品固定盘上,并(B)使用振动切片机切成50 μm厚的切片。(C)将LUT组织切片转移至微量离心管篮中,该离心管篮通过在管盖上打孔,并将聚酯网膜固定于管底切割端制成。(D)将微量离心管插入预先在24孔板盖上钻好的12 mm孔中,使组织切片在ISH实验过程中悬浮于缓冲液中。箭头指示琼脂糖凝胶块中的LUT组织位置。

图2. 在0.22μm滤过的溶液中加入0.2 mM叠氮化钠可改善组织质量并减少背景染色。取17.5天胎龄雄性小鼠下泌尿生殖道(LUTs),沿矢状面切片至50μm厚度。组织切片采用针对twist同源物1的探针进行原位杂交(ISH)染色。ISH所用缓冲液分别为(A)经0.22μm滤过并添加0.2 mM叠氮化钠(NaAz)或(B)未滤过且未添加NaAz。箭头指示背景染色区域。图像以相同放大倍数采集。结果代表典型的染色模式 n = 3 只与胎次无关的小鼠。

图3. 背景染色强度似乎不会随着显色时间的延长而增加。17.5天孕龄雄性小鼠下泌尿生殖道(LUTs)被切成矢状面,厚度为50μm。切片通过原位杂交(ISH)进行染色,使用识别高丰度转录本雌激素相关受体γ(estrogen-related receptor gamma)的探针,在显色液中孵育(A)9.5小时Esrrg),(B)使用识别中等丰度转录本溴结构域邻近锌指结构域2A(bromodomain adjacent to zinc finger domain, 2A)的探针孵育43.5小时Baz2a),或使用识别低丰度转录本wingless-type MMTV整合位点家族成员10a(Wnt10a)的探针处理236小时(C)Wnt10a)。图像在相同放大倍数下采集。结果为代表性的染色模式 n = 3 只与胎次无关的小鼠。
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采用此处描述的方法,可以在胎鼠泌尿生殖道(LUT)的所有主要细胞类型和组织区室中检测mRNA,包括间充质垫、尿路上皮、平滑肌、前列腺芽、射精管以及阴道。本方案使用的50μm切片具有以下优势:厚度足以分辨组织结构(如血管),同时又足够薄以避免探针滞留,而探针滞留是整体原位杂交(whole-mount ISH)中常见的方法学问题。每种新合成的核糖探针都会在阳性对照组织上进行评估,这些组织的染色结果已在先前发表的研究中得到验证。我们确保在这些组织中观察到的染色模式具有特异性。本方法的另一优势在于,可对同一LUT组织的相邻切片进行多种mRNA表达模式的分析。此外,该方法可与免疫组织化学技术联用,以可视化特定细胞的蛋白标志物,并识别原位杂交(ISH)染色所标记的细胞类型。该方法不适用于传统的复染方法,例如使用Fast Red或苏木精进行细胞核复染。然而,我们已成功使用荧光细胞核染料对样本进行复染,包括4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)和碘化丙啶(propidium iodide)。
本文所述方法相较于先前描述的方法7有多项改进。当前文稿中几乎所有缓冲液和试剂储备...
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未声明任何利益冲突。
作者谨此感谢新泽西癌症研究所的 Lan Yi 博士在制备组织篮过程中提供的技术支持。本研究由美国国立卫生研究院基金 DK083425 和 DK070219 资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗地高辛抗体,Fab 片段 | 罗氏集团 | 11214667001 | |
| 封闭剂 | 罗氏集团 | 11096176001 | |
| BM 紫色 AP 底物,沉淀型 | 罗氏集团 | 11442074001 | |
| 牛血清白蛋白 | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
| 24孔细胞培养板 | Corning | 3524 | |
| 地高辛-11-UTP | 罗氏集团 | 1277073910 | |
| dNTPs | 罗氏集团 | 11969064001 | |
| 双面剃须刀片 | Wilkinson Sword | 经典模型 | |
| Eliminase RNase 去除剂 | Decon Laboratories | 1102 | |
| 甲酰胺 | Sigma-Aldrich | F5786-1L | |
| 凝胶回收试剂盒 | Qiagen | 28704 | |
| 戊二醛,25% 水溶液2O | Sigma-Aldrich | G6257-100ML | |
| 肝素钠盐 | Sigma-Aldrich | H3393 | |
| 过氧化氢,30% 水溶液2O | Fisher Scientific | BP2633-500 | |
| 左旋咪唑 | Sigma-Aldrich | L9756 | |
| Loctite 404 快干瞬干胶 | Henkel Corp | 46551 | |
| 氯化镁 | Fisher Scientific | M33-500 | |
| 马来酸 | Sigma-Aldrich | M0375-500G | |
| 1.5 mL 微量离心管 | Biologix 研究公司 | BP337-100 | |
| Millicell 培养板插件 | EMD Millipore | PICM01250 | |
| 分子研磨树脂 | G-Biosciences | 786-138PR | |
| 4% 多聚甲醛磷酸盐缓冲液溶液 | Affymetrix | 19943 | |
| 磷酸盐缓冲液,不含 Ca && Mg | MP Biomedicals | ICN1760420 | |
| 聚酯网,33 微米,12" × 24" | Small Parts, Inc. | CMY-0033-D | |
| 蛋白酶K溶液,20 mg/ml | Amresco | E195-5ML | |
| QIAshredder 离心柱 | Qiagen | 79654 | |
| Q溶液 | Qiagen | 提供Taq DNA聚合酶 | |
| RNase | Sigma-Aldrich | R6513 | |
| RNase 抑制剂 | 罗氏集团 | 03335399001 | |
| RNeasy mini试剂盒 | Qiagen | 74104 | |
| RNEASY mini试剂盒 | Qiagen | 74104 | |
| RQ1 无RN酶的DNase | Promega Corp. | M6101 | |
| SeaPlaque 低熔点琼脂糖 | Lonza Inc. | 50101 | |
| 羊血清 | Sigma-Aldrich | S2263-500mL | |
| Stericup 滤器,0.22μ米,聚醚砜,500毫升 | EMD Millipore | SCGPU05RE | |
| 叠氮化钠,颗粒状 | Fisher Scientific | S227I-100 | |
| 氯化钠 | Fisher Scientific | BP358-212 | |
| 十二烷基硫酸钠 | Fisher Scientific | S529-500 | |
| SSC,20倍浓度溶液 | Research Products International Corp. | S24022-4000.0 | |
| SuperScript III 第一链合成系统 | Invitrogen | 18080-051 | |
| T7 RNA聚合酶 | 罗氏集团 | 10881767001 | |
| Taq DNA聚合酶 | Qiagen | 201203 | |
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153-1 | |
| Tween 20 | Fisher Scientific | BP337-100 | |
| 配备豪华型标本槽的振动切片机 | 徕卡显微系统 | VT1000A | |
| 酵母tRNA | 罗氏集团 | 109495 |
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