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生成的模板合成地高辛-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、保存与切片制备
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2天
10. 原位 杂交第3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(17.5dpc)雄性 LUT 组织的一个代表性矢状切面。
在为期多天的原位杂交(ISH)实验过程中,样本篮可保护精细的组织切片,避免样本丢失以及灰尘和颗粒物的沉积。图1C 所示,通过将聚酯网膜熔接到1.5 mL 微离心管的切口端制备样本篮。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样本篮。将样本篮置于经改造的24孔板盖上所钻的12 mm 孔中,使其悬浮于ISH溶液中(图1D)。在更换溶液并转移样本篮至不同24孔板时,经改造的板盖可提供支撑。
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,并随后通过 0.22 μm 滤器过滤,似乎能够降低背景染色(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)组织切片及用于原位杂交(ISH)的微量离心管篮的制备。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备而成。(D)将微量离心管插入24孔板盖上钻出的12 mm孔中,以便在ISH实验过程中使组织切片悬浮于缓冲液中。箭头指示琼脂糖凝胶块中的LUT组织位置。

图2. 加入0.2 mM叠氮化钠 0.22μm 过滤后的溶液可提高组织质量并减少背景染色。17.5天孕龄(dpc)雄性小鼠下泌尿生殖道(LUTs)沿矢状面切片,厚度为 50μm组织切片采用针对 twist 同源物 1 的探针通过原位杂交(ISH)进行染色。ISH 实验中使用的缓冲液为 (A) 0.22μm 过滤并添加0.2 mM叠氮化钠(NaAz),或(B)未过滤且未添加NaAz。箭头指示背景染色。图像以相同放大倍数拍摄。结果为代表性的染色模式 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强。17.5天孕龄雄性小鼠的下泌尿生殖道(LUTs)被切成矢状面切片,厚度为 50μm. 采用原位杂交(ISH)对切片进行染色,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(A)9.5小时的显色染色液孵育条件下进行染色Esrrg使用可识别中等丰度转录本溴结构域邻近锌指结构域 2A 的探针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)。图像在相同的放大倍数下采集。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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