本文介绍了一种利用荧光抗体在斑马鱼胚胎和幼鱼整体样本中检测蛋白质的实验方案。
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本文介绍了一种利用荧光抗体在斑马鱼胚胎和幼鱼整体样本中检测蛋白质的实验方案。
免疫组织化学是一种广泛应用的技术,用于研究正常发育过程及疾病状态下蛋白质的表达与定位。尽管已有许多针对哺乳动物组织及组织切片优化的免疫组织化学方案,但这些方案通常需要进行修改和优化,才能适用于非哺乳动物模式生物。斑马鱼作为一种模式系统,在基础研究、生物医学研究和转化研究中被越来越多地用于探究发育过程中的分子、遗传及细胞生物学机制。斑马鱼作为模式系统具有诸多优势,但在蛋白质检测方面也需要采用改良的技术。本文中,我们提供了在斑马鱼胚胎和幼鱼中进行整体荧光免疫组织化学的实验方案。该方案还描述了多种不同的封片策略及其各自的优缺点。此外,我们还介绍了对该方案的若干修改,以实现对整体组织中显色底物的检测,以及对切片幼鱼组织中荧光信号的检测。本方案可广泛应用于多个发育阶段及胚胎结构的研究。
斑马鱼(Danio rerio)因其世代周期短、发育迅速以及易于进行遗传操作等多种原因,已成为研究生物学过程的有力模型。因此,斑马鱼常被用于高通量小分子筛选,以开展毒理学研究和药物发现。斑马鱼也是研究发育过程的理想模型,因为单只雌鱼通常一次可产下50–300枚卵,且其胚胎透明并在体外发育,便于高效观察发育过程。然而,早期研究主要依赖于使用N-乙基-N-亚硝基脲(ENU)或其他诱变剂进行的正向遗传筛选,这是由于反向遗传技术的建立面临诸多挑战。大约二十年前,吗啉寡核苷酸(morpholino)首次被应用于斑马鱼,以敲低特定靶基因1。吗啉寡核苷酸是一种小分子反义寡核苷酸,在胚胎发育早期显微注射入胚胎后,可抑制靶mRNA的翻译。吗啉寡核苷酸的主要缺陷在于,随着细胞分裂其浓度被稀释,通常在受精后72小时(hpf)失去效应。尽管如此,吗啉寡核苷酸仍是斑马鱼基因功能干扰的重要工具,而近年来转录激活样效应因子核酸酶(TALENs)、锌指核酸酶(ZFNs)以及成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPRs)正被越来越多地用于直接靶向斑马鱼基因组2,3。这些反向遗传策略,结合正向遗传学和高通量筛选,已确立了斑马鱼作为研究基因表达与功能的强有力模型。
研究基因功能通常需要评估基因或其产物在时空上的分布情况。在早期发育过程中,可视化此类表达模式最常用的两种技术是原位杂交(ISH)和整体免疫组织化学(IHC)。原位杂交技术于1969年首次建立,依赖于使用标记的反义RNA探针来检测生物体内的mRNA表达4。相比之下,免疫组织化学则使用标记的抗体来可视化蛋白质的表达。利用标记物检测蛋白质的概念可追溯至20世纪30年代5,而首个IHC实验发表于1941年,当时使用FITC标记的抗体在感染组织中检测病原菌6。在随后的几十年中,ISH和IHC技术不断发展并显著改进,如今二者均已常规应用于分子生物学与诊断研究实验室7,8,9,10,11。尽管这两种技术各有优缺点,但IHC相较于ISH具有若干优势。从实践角度看,IHC比ISH更节省时间,且通常成本更低,具体取决于一抗的价格。