本文介绍了在早期小鼠全胚胎中检测β-半乳糖苷酶活性的标准实验方案,以及石蜡切片和复染的方法。该方法操作简便、快速,可用于监测发育过程中的基因表达,也可应用于组织切片、器官或培养细胞。
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本文介绍了在早期小鼠全胚胎中检测β-半乳糖苷酶活性的标准实验方案,以及石蜡切片和复染的方法。该方法操作简便、快速,可用于监测发育过程中的基因表达,也可应用于组织切片、器官或培养细胞。
这 大肠杆菌 LacZ 基因,编码β-半乳糖苷酶,常被用作基因表达的报告基因以及细胞谱系研究中的示踪标记。经典的组织化学反应基于底物X-gal在铁氰化物和亚铁离子存在下的水解,生成不溶性的蓝色沉淀,易于观察。因此,随着发育的进行,β-半乳糖苷酶的活性可作为目的基因表达模式的标记。本文描述了在早期小鼠全胚胎中检测β-半乳糖苷酶活性的标准实验流程,以及后续进行石蜡切片和复染的方法。此外,还提供了一种全胚胎透明化处理的步骤,以更清晰地观察胚胎深层区域的X-gal染色结果。尽管需要优化反应条件以降低背景活性,但采用该方法可获得稳定可靠的结果。在实验应用中也应考虑其局限性,尤其是在进行整体染色时胚胎大小的影响。本实验方案为小鼠发育过程中β-半乳糖苷酶的检测提供了一种灵敏且可靠的方法,既适用于冷冻切片和整体器官,也可用于全胚胎检测。因此,利用该方案不仅可在全胚胎水平上分析发育过程中基因表达的动态模式,还可通过石蜡切片在细胞水平上进一步评估基因的精细表达情况。 关键词:β-半乳糖苷酶,X-gal染色,基因表达,细胞谱系,小鼠胚胎,组织化学,石蜡切片,整体透明化,发育生物学
为了描述特定的基因表达模式,从Drosophila到哺乳动物,报告基因作为标记物的使用至关重要。在涉及转基因和基因敲除动物的实验中,大肠杆菌(Escherichia coli,E. coli)的细菌β-半乳糖苷酶基因(LacZ)是最广泛使用的报告基因之一1,2,3,4。β-半乳糖苷酶(β-gal)可催化β-半乳糖苷(如乳糖)水解为其单糖(葡萄糖和半乳糖)5。其最常用的底物是X-gal(5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-半乳吡喃糖苷),这是一种可被β-半乳糖苷酶水解为5-溴-4-氯-3-羟基吲哚和半乳糖的糖苷。前者可被氧化形成二聚体,当与铁氰化钾和亚铁氰化钾联合使用时,产生特征性的不溶性蓝色沉淀(图1)6。
的 LacZ 基因作为报告基因的使用已有三十多年的历史7,8通常, LacZ 插入到内源性启动子下游,取代开放阅读框,因此可用于细菌和细胞培养中可视化含有特定插入片段的细胞,以及在转基因动物中作为发育过程中内源性基因表达模式的示踪标记9在这方面,β-半乳糖苷酶活性的可视化已被广泛用于 果蝇 从单个细胞到整个组织,理解发育和细胞过程。 黑腹果蝇 遗传学方法有利于生成稳定品系,其中含有报告基因的修饰型P因子构建体 LacZ 被随机插入基因组的不同位置。因此,当其处于增强子元件的影响下时,可驱动报告基因以组织特异性的方式表达,这使得过去二十年中对大量基因表达模式的系统性分析成为可能10此外,利用转基因小鼠进行监测 LacZ 基因表达还能够通过Cre-loxP介导的重组检测基因重组事件,并在嵌合体分析中定位突变的胚胎干细胞衍生物11,这有助于实现对 LacZ 在特定组织中的表达以及时间上的表达变化。此外,在整体胚胎中,β-半乳糖苷酶活性的检测可能在不同强度下产生差异性染色模式,这些模式可在不同发育阶段方便地观察,以分析基因表达的时间动态变化8,12.
本文介绍了一种通过X-gal染色在小鼠胚胎早期发育阶段对完整组织进行基因表达可视化的方法。我们提出这一组织化学方法是一种高度敏感且成本低廉的技术,适用于在整体标本中或对石蜡包埋的组织或胚胎进行细胞水平上的标记细胞精确检测。与其他方法相比,该方法能够在小鼠组织中实现染色的直接可视化,并具有最低的背景信号13。
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所有实验程序均经国家心血管研究中心(CNIC)动物实验伦理委员会和马德里自治区政府批准,以确保尽量减少动物痛苦。
1. 从怀孕小鼠中收集胚胎(从E8.5至E12.5)
2. 小鼠胚胎的固定
3. 小鼠胚胎整体β-半乳糖苷酶组织化学染色
4. 整体胚胎的摄影
5. X-gal 染色胚胎的石蜡包埋与切片
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本文展示了在整只小鼠胚胎中使用X-gal作为底物进行β-半乳糖苷酶组织化学反应的标准实验方案所得结果(图1 和 图2)。通过该方案,我们利用在内源性Mt4-mmp启动子调控下表达LacZ报告基因的Mt4-mmp基因突变小鼠,检测了不同胚胎发育阶段(E9.5、E11.5和E12.5)中膜型4-基质金属蛋白酶(Mt4-mmp)的表达情况(图3、图4 和 图5)9,15。Mt4-mmp是一种通过糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定于细胞膜上的内肽酶。尽管已在多种人类癌症中检测到Mt4-mmp,并发现其与肿瘤生长进展相关,但目前关于其对细胞外基质成分的蛋白水解活性的信息仍十分有...
