本方案描述了一种结合荧光的方法 原位 荧光原位杂交(FISH)和荧光免疫组织化学(IHC)在新鲜冷冻和固定的小鼠脑切片中的联合应用,旨在实现多重标记的FISH与荧光IHC信号检测。IHC靶向细胞质和膜结合蛋白。
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本方案描述了一种结合荧光的方法 原位 荧光原位杂交(FISH)和荧光免疫组织化学(IHC)在新鲜冷冻和固定的小鼠脑切片中的联合应用,旨在实现多重标记的FISH与荧光IHC信号检测。IHC靶向细胞质和膜结合蛋白。
荧光 原位 杂交(FISH)是一种分子技术,可鉴定细胞内特定RNA转录本的存在及其空间分布。对功能已知神经元进行神经化学表型分析通常需要结合免疫组织化学(IHC)方法,使用多种抗体(靶向蛋白质)进行同时标记,并优化 原位 杂交(靶向RNA),串联进行。A "神经化学特征" 对特定神经元进行表征是可行的,但存在一些复杂因素,包括在联合使用FISH和IHC方法前需验证各自靶标,以及在同一组织切片中可同时检测的RNA和蛋白质数量有限。
本文介绍了一种利用新鲜冷冻和固定的小鼠脑组织样本的实验方案,该方案在同一脑切片上依次通过RNAscope荧光原位杂交(FISH)检测多种mRNA,再通过荧光免疫染色检测蛋白质。我们采用这种联合方法,描述了在免疫组织化学鉴定出的脑干核团中低丰度mRNA(例如,甘丙肽受体1)和高丰度mRNA(例如,甘氨酸转运蛋白2)的表达模式。
在FISH检测之后进行蛋白标记时,需要考虑的因素不仅限于组织制备和FISH探针标记的优化。例如,我们发现FISH探针检测中的蛋白酶处理步骤可能对后续免疫组化(IHC)检测中抗体的结合及标记特异性产生不利影响。蛋白酶可催化肽键的水解性断裂,促进FISH探针进入细胞,但也可能同时降解后续IHC检测所针对的靶蛋白,导致非特异性结合。靶蛋白的亚细胞定位也是影响FISH检测后IHC成功与否的另一个因素。我们观察到,当靶蛋白位于细胞膜上时,IHC的特异性得以保持;而针对细胞质蛋白的IHC则需要进行大量排错优化。最后,我们发现与新鲜冷冻组织相比,载玻片上固定的冷冻组织更难处理,但当与RNAscope联合使用时,固定冷冻组织的IHC质量总体更优。
通过免疫组织化学(IHC)和/或原位杂交等方法,常用于鉴定在神经化学上定义神经元亚群的蛋白质和mRNA。 原位 原位杂交(ISH)。将ISH与免疫组织化学(IHC)技术结合,可通过最大化多重标记能力,揭示功能神经元特有的共定位模式(神经化学编码)。
荧光原位杂交(FISH)方法(包括RNAscope)相比早期的RNA检测方法(如放射性原位杂交和非放射性显色原位杂交)具有更高的灵敏度和特异性。FISH能够将单个mRNA转录本可视化为点状染色信号1。此外,RNAscope检测技术可同时使用不同的荧光标记物,实现更多数量RNA靶标的标记。尽管具有这些优势,技术上的限制仍可能影响单次实验中可使用的荧光染料或显色剂的数量。这些限制包括显微镜滤光片组的可用性;当进行神经化学鉴定时,若将FISH与免疫组织化学(IHC)联合使用,相较于单独使用任一技术,此类限制会更加复杂,因为某一方法的最佳操作步骤可能对另一方法产生不利影响。
先前将FISH与IHC结合的应用已证实可在人类B细胞淋巴瘤2、鸡胚3、斑马鱼胚胎4、小鼠视网膜5以及小鼠内耳细胞6中检测特定细胞靶标的表达。在这些研究中,组织制备方法包括福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)2,3,5或新鲜整体装片4,6。其他研究则在固定的小鼠和大鼠脑组织样本上应用了显色RNAscope技术7,8,9。特别是Baleriola et al.8描述了两种用于ISH-IHC联合检测的组织制备方法:固定的小鼠脑切片和FFPE人脑切片。在最近的一项研究中,我们在新鲜冷冻切片上结合使用FISH与荧光IHC,同时可视化了脑干网状结构中低丰度mRNA(甘丙肽受体1,GalR1)、高丰度mRNA(甘氨酸转运蛋白2,GlyT2)以及囊泡型乙酰胆碱转运蛋白(vAChT)蛋白10。
