Les modèles murins ont joué un rôle essentiel dans les progrès de la biologie du développement, permettant de comprendre in vivo des processus développementaux pertinents pour l'humain grâce à l'homologie entre le développement murin et humain et à la possibilité de moduler l'expression génique à l'aide de techniques clés telles que Cre-LoxP ou CRISPR/Cas91,2. Environ 90 % des régions génomiques sont conservées entre les souris et les humains3, et les souris partagent avec les humains de nombreux processus développementaux. Par exemple, les deux espèces suivent un calendrier embryonnaire similaire, incluant la formation d'un zygote qui évolue en blastocyste, suivi de l'implantation et de la gastrulation4. En outre, le développement de la majorité des organes est comparable entre les souris et les humains. Par exemple, le cœur humain et le cœur murin suivent une séquence similaire de repliement cardiaque, de septation des oreillettes et des ventricules, de formation des valves et de formation des voies d'éjection, aboutissant à un cœur tétracavitaire5. Ainsi, les cœurs murins en développement et complètement formés présentent une similarité structurelle importante avec ceux de l'humain6,7.
Afin d'étudier les processus qui se produisent lors du développement normal et pathologique, plusieurs techniques ont été mises au point, permettant de visualiser spatialement des protéines et des ARN messagers clés. Ces techniques comprennent la coloration par immunofluorescence et l'hybridation in situ d'ARN.
L'hybridation in situ d'ARN a été décrite pour la première fois par Gall et Pardue8 et par John, Brinstall et Jones, en 19699, puis par Buongiorno-Nardelli et Amaldi10 en 1970. Elle est utilisée pour analyser l'expression des transcrits dans les tissus8. De manière succincte, des sondes contenant une séquence d'ARN complémentaire de la cible recherchée sont sélectionnées et marquées à l'aide de marqueurs détectables. Ces marqueurs incluent des isotopes radioactifs, la biotine ou la digoxigénine. Les échantillons fixés sont rendus perméables afin de permettre la pénétration des sondes, puis les sondes sont hybridées au tissu. Les tissus peuvent ensuite être directement imagés s'ils sont marqués de façon radioactive, ou les marqueurs peuvent être visualisés à l'aide d'anticorps conjugués à une phosphatase alcaline ou à un colorant fluorescent. L'hybridation in situ d'ARN présente l'avantage de pouvoir marquer des échantillons entiers pour une localisation en 3D11. Toutefois, elle est généralement limitée par sa capacité de multiplexage à plus de deux cibles, sauf si des techniques optimisées aux applications très spécifiques sont utilisées, ou si une hybridation d'ADN est mise en œuvre, comme la M-FISH, qui sert à l'étiquetage fluorescent des chromosomes12,13.
L'immunofluorescence, initialement mise au point en 1941 par Coons et al.14,15, est une méthode de détection de protéines cibles dans des échantillons fixés ou congelés. Brièvement, les échantillons sont bloqués afin de réduire la liaison non spécifique aux zones non cibles du tissu. Ensuite, un anticorps primaire spécifique d'un antigène cible est incubé avec les échantillons. Les anticorps primaires peuvent être directement conjugués à un colorant ou une protéine fluorescente, ou bien être eux-mêmes détectés à l'aide d'un anticorps secondaire marqué par un fluorophore, dirigé contre l'espèce dans laquelle l'anticorps primaire a été produit. L'avantage de l'utilisation d'anticorps secondaires par rapport à des anticorps primaires directement conjugués réside dans l'amplification du signal, ce qui confère une sensibilité accrue. Plusieurs anticorps primaires provenant d'espèces différentes peuvent être utilisés simultanément pour détecter plusieurs cibles, en employant des anticorps directement conjugués ou des anticorps secondaires marqués par des fluorophores possédant des spectres d'excitation et d'émission distincts.
Les techniques traditionnelles telles que l'hybridation in situ d'ARN et l'immunofluorescence présentent des limites. Généralement, l'hybridation in situ d'ARN permet uniquement la détection d'une seule cible dans un échantillon, ce qui restreint fortement l'analyse des interactions entre différents types cellulaires et voies biologiques. En outre, l'immunofluorescence est traditionnellement réalisée sur des sections tissulaires plutôt que sur des préparations entières, ce qui limite la résolution spatiale à deux dimensions. Des techniques plus récentes se sont concentrées sur la détection multiplexée de cibles dans des systèmes tridimensionnels. L'optimisation des protocoles d'immunofluorescence a permis d'appliquer cette technique à des préparations entières16. Par ailleurs, des méthodes ont été développées pour permettre la détection multiplexée de transcrits à l'aide de sondes marquées fluorescentes, selon un principe similaire à celui de l'immunofluorescence.
La méthode RNAscope a été décrite pour la première fois en 2012 par Wang et al. Elle repose sur la technologie d'hybridation in situ d'ARN17, qui permet l'identification spatiale de transcrits dans des échantillons fixés. Brièvement, les échantillons fixés sont rendus perméables, ce qui permet l'infiltration de sondes cibles se liant à des séquences complémentaires des transcrits. Les sondes RNAscope possèdent une « conception en double Z » constituée d'une région spécifique à une séquence de 18 à 25 paires de bases de l'ARN cible, d'une région terminale contenant 14 paires de bases et d'une région intermédiaire reliant deux « sondes Z ». Ensemble, les deux régions terminales forment une région de 28 pb à laquelle se lie un pré-amplificateur. Les paires de sondes Z liées sont ensuite amplifiées par la liaison d'une série d'amplificateurs se fixant sur des sites du pré-amplificateur. Les amplificateurs peuvent être spécifiquement ciblés à l'aide de sondes marquées portant des marqueurs fluorescents ou de la peroxydase de raifort (HRP). Le principe de la conception en double Z des sondes vise à empêcher l'amplification de sondes non liées, réduisant ainsi l'amplification non spécifique, tandis que l'utilisation de plusieurs amplificateurs permet d'augmenter la sensibilité. L'avantage de RNAscope par rapport à l'hybridation in situ d'ARN réside dans la possibilité de détecter simultanément plusieurs transcrits dans un même échantillon en utilisant des marqueurs fluorescents distincts pour chaque cible. RNAscope a été largement utilisée sur des sections d'échantillons fixés au formol et incluses en paraffine, permettant la détection spatiale de transcrits en 2D18. Des études plus récentes ont décrit une coloration RNAscope en montage entier sur des embryons de souris, permettant une analyse tridimensionnelle de processus développementaux clés19.
Nous décrivons ici des méthodes optimisées de coloration d'embryons de souris fixes à E8,5 et E9,5 en montage entier, utilisant à la fois l'hybridation in situ RNAscope et l'immunofluorescence. Ce protocole présente une méthode révisée combinant l'immunofluorescence et le RNAscope, efficace pour les embryons entiers à E8,5/E9,5, permettant d'ajouter un canal supplémentaire à la coloration RNAscope en montage entier grâce à l'utilisation d'une quatrième sonde RNAscope associée au fluorophore Opal 780, et détaillant une méthode largement applicable pour l'analyse des embryons colorés. Ces méthodes peuvent être utilisées pour approfondir les connaissances sur des processus développementaux clés tels que la migration cellulaire et les voies de signalisation, en permettant une visualisation multiplexée jusqu'à 4 cibles protéiques et transcriptiques par coloration immunofluorescente et RNAscope, ainsi qu'une analyse quantitative en 3D sur des embryons de souris entiers à E8,5/E9,5 au cours du développement.