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FISH a été utilisé pour la première fois chez la drosophile il y a plus de 40 ans pour cartographier les gènes sur les chromosomes polytènes1,2. Aujourd’hui, la FISH à molécule unique est l’étalon-or pour localiser et quantifier spatialement les transcrits de l’ARNm dans les tissus intacts 3. Cependant, en raison de problèmes d’intégrité de l’échantillon et de perte d’ARN, les techniques de FISH à molécule unique chez la drosophile ont été limitées à quelques gènes pouvant être analysés dans le même échantillon4,5,6,7. Alors que le développement récent du codage à barres (par exemple8,9,10) augmente le nombre de transcrits pouvant être détectés jusqu’à plusieurs centaines, même dans les tissus épais11,12), la mise en place de tels protocoles nécessite un investissement considérable en ressources, ce qui pourrait constituer un obstacle à la mise en œuvre. En effet, de nombreuses techniques inventives de transcriptomique spatiale ne se sont jamais répandues au-delà de leurs institutions d’origine13. Par conséquent, une méthode simple et relativement peu coûteuse pour détecter l’expression de dizaines de gènes dans le même cerveau intact faciliterait divers objectifs de recherche : validation du séquençage de l’ARN et des données de l’atlas cellulaire, cartographie des types de cellules moléculaires dans le SNC, quantification des différences de développement, de sexe ou d’espèce dans l’expression des gènes, ou mesure des changements dans l’expression des gènes induits par la grande variété de perturbations génétiques ou environnementales disponibles chez la drosophile.
La microscopie à expansion est une technique qui permet aux chercheurs d’observer les tissus à plus haute résolution en les dilatant dans un hydrogel gonflant14. EASI-FISH combine la microscopie à expansion et l’ARN FISH15, qui utilise la réaction en chaîne d’hybridation (HCR), une technique non enzymatique pour détecter la liaison de l’oligosonde 16. EASI-FISH a d’abord été développé comme une approche alternative à la FISH en tissu mince pour cartographier les modèles d’expression de dizaines de gènes dans des tranches de tissu épais (300 μm) de l’hypothalamus latéral de souris17. Cette méthode est idéale pour une application sur des cerveaux de mouches adultes, étant donné que ce tissu a une épaisseur inférieure à 300 μm, et qu’un prototype de protocole EASI-FISH a récemment été décrit 18. Ici, des cerveaux de drosophile disséqués et fixés sont intégrés dans un hydrogel gonflant, où l’ARNm et les protéines sont ancrés de manière covalente au polymère de gel avec les agents alkylants Melphalan-X et Acryloyl-X (Ac-X), respectivement. Après la digestion des protéines, qui permet l’expansion isotrope du cerveau, des oligosondes d’ADN spécifiques au gène sont hybridées à l’ARNm dans le tissu pour localiser les transcrits d’intérêt. Des épingles à cheveux d’ADN marquées par fluorescence sont ensuite ajoutées dans une deuxième étape d’hybridation. Plusieurs molécules d’épingle à cheveux polymérisent dans la réaction HCR pour former des polymères d’ADN métastables. Cela conduit à une amplification du signal pour les transcrits individuels, qui peuvent être détectés comme des points lumineux par feuillet de lumière ou par microscopie confocale.
L’ancrage covalent de l’ARNm et des protéines dans la matrice du gel et la digestion protéolytique des protéines après la formation du gel créent un environnement où les transcrits de l’ARNm sont relativement stables et potentiellement plus accessibles à la liaison à la sonde. La stabilité de l’ARNm et du gel permet plusieurs cycles de ré-sondage et d’imagerie, avec le stripping des sondes d’ADN et du produit HCR par incubation avec l’enzyme DNase1 entre les tours15,17. De plus, l’expansion de l’échantillon réduit l’autofluorescence et la diffusion de la lumière par désencombrement moléculaire et augmente efficacement la résolution de l’image14. Par conséquent, les transcrits individuels de l’ARNm peuvent être plus facilement résolus.
GFP soutient suffisamment la procédure pour rester détectable par fluorescence ou liaison d’anticorps post-expansion. Par conséquent, ce rapporteur peut être utilisé pour marquer et segmenter les types de cellules d’intérêt. En conjonction avec les nombreuses lignées de pilotes split-GAL4 spécifiques aux neurones disponibles (par exemple, 19,20), cela ouvre la possibilité d’obtenir une meilleure compréhension de l’identité moléculaire d’un type neuronal ou d’identifier des sous-types moléculaires qui ne peuvent pas être facilement distingués par leur anatomie.
Décrit ici est une version mise à jour du prototype du protocole EASI-FISH18 qui présente une excellente rétention de l’ARNm, l’élimination des difficultés techniques et une plus grande robustesse du gel. Les modifications comprennent l’augmentation de la concentration de PFA, l’abaissement de la température de fixation et la facilitation de la préparation des échantillons en montant les cerveaux avant l’incubation avec Melphalan-X et Ac-X. Ce protocole intègre également une nouvelle recette de gel pour augmenter la robustesse du gel, ce qui réduit efficacement les dommages causés au gel lors de nombreuses séries de FISH et d’imagerie. Ces modifications rendent le protocole plus simple à mettre en œuvre, réduisant à la fois le temps de traitement et l’utilisation de réactifs, et renforçant la confiance dans des résultats cohérents. Il est important de noter que la capacité de multiplexage est augmentée de sorte que des dizaines de gènes peuvent être étudiés dans le même cerveau sur une période de plusieurs mois. Ceci est illustré par les modèles d’expression de plusieurs gènes neuronaux dans le cerveau de la drosophile adulte à travers une gamme de niveaux d’expression.