June 18th, 2020
细胞外DNA(ecDNA)在细胞死亡期间释放是消炎,并会导致炎症。在损伤部位测量ecDNA可以确定靶器官治疗的有效性。该协议描述了使用机器学习工具自动测量肾脏组织中 ecDNA。
肾上腺炎导致病理性肾上腺损伤,细胞大量死亡,细胞外DNA释放。该协议允许在病理损伤期间释放地点的细胞外DNA可视化。这项技术的优点是它测量肾脏细胞死亡的细胞外DNA。
与血清或尿液相反,细胞外DNA测量是病理损伤的代理标记。这种方法的意义是,细胞外DNA染色和图像分析都很容易转移到其他自身免疫性疾病,如风湿性关节炎和狼疮。这种方法需要肾脏组织学的基本知识。
为了能够准确检测球状细胞外DNA,研究人员必须能够正确识别球状细胞外DNA。对于细胞外DNA染色,首先在60摄氏度的滑架中加热感兴趣的样品60分钟,然后将幻灯片浸入两个40分钟的烟气罩中溶剂变化中。第二次浸入后,在100%乙醇中对样品进行两次补水,每次处理5分钟,在70%乙醇中再补充一次。
最后一次治疗后,使用钳子将幻灯片放入高压力锅中放入沸腾的抗原检索溶液中 10 分钟。揭开抗原表名后,将压力锅从热转移到水槽中,并立即将冷自来水放在盖子上。在抗原检索溶液中,让幻灯片平衡 20 分钟,然后每次洗涤时用 0.01 摩尔 PBS 将样品用 0.01 摩尔 PBS 洗涤两次。
第二次洗涤后,使用疏水笔在肾脏组织样本周围画圆,并在室温下用 5%牛血清白蛋白中 60 微升的 10% 鸡血清阻止任何非特异性染色,30 分钟。在孵育结束时,在4摄氏度的湿度室中,小心地用60微升的原抗体的阻尼溶液更换。第二天早上,在PBS的轨道摇床上清洗幻灯片两分钟,然后在每张幻灯片中加入60微升适当的荧光素结合二次抗体,在室温下孵育40分钟。
在孵育结束时,如演示,在PBS中清洗幻灯片,随后在0.3%苏丹黑色70%乙醇中进行治疗,以淬火任何潜在的形式素引起的自荧光。30 分钟后,用自来水清洗滑梯,清除任何沉淀物,将滑梯浸入 PBS 中 10 分钟,以防止任何进一步的苏丹黑沉淀物形成。在孵化结束时,将滑梯安装到共和玻璃盖玻片上,用三滴 60 微升的安装溶液加用 DAPI,用指甲油密封盖玻片。
让幻灯片在室温下固化 24 小时。将它们存放在摄氏四度,防止光线照射,然后根据标准协议通过共声激光扫描显微镜进行成像。请务必用指甲油密封盖玻片,以防止成像过程中的任何移动,并清洁乙醇的盖玻片,以提高成像分辨率。
每张幻灯片成像 20 glomeruli 后,打开 ImageJ 中的可训练 Weka 分段插件,然后将第一个图像放到 ImageJ 工具栏上。单击图像、颜色和拆分通道。将显示显示原抗体染色的图像。
若要创建单个图像的合并文件,请单击颜色和合并通道。将出现一个弹出窗口,要求将颜色分配给每个通道。选中创建合成并保留源图像框,然后单击"确定"。将显示合并的复合图像。
以原抗体染色为指导,在球状塔夫特周围绘制一个感兴趣的区域。要对单个蓝色 DAPI 图像执行高斯模糊,请单击过程、滤镜和高斯模糊。将模糊设置为一对二。
图像会变得有点模糊,但核会显得光滑,背景会变软。接下来,单击插件、分段和可训练的 Weka 分段,并使用免费手动工具跟踪完整的核。添加所有感兴趣的核后,添加类 1 框,使用行工具将背景区域划分到类二框。
单击"创建新类"并使用线条工具勾勒出 DAPI 染色的核外 DNA 轮廓。单击列车分类器并获取概率。切换鼠标以获取所有组件的黑白图像,选择对象以白色突出显示。
要复制此图像,请单击图像并复制。在图像下,调整和阈值。使用鼠标按钮调整阈值,直到只观察到细胞外DNA。
在阈值之后,单击进程、二进制,并制作二进制,然后复制以前生成的感兴趣的光大区域。按"控制移位 E"可选择编辑、选择和还原以还原所选内容。要仅测量球状中细胞外DNA颗粒,请单击"分析粒子"和"确定"。将生成一个结果表,显示包含细胞外 DNA 的粒子数、面积、平均像素和球状百分比。
若要将分类器另存为细胞外 DNA 分类器,请单击保存分类器并保存数据。若要将模型重新应用到后续图像,请重复初始图像处理,如选择加载分类器和保存的分类器文件之前所示。日志菜单将弹出并运行模型。
模型运行后,单击加载数据并选择细胞外 DNA.arff。然后单击"创建结果"。如果生成的图像无法拾取所有核、背景或细胞外 DNA,请单击重新训练分类器并根据需要添加更多分类器。
在这里,显示代表性DNA和β-actin染色的单通道图像。合并这两幅图像后,可以绘制一个感兴趣的区域,以测量小鼠肾球状体内的细胞外DNA,如所证明的可训练韦卡分段。该模型可用于识别来自对照患者的肾脏活检标本中的细胞外DNA,或与与肌羚羊体血管炎患者进行肾脏活检的比较。
此外,这个程序可以转化为肾脏组织样本中的其他污渍,例如,为嗜中性粒细胞外陷阱染色,并在与安卡相关的血管炎中沉积细胞外肌精。重要的是,当多个用户分析相同数据时,不会观察到显著差异。分析最关键的步骤是提供足够的背景、核和细胞外DNA示例,其中球蛋白作为 Weka 分段程序的分类器。
此方法易于传输。例如,可以通过对凋亡或坏死标记物的特定抗体进行染色,进一步分析不同类型的细胞死亡。我们的技术可用于其他炎症过程,如评估自身免疫肾病中的TLR表达或人体肾脏活检中的细胞外肌细胞酶表达。
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该协议实现了在肾组织细胞死亡过程中释放的胞外DNA(ecDNA)的可视化,这对于理解病理性肾小球损伤至关重要。该方法允许测量ecDNA作为肾脏损伤的替代标记,提供关于治疗效果的见解。
This protocol enables objective, automated quantification of extracellular DNA (ecDNA) in formalin-fixed paraffin-embedded kidney tissue, addressing a critical gap in measuring cell death directly at the site of pathological injury. By leveraging trainable Weka segmentation for image analysis, the method reduces manual annotation burden and provides reproducible, quantitative readouts that support mechanistic de-risking in autoimmune disease models. The approach enhances target validation confidence by linking ecDNA release to specific cell death pathways (apoptosis, necrosis, NETs) in glomerulonephritis, offering translational relevance for biomarker development and preclinical efficacy assessment.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, supporting hypothesis testing in early discovery, enabling standardized assay deployment in screening, and providing quantitative analytics for translational decision-making.