孤束核(NTS)是参与自主功能的主要脑区之一。该神经元群体位于后脑,具有异质性,能够接收并整合大量自主神经信号,包括调节呼吸的信号。NTS包含多种神经元群体,可通过特定mRNA靶标的表达模式(如GalR1和GlyT2)以及酪氨酸羟化酶(TH)和Paired-like homeobox 2b(Phox2b)转录因子等蛋白质标志物进行表型鉴定。
RNAscope 专利技术推荐使用新鲜冷冻组织制备样本,但许多实验室通常采用全动物经心脏灌注固定后,对固定冷冻组织切片进行长期抗冻保护(在 -20 °C 下储存)的方法。因此,我们旨在建立适用于新鲜冷冻和固定冷冻组织样本的荧光原位杂交(FISH)与免疫组织化学(IHC)联合检测的实验方案。本文针对新鲜冷冻和固定冷冻的脑组织切片提供了:(1)FISH 与荧光 IHC 联合检测的实验流程;(2)使用上述两种样本制备方法时,mRNA 与蛋白质标记效果的质量描述;(3)NTS 中 GalR1 与 GlyT2 表达情况的描述。
我们的研究发现,当与RNAscope技术联用时,免疫组化(IHC)在新鲜冷冻和固定冷冻样本中的成功率存在差异,且取决于靶蛋白在细胞内的定位。在我们实验中,膜结合蛋白的标记始终成功。相比之下,即使在转基因动物(Phox2b-GFP)中过表达胞质蛋白的情况下,针对胞质蛋白的免疫组化仍需进行条件优化。11最后,虽然GalR1在NTS的非儿茶酚胺能神经元中有表达,但GlyT2在NTS中无表达。
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组织预处理步骤的概述见图1。所有实验操作均遵循澳大利亚国家卫生与医学研究委员会关于科学用途动物的使用与护理指南,并符合新南威尔士大学动物护理与伦理委员会的规定。
1. 新鲜冷冻脑组织的样本制备
2. 固定冷冻脑组织的样本制备
3. FISH 检测
注意:本方案其余步骤适用于新鲜冷冻组织和固定冷冻组织。
4. 免疫组化检测
5. 成像
6. 可选:靶标转录本的定量分析
注意:本文为方法学文章,未提供定量结果。此处介绍的定量方法引自 Dereli et al.10。

图1:新鲜冷冻组织与多聚甲醛固定组织样本预处理步骤的并行工作流程。新鲜冷冻组织的处理步骤显示在红色边框的方框中,而多聚甲醛(PFA)固定组织的处理步骤显示在蓝色边框的方框中。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:FISH探针与免疫组织化学联合检测流程概要。 组织预处理完成后,将载玻片上的组织用疏水屏障笔圈出(如第一帧所示),并在室温下于蛋白酶溶液中孵育。洗涤后,将组织转移至台式孵育仪中,在2小时内完成杂交,随后进行一系列扩增步骤。原位杂交系统采用专有的“Z探针”设计,以及预扩增剂和扩增剂,如第3–6帧所示6。完成FISH探针处理后,组织经洗涤并用正常马血清封闭。一抗孵育在4 °C过夜进行,以最大化抗体-抗原结合效率。二抗孵育在室温下进行,持续2小时。请点击此处查看该图的放大版本。
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本文概述了一种将多重荧光原位杂交(FISH)与荧光免疫组织化学(IHC)相结合的方法,分别利用新鲜冷冻组织和多聚甲醛固定组织,在小鼠孤束核(NTS)中定位 GalR1 和 GlyT2 的 mRNA 表达。方法中所述的组织处理、FISH 和 IHC 操作流程见图1和图2。表1总结了各图中使用的 FISH 探针与抗体组合。
对照探针通常与目标探针同时进行检测,以确保实验流程的完整性并确认样本质量。DapB标记的缺失表明组织质量良好且结构完整,并无细菌污染(图3A)。针对泛素C(UBC,高丰度)、肽基脯氨酰异构酶B(PPIB,中等丰度)和RNA聚合酶2a(POLR2A,低丰度)mRNA的阳性对照探针产生的标记信号可证实RNA的完整性,且不同检测之间的信号可用于校准检测间变异(图3B)。为验证FISH探针的表达特异性,我...
