In diesem Artikel wird beschrieben, wie ein optimiertes In-situ-Protokoll für Sehnen durchgeführt wird. Diese Methode befasst sich mit der Gewebepräparation, der Schnittpermeabilisierung, dem Sondendesign und den Signalamplifikationsmethoden.
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Methodenartikel
In diesem Artikel wird beschrieben, wie ein optimiertes In-situ-Protokoll für Sehnen durchgeführt wird. Diese Methode befasst sich mit der Gewebepräparation, der Schnittpermeabilisierung, dem Sondendesign und den Signalamplifikationsmethoden.
In den letzten Jahren wurden viele Protokolle für hochauflösende Transkriptomik in vielen verschiedenen Bereichen der Medizin und Biologie entwickelt. Matrixreiche Gewebe und insbesondere Sehnen blieben jedoch aufgrund ihrer geringen Zellzahl, der geringen RNA-Menge pro Zelle und des hohen Matrixgehalts zurück, was ihre Analyse erschwerte. Eines der jüngsten und wichtigsten Einzelzellwerkzeuge ist die räumliche Analyse der Genexpressionsniveaus in Sehnen. Diese räumlichen RNA-Werkzeuge sind besonders wichtig für Sehnen, um spezifische Zellen neuer und unbekannter Populationen zu lokalisieren, Einzelzell-RNA-Seq-Ergebnisse zu validieren und den Einzelzell-RNA-Seq-Daten einen histologischen Kontext hinzuzufügen. Diese neuen Methoden werden die Analyse von RNA in Zellen mit außergewöhnlicher Empfindlichkeit und den Nachweis von Einzelmolekül-RNA-Zielen auf Einzelzellebene ermöglichen, was dazu beitragen wird, Sehnen molekular zu charakterisieren und die Sehnenforschung zu fördern.
In diesem Methodenpapier konzentrieren wir uns auf die verfügbaren Methoden zur Analyse der räumlichen Genexpressionsniveaus in histologischen Schnitten, indem wir neuartige in situ Hybridisierungsassays verwenden, um Ziel-RNA in intakten Zellen auf Einzelzellebene nachzuweisen. Zunächst werden wir uns darauf konzentrieren, wie das Sehnengewebe für die verschiedenen verfügbaren Assays vorbereitet werden kann und wie man zielspezifische Signale ohne Hintergrundrauschen, aber mit hoher Sensitivität und hoher Spezifität amplifiziert. Anschließend werden spezifische Permeabilisierungsmethoden, die verschiedenen Sondendesigns und die derzeit verfügbaren Signalverstärkungsstrategien beschrieben. Diese einzigartigen Methoden zur Analyse der Transkriptionsniveaus verschiedener Gene in Einzelzellauflösung werden die Identifizierung und Charakterisierung der Sehnengewebezellen in jungen und älteren Populationen verschiedener Tiermodelle und menschlicher Sehnengewebe ermöglichen. Diese Methode wird auch dazu beitragen, die Genexpression in anderen matrixreichen Geweben wie Knochen, Knorpel und Bändern zu analysieren.
Sehnen sind Bindegewebe, das die Kraftübertragung zwischen Muskel und Knochen ermöglicht1. Entwicklungsbedingt stammen axiale Tenozyten aus mesenchymalen Zellen innerhalb des Sklerotoms der Somiten2; Die Gliedmaßensehnen stammen aus dem Mesoderm der lateralen Platte; und kraniale Sehnen entspringen der Linie der kranialen Neuralleiste 3,4. Die Sehne kann durch die Expression des Skleraxis-Transkriptionsfaktors5 charakterisiert werden, obwohl mehrere Marker auch eine Schlüsselrolle bei der Sehnenentwicklung spielen, darunter Tenomodulin, Irokesenschnitt und frühe Wachstumsreaktion 1/2 6,7,8,9.
Trotz der wenigen bekannten Marker der Sehne bleibt eine tiefergehende Charakterisierung im Allgemeinen eine Herausforderung, da die Sehne Zellen enthält, die sich über einen Gradienten biomechanischer Eigenschaften erstrecken. Vom myotendinösen Übergang über die Sehnenmitte bis hin zur stärker verkalkten Enthese befinden sich die Sehnenzellen in extrazellulären Matrizen, die sich in ihren Zugeigenschaften unterscheiden. Da die Sehne Zugbelastungen standhalten muss, die durch den Unterschied in der mechanischen Festigkeit zwischen Weich- und Hartgewebe entstehen, ist die räumliche Organisation der Zellen in der Sehne für ihre Funktion besonders wichtig. Über diese Sehnensubpopulationen ist jedoch nur wenig bekannt.
Viele hochauflösende räumliche Transkriptomik-Werkzeuge können verwendet werden, um mit der Aufklärung von Zellsubpopulationen zu beginnen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Einzelzell-RNA-Seq oder In-situ-Hybridisierung . Während diese räumlichen Profiling-Assays jedoch dazu beitragen, die RNA-Expression im Gewebe nach Mikrodissektion oder Schnitt aufzudecken, können diese Methoden bei der Durchführung von Sehnengewebe eine Herausforderung darstellen. Sehnen sind matrixreiche Gewebe, die zu fast 86 % aus Kollagen in der Trockenmasse10 bestehen, was es schwierig macht, die Zellen für die Sequenzierung zu extrahieren. Aufgrund der Komplikationen bei der Isolierung von Zellen aus der Matrix, der hypozellulären Natur der Sehne11 und der relativ niedrigen RNA-Anzahl ist die Sehne ein schwer zu analysierendes Gewebe.
