传统的 原位 杂交难以在颅面组织中可视化mRNA,原因在于结构复杂、背景高、探针特异性有限且灵敏度有限。该方案描述了一种多重荧光RNA原 位 杂交方法,能够在FFPE小鼠胚胎颅面组织中灵敏且特异地检测多个mRNA靶点,克服了之前的局限。
方法文章
传统的 原位 杂交难以在颅面组织中可视化mRNA,原因在于结构复杂、背景高、探针特异性有限且灵敏度有限。该方案描述了一种多重荧光RNA原 位 杂交方法,能够在FFPE小鼠胚胎颅面组织中灵敏且特异地检测多个mRNA靶点,克服了之前的局限。
颅面发育依赖于多样且专门化的细胞群体的协调活动,这些细胞群在复杂的组织结构中相互作用,形成并维持正常的组织结构和功能。理解这些细胞如何相互通信以及与其局部微环境的相互作用,对于定义调控其形成和稳态的分子机制至关重要。这些过程的紊乱可能导致先天性颅面疾病,包括牙齿发育不全、腭裂和唇裂,无论是单独还是作为综合征性疾病的一部分。虽然像RT-PCR这样的定量技术具有高灵敏度和动态范围,但它们需要从均质化组织中提取RNA,导致空间和细胞上下文的丧失,这对于异质颅面组织尤其关键,因为转录本的细胞起源无法确定。多重荧光RNA原 位 杂交克服了这一局限,使得在保持组织结构的同时,能够灵敏且特异地检测多个mRNA转录本。这一先进方法能够精确定位细胞层面的基因表达,为脑面生物学中发育过程和疾病机制的空间调控提供了宝贵见解。
实时聚合酶链式反应(RT-PCR)因其高灵敏度和宽动态范围,是基因表达分析的黄金标准;但需要从均质组织中提取RNA,导致空间和细胞上下文的丧失1。这一限制对胚胎发育期间的异质组织尤为棘手,尤其是颅面组织,无法确定检测到的转录本的细胞来源。RNA原位杂交(ISH)技术由Joseph Gall和Mary Lou Pardue于1968年开创,克服了这一局限,使mRNA能够在完整组织结构中定位表达。尽管如此,传统的RNA ISH在技术上要求严格,且高度依赖于最佳组织固定和样本准备以保持RNA完整性。这些挑战在高度钙化的组织中尤为严重,这些组织需要脱钙过程,通常涉及强烈化学品或长时间处理,导致RNA降解。因此,颅面组织中的RNA ISH由多种细胞类型复杂组成,需要细致优化和技术专长,耗时且存在染色不佳的风险。在具有高度复杂结构和组成的牙科组织中,mRNA表达的可视化挑战尤为明显。牙齿由釉质、牙本质、牙骨质及周围骨骼等矿化成分组成,同时还有较软的组织,如牙髓和牙周韧带。这些组织中包含了多种细胞类型,这些细胞在牙齿发育中扮演着关键角色。这些特征需要严格的标准化,以确保信号检测的可靠性。因此,该方案特别适合研究牙齿形成发育和出生后阶段的基因表达。
基于多重荧光原位杂交(FISH)的空间RNA检测技术存在,包括探针扩增的RNAFISH 5,6,7,8,9、杂交链式反应FISH 6、单分子RNA FISH 10、交换反应信号扩增FISH 5,以及高度多重的FISH平台如MERFISH11和seqFISH12,13. 其中,多重荧光RNA ISH 7,8,9因其在检测单一RNA分子时的高灵敏度而被广泛使用,该设计采用双Z探针设计,该设计中必须两个相邻探针杂交到目标序列以启动信号放大。这种双重识别设计大大提高了特异性并减少了偏靶信号。该方法支持多重检测2至4个靶点(通过类似技术可扩展至12个或更多靶点),保持组织形态,并兼容福马林固定石蜡嵌入(FFPE)7,8,9、新鲜冷冻及部分钙化组织,适用于颅面和牙科发育中遇到的复杂样本。该方法标准化、可重复性强,配备成熟的探针文库支持,并经过广泛验证,确保结果在多个实验室中可访问且可靠。
多重荧光RNA ISH采用多个探针,靶向同一转录本的不同区域,结合增强的信号放大,使即使是低丰度或部分降解的mRNA也能实现高度灵敏和特异性检测(14,15)。多重荧光RNA ISH已成功应用于脱钙骨样本16,且其在复杂颅面组织中的应用报道已7,8,9;然而,尚未有详细的逐步协议描述其在该语境中的应用。
颅面结构由复杂的组织结构组成,包含多种细胞类型,包括成骨细胞、破骨细胞、骨细胞、釉质母细胞、成形细胞、干细胞、免疫细胞、血管和感觉神经元,这些空间协调的相互作用对组织形成、功能、再生和免疫保护至关重要4.因此,研究这些组织中的局部基因表达至关重要,而多重荧光RNA ISH代表了此类分析的领先方法。