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E. coli 的 LacZ 基因由于具有高灵敏度和易于检测的特点,已被广泛用作基因表达模式研究中的报告基因。本方案描述了一种基于酶促反应的经典方法,用于检测 β-半乳糖苷酶(β-gal)的表达,该方法操作简便、快速且成本低廉。此方法也可在未经重大修改的情况下,应用于整体胚胎、完整器官、冰冻切片组织或培养细胞的检测。
准确应用本方法可获得稳定且易于解读的染色结果。然而,强烈建议同时设置对照并进行后续验证步骤。为此,本方案需平行开展于野生型同窝胚胎中,作为阴性对照,用于监测非特异性X-gal染色。此外,通过β-gal染色获得的表达数据应通过蛋白质印迹(western-blot)和定量PCR(Q-PCR)分析,或β-gal免疫组织化学染色予以验证。图5),与其他抗体联用还可鉴定表达LacZ的特定细胞类型9固定步骤需予以充分考虑,以保持β-半乳糖苷酶的酶活性并尽量减少染色过程中的背景信号。因此,与多聚甲醛固定相比,胚胎必须使用戊二醛进行固定,因其可获得最为一致且可...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
我们感谢国家心血管研究中心(CNIC)组织病理学服务部门在技术方面提供的协助。同时感谢Motoharu Seiki博士慷慨提供Mt4-mmpLacZ小鼠,以及Alicia G. Arroyo博士对本项目的支持和对本文稿的审阅。我们还要感谢Peter Bonney对本文的校对。本研究由马德里欧洲大学通过授予C.S.C.的资助(# 2017UEM01)支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| 2-丙醇 | SIGMA-ALDRICH | 24137-1L-R | |
| 琼脂糖 | SCHARLAU | 50004/ LE3Q2014 | |
| 水性封片剂 | VECTOR LABS | H-5501 | |
| 合成封片剂 | MERCK | 100579 | |
| 96% 乙醇 | PROLABO | 20824365 | |
| 99.9% 绝对乙醇 | SCHARLAU | ET00021000 | |
| 50% 戊二醛溶液 | SIGMA-ALDRICH | G6403-100ml | |
| 85% 甘油 | MERCK | 104094 | |
| 99.9% 甘油 | SIGMA-ALDRICH | G5516 | |
| 六水合氯化镁 | SIGMA-ALDRICH | 63064 | |
| 非离子型表面活性剂(Nonidet P-40) | SIGMA-ALDRICH | 542334 | |
| 核固红复染剂 | SIGMA-ALDRICH | N3020 | |
| 石蜡片 | MERCK | 111609 | |
| 多聚甲醛 | SIGMA-ALDRICH | 158127-500g | |
| 磷酸盐缓冲液(片剂) | SIGMA-ALDRICH | P4417-50TAB | |
| 亚铁氰化钾 | MERCK | 1049840500 | |
| 铁氰化钾 | MERCK | 1049731000 | |
| 叠氮化钠 | SIGMA-ALDRICH | S8032 | |
| 脱氧胆酸钠 | SIGMA-ALDRICH | 30970 | |
| 一水合磷酸二氢钠 | SIGMA-ALDRICH | 106346 | |
| 二水合磷酸氢二钠 | SIGMA-ALDRICH | 71638 | |
| 百里酚 | SIGMA-ALDRICH | T0501 | |
| Tris 盐酸盐(Tris HCl) | SIGMA-ALDRICH | 10812846001 (Roche) | |
| X-GAL | VENN NOVA | R-0004-1000 | |
| 二甲苯 | VWR CHEMICALS | VWRC28973.363 | |
| 设备 | |||
| 一次性塑料冷冻模具(15×15×5 mm) | SAKURA | 4566 | |
| 旋转式切片机 | Leica | RM2235 | |
| 包埋盒 | Oxford Trade | OT-10-9046 | |
| 显微镜盖玻片(24×60 mm) | VWR | ECN631-1575 | |
| 显微镜载玻片 | Thermo Scientific, MENZEL-GLÄSER | AGAA000001#12E | |
| 防脱显微镜载玻片 | Thermo Scientific, MENZEL-GLÄSER | J1820AMNZ | |
| 漂浮水浴锅 | Leica | HI1210 | |
| 一次性低剖面切片机刀片 | Feather | UDM-R35 | |
| 石蜡烘箱 | J.R. SELECTA | 2000205 | |
| 石蜡分配器 | J.R. SELECTA | 4000490 | |
| 体视显微镜 | Leica | DM500 | |
| 聚丙烯微量离心管(2.0 mL) | SIGMA-ALDRICH | T2795 | |
| 聚丙烯微量离心管(1.5 mL) | SIGMA-ALDRICH | T9661 | |
| 旋转摇床 | IKA Labortechnik | HS250 BASIC | |
| 搅拌加热板 | Bibby | HB502 | |
| 涡旋振荡器 | IKA Labortechnik | MS1 | |
| 实验室天平 | GRAM | FH-2000 | |
| 精密天平 | Sartorius | ISO9001 | |
| pH计 | Crison | Basic 20 | |
| 光纤 | Optech | PL2000 |
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