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在神经科学领域,荧光原位杂交(FISH)和免疫组织化学(IHC)被常规用于研究特定神经元亚群中 mRNA 或蛋白质的空间分布及其功能意义。本研究中描述的实验方案增强了在脑切片中同时检测 mRNA 和蛋白质的能力。我们整合的多重 FISH-IHC 检测方法能够在新鲜冷冻和固定处理的脑组织样本中,对孤束核(NTS)内不同的神经元亚群进行表型鉴定。在固定冷冻的组织样本中,FISH-IHC 获得了可靠的 IHC 结果。例如,针对低丰度和高丰度 mRNA(分别为 GalR1 和 GlyT2)的多重 FISH 与靶向酪氨酸羟化酶(TH)的 IHC 结果显示,GalR1 和 GlyT2 表达于非儿茶酚胺能的 NTS 神经元中。然而,在新鲜冷冻组织中 TH 的 IHC 染色未能成功,表明在新鲜冷冻样本中进行 FISH-IHC 的能力有限。
在多种情况下,原位杂交(ISH)可能比免疫组织化学(IHC)更为合适。首先,当检测低丰度蛋白(如受体)时,IHC 的检测效果可能不佳。通过 ISH 靶向这些蛋白相对高丰度的 mRNA,可提高检测灵敏度1。其次,神经...
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本工作由澳大利亚研究理事会发现项目基金(DP180101890)和丽贝卡·L·库珀医学研究基金会项目基金(PG2018110)资助
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 动物 | |||
| C57BL/6 小鼠 | Australian BioResources, Moss Vale | MGI: 2159769 | |
| Phox2b-eGFP 小鼠 | Australian BioResources, Moss Vale | MGI: 5776545 | |
| 试剂 | |||
| 氰基丙烯酸酯 | Loctite | ||
| 乙二醇 | Sigma-Aldrich | 324558 | |
| 肝素钠 | Clifford Hallam Healthcare | 1070760 | 请咨询当地兽药供应商或药房。 |
| Lethabarb(戊巴比妥钠)安乐死注射液 | Virbac (Australia) Pty Ltd | N/A | 请咨询兽医,了解有关戊巴比妥钠的当地药品法规。 |
| 分子级琼脂糖粉末 | Sigma Aldrich | 5077 | |
| OCT 包埋剂,118 mL | Scigen Ltd | 4586 | |
| 多聚甲醛,颗粒状,95% | Sigma-Aldrich | 441244-1KG | |
| 聚乙烯吡咯烷酮,平均分子量 40,000 (PVP-40) | Sigma-Aldrich | PVP40 | |
| ProLong Gold 抗荧光淬灭封片剂 | Invitrogen | P36930 | 可含或不含 DAPI |
| RNAscope 多重荧光试剂盒(最多支持三重检测) | Advanced Cell Diagnostics, Inc. (ACD Bio) | ADV320850 | 包含 50 倍洗涤缓冲液和蛋白酶 III |
| RNase Away | Thermo-Fisher Scientific | 7003 | |
| 三(羟甲基)氨基甲烷 | Sigma-Aldrich | 252859 | |
| Tween-20,分子生物学级 | Sigma-Aldrich | P9416 | |
| 设备 | |||
| 台式培养箱 | Thermoline 科学微型培养箱 | 型号:TEI-13G | |
| 小鼠脑切片模具,30 g 成年鼠,冠状位,1 mm | Ted Pella | 15050 | |
| 冷冻切片机 | Leica | CM1950 | |
| 抽吸针头(23 号) | BD | 0288U07 | |
| 疏水屏障笔 | Vector labs | H-4000 | |
| Kimtech Science Kimwipes 精细擦拭纸 | Kimberley Clark Professional | 34120 | |
| Olympus BX51 | Olympus | BX-51 | |
| 蠕动泵 | Coleparmer Masterflex | L/S 系列 | |
| Retiga 2000R 数字相机 | QImaging | RET-2000R-F-CLR | 彩色相机 |
| SuperFrost Plus 玻片(白色) | Thermo-Fisher Scientific | 4951PLUS4 | |