本研究介绍了基于RNAscope探针和技术的多重荧光RNA ISH如何应用于研究复杂的颅面组织(见图1)。此外,我们建立了优化的FFPE切片工作流程,保持RNA完整性,并支持高质量、空间分辨的基因表达分析。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
所有动物操作均经美国国立卫生研究院、国家儿童健康与人类发展研究院动物护理与使用委员会(IACUC)根据动物研究协议#24-031批准。
1. 定时交配与胚胎组织采集
2. 组织固定与处理
3. FFPE组织处理多重荧光RNA ISH
4. 第1天:脱石蜡与补充水分
5. 多重荧光RNA ISH在FFPE组织切片上
注:本研究遵循制造商指示,使用RNAscope技术21在FFPE组织切片上进行多重荧光RNA ISH检测。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
利用所述方案(图1),我们演示了在蔡司显微镜平台上成像的小鼠全头部多重荧光mRNA ISH转录本检测(图2B)。可以通过侧边标签页(黄色框)选择特定图像视图,同时通过频道标签(红色框)同时可视化多个频道。实时图像的亮度、伽马和对比度可以通过显示标签页(绿色框)下的控制键直接调整,以优化重要特征的可见性。
我们还展示了野生型新生儿头部矢状切片中的转录本可视化,该转录本通过多重基因面板检测出 Sfrp2、 Dspp和 Dkk1 (见图2C)。高倍图像显示下颌门牙及周围骨骼中基因表达的明显模式,凸显每个转录本的精确空间定位。这些结果共同表明,使用上述方法进行多重荧光RNA ISH时,能够准确、高分辨率地绘制发育中的颅面组织中的基因表达。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
原位杂交作为研究基因表达的基础工具已有四十多年,并持续不断完善。然而,传统的ISH方法常受限于灵敏度低、背景信号高以及冗长且劳动密集的操作。这些限制限制了其更广泛的应用,尤其是在复杂的颅面组织中,精确的空间分辨率和低丰度转录本的检测至关重要。多重荧光RNA ISH通过其独特的探针设计和信号放大策略克服了许多这些挑战,该策略选择性地扩增目标特异性信号,同时最小化非特异性背景3。因此,该方法显著提升了信噪比,并实现了单细胞甚至亚细胞水平的高分辨率转录本定位。
多重荧光RNA ISH是一种高度灵敏且特异性的技术,显著推动了完整组织环境中细胞层面基因表达的空间定性和定量分析。与传统ISH方法不同,多重荧光RNA ISH几乎可以检测任何转录本,包括低丰度mRNA,并且与技术上较为复杂的样本如钙化组织兼容4.尽管有这些优势,但由于牙齿独特的结构和组成特征,包括广泛的矿化和复杂的组织结构,其在牙科组织中的应用仍然具有...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者没有利益冲突可披露。
感谢NICHD动物设施工作人员协助动物饲养和繁育。感谢显微镜与成像核心(NIH/NICHD)的Vincent Schram博士在荧光成像方面的协助。本稿由NIH/NIDCR RO1DE033520至M.B.、校内研究项目、国家儿童健康与人类发展研究所(NICHD)至E.M.以及国家儿童健康与人类发展研究所(NICHD)研究资助编号ZIA HD009015的资助支持。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决策或手稿准备中没有任何角色。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1×PBS | 热费舍尔 | 10010023 | 使用 在工作流程中进行洗涤 |
| 20多次;SSC | 热费舍尔 | J60839。K2 | 用来制作1和急性;洗涤缓冲 |
| 50 mL锥形管(Ambion)游离RNAse | 热费舍尔 | AM12502 | 用于储存不同溶液中的样品 |
| 先进轨道震荡器 | VWR | 6683-470 | 在孵育期间用于摇晃固定溶液中的组织 |
| 酒精,70%,Fisherbrand,HistoPrep | 费舍尔科学 | HC-1000-1GL | 用来清洁和消毒所有工作区 |
| 抗体稀释剂 | 阿古谷生物科学 | ARD1001EA | TSA-DIG稀释剂 |