In diesem Artikel stellen wir eine Methode zur Optimierung neuartiger in situ Hybridisierungsassays vor, um sie für Sehnen zu nutzen, indem wir Methoden zur Gewebepräparation, Permeabilisierung und Sondendesign bereitstellen. In Verbindung mit bestehenden Sequenzierungstechnologien kann dies Forschern helfen, Sehnensubpopulationen über sich entwickelnde, adulte oder verletzte Sehnen hinweg räumlich zu charakterisieren und dabei die Sensitivität und Spezifität des Assays zu erhöhen.
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Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit dem Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) und den AAALAC-Richtlinien durchgeführt. Die Experimente wurden nach dem genehmigten Protokoll #2013N000062 am Massachusetts General Hospital durchgeführt. In dieser Studie wurden C57BL/J6-Mäuse (5 Wochen alt und P0) verwendet. In der Materialtabelle finden Sie Einzelheiten zu allen Materialien, Reagenzien und Instrumenten, die in diesem Protokoll verwendet werden.
1. Probenvorbereitung und -fixierung
2. Adaption des RNAscope-Protokolls (kommerzialisiertes ISH)14
3. Anpassung des HCR ISH-Protokolls15
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Abbildung 1: Poly-A-RNA-Expression in der Achillessehne adulter Mäuse mit RNAScope. Repräsentatives Bild der erfolgreichen Poly-A-Markierung in der Achillessehne der Maus (linkes Bild) unter Verwendung des kommerzialisierten ISH-Assays. Die Kolokalisierung mit DAPI bestätigt die Spezifität der Sonde (mittleres und rechtes Feld) und ermöglicht die K...
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In diesem Artikel beschreiben wir Modifikationen, die vorgenommen wurden, um bestehende ISH-Werkzeuge so zu nutzen, dass sie mit einem hohen Maß an Spezifität und Sensitivität im Sehnengewebe eingesetzt werden können. Da es sich bei der Sehne um ein Gewebe mit hoher Matrixdichte handelt, müssen häufig Protokollanpassungen vorgenommen werden, um einen ähnlichen Grad an Sondenpenetration und Spezifität zu erreichen. Diese spezifischen Permeabilisierungsmethoden und Signalverstärkungsstrate...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Die Autoren danken Jenna Galloway und den Mitgliedern des Galloway Lab für ihre Unterstützung und Ermutigung bei der Entwicklung und Fehlerbehebung dieser Protokolle.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 1 M Triethanolamin-Puffer | |||
| 10% Formalinlösung | |||
| 10% Tween-20 | |||
| 20x Kochsalzlösung Natriumcitrat Puffer | |||
| 4% PFA | |||
| ACD RNAscope Fluoreszierendes Multiplex-Fluoreszenz-Reagenzkit V2 | ACD | 323100 | |
| Essigsäure Anhydrid | |||
| Axio Imager Mikroskop | ZEISS | ||
| C57BL/J6 Mäuse | JAX-ID: 000664 | ||
| Deckgläser | Fisher | 12-541-042 | |
| ddH2O | |||
| ETDA | Thermofisher | AM9262 | |
| EtOH | |||
| Glukose | VWR Chemicals BDH | BDH9230-500G | |
| HCR RNA-FISH Bundle | Molecular Instruments Inc. | ||
| HybEZ II Hybridisierungssystem | ACD | ||
| Immedge Barrier Pen | Vector Laboratories | H4000 | |
| Leica SPE Konfokales Mikroskop | Leica | ||
| Parafilm | Fisher | ||
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS, 1x) | Invitrogen | AM9625 | 10x PBS in Milli-Q-Wasser verdünnen, um 1x Lösung zu erhalten |
| Protease IV | |||
| Proteinase K | Roche | 3115836001 | |
| RNAscope H2O2 und Protease-Reagenzien | ACD | PN 322381 | im ACD RNAscope Fluoreszierendes Multiplex-Fluoreszenz-Reagenzien-Kit enthalten V3 |
| RNAscope Multiplex-Fluoreszenz-Detektionskit | ACD | PN 323110 | Enthalten im ACD RNAscope Fluoreszierendes Multiplex-Fluoreszenz-Reagenzien-Kit V2 |
| RNAscope Target Retrieval-Reagenzien | ACD | 322000 | Enthalten im ACD RNAscope Fluoreszierendes Multiplex-Fluoreszenz-Reagenzkit V4 |
| RNAscope Wash Buffer | ACD | PN 310091 | Enthalten im ACD RNAscope Fluoreszierendes Multiplex-Fluoreszenz-Reagenzien-Kit V5 |
| RNAscope Sonde Verdünnungsmittel | ACD | 300041 | |
| Objektträgerhalter | StatLab | 4465A | |
| Färbeschale mit Deckel | StatLab | LWS20WH | |
| Superfrost Plus Objektträger | Fisher | 1255015 | behandelte, geladene Objektträger |
| Tris-HCl | |||
| Xylol | Sigma-Aldrich | 534056-4L |
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