此外,mRNA表达并不总是蛋白质表达的可靠指标,因为在小鼠和人类中的研究表明,仅有约三分之一的蛋白质丰度变化可由mRNA丰度解释12。因此,在条件允许的情况下,IHC是验证ISH数据的重要补充手段。最后,IHC能够提供ISH无法获得的亚细胞定位和共定位信息13,14,15。本文中,我们描述了一种在整体斑马鱼胚胎和幼体中可靠检测蛋白质的分步免疫组织化学方法。该技术的目标是确定目标蛋白在整个胚胎中的时空表达模式。该方法利用抗原特异性的一抗和荧光标记的二抗。本方案可轻松调整用于载玻片上的组织切片,也可用显色底物替代荧光检测。通过本方案,我们证明了发育中的斑马鱼骨骼肌除表达乙酰胆碱受体外,还表达离子型谷氨酸受体。在23 hpf时,可在纵向肌纤维上检测到NMDA型谷氨酸受体亚基。
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本方案中所述的斑马鱼成鱼繁殖及胚胎操作程序已获得默里州立大学机构动物护理与使用委员会的批准。
1. 胚胎收集与固定
2. 胚胎制备
3. 一抗孵育
4. 二抗孵育
可选步骤
5. 漂白
6. 胚胎解剖与去卵黄
7. 载玻片上的平铺封片
8. 琼脂糖包埋
9. 在桥接载玻片上封片
10. DAB 染色
注意:本步骤从上述 4.2 步骤之后开始,并替代第 4 步的其余部分。
11. 针对载玻片上固定组织切片的改良染色方案
12. 文档记录
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整体免疫组织化学利用抗体检测完整动物体内蛋白质表达的空间模式。免疫组织化学的基本操作流程(如图1所示)包括斑马鱼的繁殖、胚胎的培养与制备、封闭非特异性抗原、使用抗原特异性的初级抗体靶向目标蛋白、用标记的次级抗体检测该初级抗体、样本封片以及记录表达情况。
整体免疫组织化学是研究斑马鱼发育过程中蛋白质时空表达的重要工具。斑马鱼在19 hpf之前——即运动神经元接触之前——便开始出现由缝隙连接介导的自发性收缩19。斑马鱼的神经肌肉接头与其他脊椎动物类似,由作用于烟碱型乙酰胆碱受体的乙酰胆碱介导。这些组装完成的受体最早在约16 hpf时被检测到,随着神经元形成连接,其表达逐渐扩展并发生重塑20。在青蛙21和大鼠22
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免疫组织化学是一种多功能工具,可用于表征生物体内几乎所有目标蛋白的时间和空间表达情况。该技术广泛应用于多种组织和模式生物。本实验方案已针对斑马鱼的使用进行了优化。不同物种的免疫组织化学可能需要不同的固定和处理方法、根据物种及内源性过氧化物酶的存在情况选择的封闭液,以及因组织厚度和组成不同而调整的孵育时间。斑马鱼中的免疫组织化学研究在推动我们对癌症24、代谢性疾病25、神经功能障碍26以及众多其他与人类健康密切相关领域认知方面发挥了关键作用。免疫组织化学的一大优势在于,与其他技术(如原位杂交)相比,其实验流程相对较短,且技术要求不高。然而,该方法仍包含多个需要根据样本年龄、靶向抗原以及所用抗体进行优化的步骤。
本方案中多个步骤的持续时间具有灵活性。标注为可变步骤的时间通常代表所需的最短时间。一般而言,当胚胎在PBTriton中洗涤三次或以上时,若有必要,可在最后一次洗涤液中于4 °C条件下保存过夜。通透化和固定时间的灵活性较低,仅应在作为故障...
