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FISH se utilizó por primera vez en Drosophila hace más de 40 años para mapear genes en cromosomas politeno1,2. Hoy en día, FISH de una sola molécula es el estándar de oro para localizar y cuantificar espacialmente las transcripciones de ARNm en tejido intacto3. Sin embargo, debido a problemas de integridad de la muestra y pérdida de ARN, las técnicas FISH de molécula única de montaje completo en Drosophila se han limitado a solo unos pocos genes que se pueden analizar en la misma muestra4,5,6,7. Si bien el reciente desarrollo de los códigos de barras (por ejemplo8,9,10) aumenta el número de transcripciones que se pueden detectar hasta varios cientos incluso en tejido grueso11,12, el establecimiento de tales protocolos requiere una inversión considerable de recursos, lo que podría ser un obstáculo para la implementación. De hecho, muchas técnicas transcriptómicas espaciales inventivas nunca se extendieron más allá de sus instituciones de origen13. Por lo tanto, un método sencillo y comparativamente barato para detectar la expresión de docenas de genes en el mismo cerebro intacto facilitaría varios objetivos de investigación: validación de la secuencia de ARN y datos de atlas celulares, mapeo de tipos de células moleculares en todo el SNC, cuantificación de las diferencias de desarrollo, sexo o especies específicas en la expresión génica, o medición de los cambios en la expresión génica inducidos por la gran variedad de perturbaciones genéticas o ambientales disponibles en Drosophila.
La microscopía de expansión es una técnica que permite a los investigadores observar tejidos a mayor resolución expandiéndolos en un hidrogel hinchable14. EASI-FISH combina la microscopía de expansión y el ARN FISH15, que utiliza la reacción en cadena de hibridación (HCR), una técnica no enzimática para detectar la unión de la sonda de oligonucleótidos16. EASI-FISH se desarrolló por primera vez como un enfoque alternativo a FISH de tejido fino para mapear patrones de expresión de docenas de genes en cortes de tejido gruesos (300 μm) de hipotálamo lateral de ratón17. Este método es ideal para su aplicación en cerebros de moscas adultas, dado que este tejido tiene menos de 300 μm de grosor, y recientemente se ha descrito un prototipo de protocolo EASI-FISH para moscas18. Aquí, los cerebros de Drosophila disecados y fijados se incrustan en un hidrogel hinchable, donde el ARNm y las proteínas se anclan covalentemente al polímero de gel con los agentes alquilantes Melfalán-X y Acriloil-X (Ac-X), respectivamente. Después de la digestión de proteínas, que permite la expansión isotrópica del cerebro, las sondas de oligonucleótidos de ADN específicas de genes se hibridan con el ARNm en el tejido para localizar las transcripciones de interés. A continuación, se añaden horquillas de ADN marcadas con fluorescencia en un segundo paso de hibridación. Múltiples moléculas de horquilla se polimerizan en la reacción HCR para formar polímeros de ADN metaestables. Esto conduce a una amplificación de la señal para transcripciones individuales, que pueden detectarse como puntos brillantes mediante microscopía de lámina de luz o confocal.
El anclaje covalente del ARNm y la proteína a la matriz de gel y la digestión proteolítica de las proteínas después de la formación del gel crean un entorno en el que las transcripciones de ARNm son relativamente estables y potencialmente más accesibles para la unión de sondas. La estabilidad del ARNm y el gel permite múltiples rondas de resondeo e imagen, con la extracción de las sondas de ADN y el producto HCR mediante incubación con la enzima DNasa1 entre rondas15,17. Además, la expansión de la muestra reduce la autofluorescencia y la dispersión de la luz por desagrupamiento molecular y aumenta efectivamente la resolución de la imagen14. Por lo tanto, las transcripciones individuales de ARNm se pueden resolver más fácilmente.
GFP sostiene el procedimiento lo suficiente como para seguir siendo detectable por fluorescencia o unión de anticuerpos post-expansión. Por lo tanto, este reportero se puede utilizar para marcar y segmentar los tipos de celdas de interés. Junto con las muchas líneas de controladores GAL4 divididos específicos de neuronas disponibles (por ejemplo, 19,20), esto abre la posibilidad de obtener más información sobre la identidad molecular de un tipo neuronal o identificar subtipos moleculares que no se pueden distinguir fácilmente por su anatomía.
Aquí se describe una versión actualizada del prototipo fly EASI-FISH protocol18 que presenta una excelente retención de ARNm, eliminación de dificultades técnicas y mayor robustez del gel. Las modificaciones incluyen el aumento de la concentración de PFA, la disminución de la temperatura de fijación y la facilitación de la preparación de la muestra mediante el montaje de los cerebros antes de la incubación con Melphalan-X y Ac-X. Este protocolo también incorpora una nueva receta de gel para aumentar la robustez del gel, lo que reduce eficazmente el daño del gel al realizar muchas rondas de FISH e imágenes. Estas modificaciones hacen que el protocolo sea más sencillo de realizar, lo que reduce tanto el tiempo de procesamiento como el uso de reactivos, y mejora la confianza en los resultados consistentes. Es importante destacar que la capacidad de multiplexación se incrementa de tal manera que se pueden investigar docenas de genes en el mismo cerebro durante un período de meses. Esto se ilustra mediante los patrones de expresión de varios genes neuronales en el cerebro adulto de Drosophila en una gama de niveles de expresión.