Los modelos de ratón han sido fundamentales para impulsar el progreso en biología del desarrollo, ya que permiten comprender procesos del desarrollo humano relevantes in vivo gracias a la homología entre el desarrollo del ratón y el humano y a la posibilidad de modular la expresión génica mediante técnicas clave como Cre-LoxP o CRISPR/Cas91,2. Aproximadamente el 90 % de las regiones genómicas se conservan entre ratones y humanos3, y ambos comparten muchos procesos de desarrollo. Por ejemplo, tanto ratones como humanos siguen una cronología similar de embriogénesis, que incluye la formación de un cigoto que progresa hacia un blastocisto, seguido de la implantación y la gastrulación4. Además, el desarrollo de la mayoría de los órganos es similar entre ratones y humanos. Por ejemplo, tanto el corazón humano como el del ratón siguen una secuencia similar de plegamiento cardíaco, septación de aurículas y ventrículos, formación de válvulas y formación del tracto de salida para conformar un corazón de cuatro cámaras5. Por lo tanto, los corazones en desarrollo y completamente formados de ratón y humano presentan una similitud estructural significativa6,7.
Con el fin de investigar los procesos que ocurren en el desarrollo normal y patológico, se han desarrollado múltiples técnicas que permiten la visualización espacial de proteínas y transcritos clave. Dichas técnicas incluyen la tinción por inmunofluorescencia y la hibridación in situ de ARN.
La hibridación in situ de ARN fue descrita por primera vez por Gall y Pardue8 y por John, Brinstall y Jones en 19699, y por Buongiorno-Nardelli y Amaldi10 en 1970. Se utiliza para observar la expresión de transcritos en tejidos8. En resumen, se seleccionan sondas que contienen una secuencia complementaria de ARN al blanco deseado y se marcan con etiquetas para su detección. Dichas etiquetas incluyen marcas radiactivas, biotina o digoxigenina. Las muestras fijadas se permeabilizan para permitir la penetración de la sonda, y luego se hibrida la sonda con el tejido. Posteriormente, los tejidos pueden visualizarse directamente si están marcados radiactivamente, o las etiquetas pueden revelarse mediante anticuerpos conjugados a fosfatasa alcalina o a un colorante fluorescente. La hibridación in situ de ARN tiene la ventaja de poder teñir muestras en montaje completo para la localización tridimensional11. Sin embargo, generalmente está limitada por su capacidad de multiplexión a más de dos blancos, a menos que se utilicen técnicas optimizadas con aplicaciones muy específicas, o se emplee hibridación de ADN, como en el caso del M-FISH, que se utiliza para la marcación fluorescente de cromosomas12,13.
La inmunofluorescencia, desarrollada por primera vez en 1941 por Coons et al.14,15, es un método de detección de proteínas diana en muestras fijadas o congeladas. En resumen, las muestras se bloquean para reducir la unión no específica a áreas no diana del tejido. Luego, se incuba un anticuerpo primario específico para un antígeno diana con las muestras. Los anticuerpos primarios pueden estar directamente conjugados con un colorante o proteína fluorescente, o bien pueden ser reconocidos por un anticuerpo secundario conjugado con un fluoróforo que reconoce la especie en la que se generó el anticuerpo primario. La ventaja del uso de anticuerpos secundarios frente a anticuerpos primarios directamente conjugados es que la señal se amplifica, lo que aumenta la sensibilidad. Se pueden utilizar múltiples anticuerpos primarios generados en diferentes especies para detectar simultáneamente varios objetivos, empleando anticuerpos directamente conjugados o anticuerpos secundarios conjugados a fluoróforos con diferentes espectros de excitación y emisión.
Las técnicas tradicionales, como la hibridación in situ de ARN y la inmunofluorescencia, tienen limitaciones. Por lo general, la hibridación in situ de ARN permite únicamente la detección de un solo blanco en una muestra, por lo que el estudio de interacciones entre diferentes tipos celulares y vías resulta extremadamente limitado. Además, tradicionalmente la inmunofluorescencia se realiza en secciones de tejido y no en preparaciones completas (whole-mount), lo que limita la resolución espacial a 2D. Técnicas más recientes se han centrado en la detección multiplex de blancos en sistemas 3D. La optimización de los protocolos de inmunofluorescencia ha permitido aplicar esta técnica en preparaciones completas16. Asimismo, se han desarrollado técnicas que permiten la detección multiplex de transcritos mediante el uso de sondas marcadas con fluoróforos, de manera similar a la inmunofluorescencia.
RNAscope fue descrito por primera vez en 2012 por Wang et al. Se basa en la tecnología de hibridación in situ de ARN17, que permite la identificación espacial de transcritos en muestras fijadas. En resumen, las muestras fijadas se permeabilizan, lo que permite la infiltración de sondas diana que se unen a secuencias complementarias de transcritos. Las sondas de RNAscope tienen un «diseño doble Z» compuesto por una región específica de una secuencia de 18–25 pares de bases del ARN diana, una región cola que contiene 14 pares de bases y una región espaciadora que une dos «sondas Z». Las dos regiones cola juntas forman una región de 28 pb a la que se une un preamplificador. Los pares de sondas Z unidas se amplifican luego mediante la unión de una secuencia de amplificadores que se fijan a sitios en el preamplificador. Los amplificadores pueden dirigirse específicamente utilizando sondas marcadas con indicadores fluorescentes o peroxidasa de rábano picante (HRP). La idea del diseño doble Z de las sondas es evitar la amplificación de sondas no unidas, reduciendo así la amplificación no específica, mientras que el uso de múltiples amplificadores tiene como objetivo aumentar la sensibilidad. La ventaja de RNAscope frente a la hibridación in situ de ARN es la capacidad de multiplexar la detección de transcritos en una sola muestra mediante el uso de marcadores fluorescentes distintos para cada diana. RNAscope se ha utilizado ampliamente en secciones de muestras fijadas en formalina e incluidas en parafina, permitiendo la detección espacial de transcritos en 2D18. Estudios más recientes han descrito la tinción de RNAscope en montaje completo en embriones de ratón, permitiendo el análisis tridimensional de procesos clave del desarrollo19.
Aquí, describimos métodos optimizados para teñir embriones de ratón fijados de E8.5 y E9.5 en montaje completo utilizando tanto hibridación in situ con RNAscope como inmunofluorescencia. Este protocolo describe un método revisado para combinar inmunofluorescencia y RNAscope que resulta exitoso en embriones completos de E8.5/E9.5, permite añadir un canal adicional al tinción con RNAscope en montaje completo mediante la incorporación de un cuarto sonda de RNAscope combinada con el fluoróforo Opal 780, y detalla un método ampliamente aplicable para el análisis de embriones teñidos. Estos métodos pueden utilizarse para avanzar aún más en el conocimiento de procesos clave del desarrollo, como la migración celular y las vías de señalización, al permitir la visualización multiplexada de hasta cuatro dianas proteicas y de transcritos mediante tinción de inmunofluorescencia y RNAscope, así como el análisis cuantitativo tridimensional en embriones completos de ratón de E8.5/E9.5 durante el desarrollo.