| 振动切片机(Vibratome) | Leica | VT1200S | |
| Whatman 定性滤纸,1 级,直径 110 mm | Merck | WHA1001110 | |
| 软件 | |||
| CorelDRAW | Corel Corporation | 版本 7 | |
| FIJI(ImageJ 分发版) | 开源/GNU 通用公共许可证 (GPL) | N/A | ImageJ 2.x: Rueden, C. T.; Schindelin, J. & Hiner, M. C. 等 (2017), "ImageJ2: 面向下一代科学图像数据的 ImageJ", BMC Bioinformatics 18:529, PMID 29187165, doi:10.1186/s12859-017-1934-z 以及 Fiji: Schindelin, J.; Arganda-Carreras, I. & Frise, E. 等 (2012), "Fiji: 一个开源的生物图像分析平台", Nature methods 9(7): 676-682, PMID 22743772, doi:10.1038/nmeth.2019 |
| 一抗 | |||
| 酪氨酸羟化酶抗体 | Millipore Sigma | AB1542 | 绵羊多克隆(1:1000 稀释),RRID: AB_90755 |
| 酪氨酸羟化酶抗体,克隆 LNC1 | Millipore Sigma | MAB318 | 小鼠单克隆(1:1000 稀释),RRID: AB_2201528 |
| 突触小泡乙酰胆碱转运蛋白 (VAchT) 抗体 | Sigma-Aldrich | ABN100 | 山羊多克隆(1:1000 稀释),RRID: AB_2630394 |
| GFP 抗体 | Novus Biologicals | NB600-308 | 兔多克隆(1:1000 稀释),RRID: AB_10003058 |
| Phox2b 抗体 (B-11) | Santa Cruz Biotechnology | sc-376997 | 小鼠单克隆(1:1000 稀释),RRID: AB_2813765 |
| 二抗 | |||
| Alexa Fluor 488 AffiniPure 驴抗兔 IgG (H+L)(最小交叉反应:牛、鸡、山羊、豚鼠、叙利亚仓鼠、马、人、小鼠、大鼠、绵羊血清蛋白) | Jackson ImmunoResearch | 711-545-152 | 驴抗兔(1:400 稀释),RRID: AB_2313584 |
| AMCA AffiniPure 驴抗绵羊 IgG (H+L)(最小交叉反应:鸡、豚鼠、叙利亚仓鼠、马、人、小鼠、兔、大鼠血清蛋白) | Jackson ImmunoResearch | 713-155-147 | 驴抗绵羊(1:400 稀释),RRID: AB_2340725 |
| Cy5 AffiniPure 驴抗山羊 IgG (H+L)(最小交叉反应:鸡、豚鼠、叙利亚仓鼠、马、人、小鼠、兔、大鼠血清蛋白) | Jackson ImmunoResearch | 705-175-147 | 驴抗山羊(1:400 稀释),RRID: AB_2340415 |
| Cy5 AffiniPure 驴抗小鼠 IgG (H+L)(最小交叉反应:牛、鸡、山羊、豚鼠、叙利亚仓鼠、马、人、兔、大鼠、绵羊血清蛋白) | Jackson ImmunoResearch | 715-175-151 | 驴抗小鼠(1:400 稀释),RRID: AB_2619678 |
| Cy5 AffiniPure 驴抗绵羊 IgG (H+L)(最小交叉反应:鸡、豚鼠、叙利亚仓鼠、马、人、小鼠、兔、大鼠血清蛋白) | Jackson ImmunoResearch | 713-175-147 | 驴抗绵羊(1:400 稀释),RRID: AB_2340730 |
| RNASCOPE 探针 | |||
| 甘丙肽受体 1 寡核苷酸探针 | ACDBio | 448821-C1 | 靶向 bp 482 - 1669(GenBank 参考号:NM_008082.2) |
| 甘氨酸转运蛋白 2 寡核苷酸探针 | ACDBio | 409741-C3 | 靶向 bp 925 - 2153(GenBank 参考号:NM_148931.3) |
| Phox2b 寡核苷酸探针 | ACDBio | 407861-C2 | 靶向 bp 1617 - 2790(GenBank 参考号:NM_008888.3) |
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