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作者无相关信息可披露。
由 NIH 资助项目 8P20GM103436 14 提供支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 琼脂糖 | Fisher Scientific | BP160-100 | |
| 铝箔,加厚型 | 柯克兰 | 可使用任何品牌替代 | |
| 抗NMDA抗体 | Millipore Sigma | MAB363 | |
| 抗磷酸化组蛋白 H3(Ser10),克隆 RR002 | 默克生命科学 | 05-598 | |
| 抗泛AMPA受体(GluR1-4) | Millipore Sigma | MABN832 | |
| 牛血清白蛋白(BSA) | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
| 硝酸钙 [Ca(NO3)2] | Sigma Aldrich | C4955 | |
| 离心管,1.5 mL | Axygen | MCT150C | |
| 透明指甲油 | Sally Hanson | 可使用任何指甲油或硬化剂替代 | |
| 凹陷载玻片 | 电子显微镜科学 | 71878-01 | |
| 二氨基联苯胺 | 赛默飞世尔科技 | 1855920 | |
| 胚胎培养基,Danieau,30% | 17.4 mM NaCl,0.21 mM KCl,0.12 mM MgSO₄,0.18 mM Ca(NO₃)₂3)2,1.5 mM HEPES 溶于超纯水中。 | ||
| 胚胎培养基,E2 | 7.5 mM NaCl,0.25 mM KCl,0.5 mM MgSO₄4, 75 μM KH2PO4,25 μM Na2HPO4,0.5 mM CaCl2,0.35 mM NaHCO₃3,0.5 mg/L 亚甲蓝 | ||
| 漂浮式试管架 | 赛默飞世尔科技 | 59744015 | |
| 荧光复合显微镜 | Leica Biosystems | DMi8 | |
| 荧光体视显微镜 | Leica Biosystems | M165-FC | |
| 18 mm × 18 mm 玻璃盖玻片 | 康宁 | 284518 | |
| 22 mm × 60 mm 玻璃盖玻片 | 赛默飞世尔科技 | 22-050-222 | |
| 载玻片 | Fisher Scientific | 12-544-4 | |
| 甘油 | Fisher Scientific | BP229-1 | |
| 山羊抗小鼠IgG Alexa 488 | Invitrogen | A11001 | |
| HEPES 溶液 | Sigma Aldrich | H0887 | |
| 带盖湿盒 | Simport | M920-2 | |
| 过氧化氢,30% | Fisher Scientific | H325-500 | |
| 免疫笔 Pap Pen | Vector Laboratories | H-4000 | |
| 00号昆虫针 | Stoelting | 5213323 | |
| 硫酸镁(MgSO₄)4 · 7H2O | Sigma Aldrich | 63138 | |
| 网筛 | 奥奈达 | 可使用任何品牌替代 | |
| 甲醇 | Sigma Aldrich | 34860 | |
| 亚甲蓝 | Sigma Aldrich | M9140 | |
| 微管帽锁扣 | 研究产品国际公司 | 145062 | |
| 微波炉 | 演讲会 | ||
| 小鼠 IgG | Sigma Aldrich | I8765 | |
| 正常山羊血清 | 默克生命科学 | S02L1ML | |
| 摆动式混合器 | Fisher Scientific | 88-861-044 | |
| 多聚甲醛 | Fisher Scientific | 04042-500 | |
| 巴斯德移液管 | Fisher Scientific | 13-678-20C | |
| PBTriton | 1% TritonX-100(溶于1x PBS) | ||
| Permount封片剂 | Fisher Chemical | SP15-500 | |
| 培养皿(玻璃) | Pyrex | 3160100 | |
| 培养皿(塑料) | Fisher Scientific | FB0875713 | |
| 1-苯基-2-硫脲 | Acros Organics | 207250250 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS),10倍浓缩液,pH 7.4 | Gibco | 70011-044 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS),1× | 1x 溶液由10x 储存液用dH₂O稀释制成2O | ||
| 氯化钾(KCl) | Sigma Aldrich | P9333 | |
| 氢氧化钾(KOH) | Fisher | P250-500 | |
| 磷酸二氢钾(KH₂PO₄)2PO4) | Sigma Aldrich | P5655 | |
| Pronase | Sigma Aldrich | 10165921001 | |
| 蛋白酶K | Invitrogen | AM2544 | |
| 氯化钠(NaCl) | Sigma Aldrich | S7653 | |
| 磷酸氢二钠(Na2HPO4) | Sigma Aldrich | S7907 | |
| 带盖和内胆的产卵缸 | Aquaneering | ZHCT100 | |
| SuperBlock PBS | 赛默飞世尔科技 | 37515 | |
| Superfrost + 载玻片 | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| 超级胶水凝胶 | 3M Scotch | ||
| TNT | 100 mM Tris,pH 8.0;150 mM NaCl;0.1% Tween20;用dH₂O配制2O | ||
| 移液管 | Fisher | 13-711-7M | |
| 三氯乙酸(Cl3CCOOH | Sigma Aldrich | T6399 | |
| Tris碱 | Fisher Scientific | S374-500 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T9284 | |
| Tween20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| 超细镊子 | Fisher Scientific | 16-100-121 | |
| 水,超纯/双蒸馏 | Fisher Scientific | W2-20 |
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