| 自动真空组织处理机 | 徕卡生物系统 | ASP300S | 用于样品的清除、脱水、补水和蜡浸渍 |
| 玻璃罩厚度1.5,25毫米×25毫米及nbsp; | 科宁 | 2850-25 | 在 Visium HD 工作流程中用于安装幻灯片 |
| 定制预处理试剂 | ACD,生物科技 | 300040 | 以优化组织渗透和靶点可及性 |
| EDTA | 米利波尔西格玛 | 03690 | 用于脱钙矿化组织 |
| 乙醇 100% | 航空基地集团 | 6505001050000 | 用于去除木胺并在处理过程中重新水化样品 |
| HistoCore水澡 | 徕卡生物系统 | HIS2326 | 使用浮动40-43度的截面;C 用于去除 FFPE 切片上的皱褶 |
| HybEZ加湿纸 | ACD,生物科技 | 310015 | 在HybEZ烤箱内使用以保持湿度,防止杂交过程中组织切片干燥 |
| HybEZ 烤箱、托盘和架子 | ACD,生物科技 | 310011, 310012, 310014 | 用于在杂交和孵化过程中提供温度、湿度和载玻片的正确定位。 |
| ImmEdge 疏水屏障笔 | 载体实验室 | H-4000 | 用于在载玻片上绘制疏水边界,将试剂限制在染色过程中的组织切片内。 |
| 低矮型一次性刀片 DB80LX | 徕卡生物系统 | 14035843496 | 用于分段FFPE块 |
| 中性缓冲福马林 10% | 阿泽尔科学 | NBF-4-G | 用来修复组织 |
| 欧泊520试剂包 | 阿古屋生物科学公司 | FP1487001KT | 通过荧光标记扩增和检测靶向RNA信号。 |
| 欧泊570试剂包 | 阿古屋生物科学公司 | FP1488001KT | 通过荧光标记扩增和检测靶向RNA信号。 |
| 欧泊620试剂包 | 阿古屋生物科学公司 | FP1495001KT | 通过荧光标记扩增和检测靶向RNA信号。 |
| 欧泊690试剂包 | 阿古屋生物科学公司 | FP1497001KT | 通过荧光标记扩增和检测靶向RNA信号。 |
| Opal Polaris 780试剂包 | 阿古屋生物科学公司 | FP1501001KT | 通过荧光标记扩增和检测靶向RNA信号。 |
| 延长钻石 | 热费舍尔 | P36970 | 一种抗衰落安装介质,用于保存荧光信号并在成像过程中保护RNAscope信号 |
| RNAscope 4-plex辅助套件专用界面 | ACD,生物科技 | 323120 | RNAscope多复用荧光v2检测中使用的其他材料 |
| RNAscope DAPI | ACD,生物科技 | 320858 | 一种用于RNAscope测定的荧光核染色器,用于观察细胞核 |
| RNAscope多重荧光试剂套件v2 | ACD,生物科技 | 323100 | 进行多复用荧光原位杂交 |
| RNAscope多路复用TSA缓冲区 | ACD,生物科技 | 322810 | RNAscope中用于稀释蛋白石染料的缓冲剂 |
| RNAscope 洗涤缓冲试剂 | ACD,生物科技 | 310091 | 用于在检测过程中清洗载玻片上的组织切片 |
| RNaseZap RNase 去污溶液 | 热费舍尔 | AM9782 | 用于清洁和去除RNase |
| 半自动旋转切片机 | 徕卡生物系统 | RM2245 | 请按指南中报告的FFPE区块进行分区。 |
| 滑板布赖特 | 电子显微镜科学 | 23401-01 | 用于RNAscope处理前的脱石蜡步骤。 |
| 带盖的滑套加热器 | 首映 | XH2004 | 用于不同温度下的载玻片孵育 |
| 超级霜冻加幻灯片及nbsp; | 费舍尔科学 | 12-550-15 | 用于连接Vsium HD的分段 |
| Surgipath Paraplast(护送伞) | 徕卡生物系统 | 39601006 | 用于组织浸润和嵌入组织 |
| 组织培养皿 100 X 20 MM 500/CS | 费舍尔科学 | 877222 | 用于采集和解剖1&急性样本;PBS |
| 二甲苯 | 费舍尔科学 | 6.81001E+12 | 用作清除剂,去除酒精并使组织透明 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可