כאן אנו מתארים שיטה פשוטה לבידוד של תאי פני השטח של המעי הגס של עכברים מובחנים מרחבית מתאי בסיס הקריפטה הבסיסיים.
מאמר שיטה
כאן אנו מתארים שיטה פשוטה לבידוד של תאי פני השטח של המעי הגס של עכברים מובחנים מרחבית מתאי בסיס הקריפטה הבסיסיים.
רקמת רירית המעי הגס מספקת מחסום חיוני לאנטיגנים לומינליים. מחסום זה מורכב משכבה אחת של תאי אפיתל עמודים פשוטים. אפיתל המעי הגס מתהפך באופן דינמי ותאי אפיתל נוצרים בתאי הגזע המכילים קריפטות של ליברקון. תאי אב המיוצרים בבסיסי הקריפטה נודדים לעבר פני השטח הלומינליים, ועוברים תהליך של התמיינות תאית לפני שהם נשפכים ללומן המעי. על מנת לחקור תהליכים אלה ברמה המולקולרית, פיתחנו שיטה פשוטה למיקרו-דיסקציה של שני אזורים נפרדים מרחבית ברירית המעי הגס; אזור הקריפטה המתפשט, ותאי האפיתל של פני השטח המובחנים. מטרתנו היא לבודד קריפטות ספציפיות ואוכלוסיות תאי אפיתל על פני השטח מרירית המעי הגס של העכבר לבידוד RNA וחלבון.
בטנת אפיתל במעי הגס היא רקמת משובי מאוד, עם תאי גזע תושב חידוש הרקמות כל כמה ימים 1. תהליך זה של התחדשות דורש התחזוקה של תא בתאי גזע שגשוג. במשך זמן, תאי בת פיק החדש יאבדו פוטנציאל השגשוג ונודדים לעבר פני השטח luminal של המעי. ביחד עם הגירה, ותאים להתמיין enterocytes יוצרי מחסום בוגר או תאי גביע ייצור ריר. כישלון של תכנית בידול זה חשב לתרום להתפשר מחסום האפיתל כגון נצפה במחלת מעי דלקתית וסרטן מעי גס 2,3.
מחקר מפורט של התהליכים לעיל דורש מתודולוגיות לבידוד אוכלוסיות קריפטה-בסיס ותאי שטח. מספר שיטות קיימות, כל אחד עם יתרונות וחסרונות ייחודיים. שיטות קיימים לבידוד של תאי אפיתל במעי כוללות פרקסוכנים, מרומם רוח וניתוק מכאני, וכתוצאה מכך הבידוד של מאורות כל, גיליונות אפיתל, או תאים בודדים, תלויים ב4,5 תנאי ניסוי. אלה הם שיטות תשואה גבוהות, אך שינויים באיתות אינטר כבר דיווחו בתנאים אלה שלא יכולים לייצג את הסביבה המקומית 6,7. microdissection ללכוד לייזר מאפשר לאיסוף חומר שונה במרחב, אבל משיג תשואת 8,9 מולקולרי נמוכה. ברקמת מעי הגס אנושית, שיטות cryosectioning אופקיים סידוריים פותחו 10. עם זאת, רקמות הריריות עכברית הן להחריד קטנות לניכוס ישיר של טכניקה זו. בבני אדם, באורכי קריפטה מעיים (הרחוקים בין הכוך-הבסיס ותאי שטח) במעי הגס נע בין 100-1,000 ~ מיקרומטר 11. בעכברים, אורכי קריפטה הם בין 50-300 ~ מיקרומטר (ראו איור 1 א). הגודל הקטן של מאורות עכברי מציב אתגר לIsolation של שתי אוכלוסיות תאים אלה תוך שימוש בפרוטוקולים קיימים.
עכשיו אנו מתארים בעלות נמוכה, שיטת תשואה גבוהה לבידוד של קריפטה-בסיס ומשטח אוכלוסיית תאי אפיתל במעי הגס רקמה עכברית. רקמה שנקטפו באופן זה עשויה אז להיות מנותח על ידי מספר היישומים במורד הזרם סטנדרטיים, כוללים מכתים immunofluorescence, RT-PCR (תגובת שרשרת זמן-פולימראז ריאל) או מערבי סופג.
ניסויים בשימוש C57BL / 6 עכברים בין 10 ל 12 שבועות של גיל. כל נהלי שימוש בבעלי חיים היו נבדקו ואושרו על ידי ועדת אמורי האוניברסיטה המוסדית טיפול בבעלי חיים והשימוש ובוצעו על פי המכון הלאומי לבריאות בקריטריונים.
1. התקנה ניסיונית
2. Dissection של רקמות המעי הגס דיסטלי
3. רקמות הר על cryostat עבור חתך
קטעי רקמת מעי הגס עובדו להערכה היסטולוגית ו- H & E מכתים 13. צפה בחתך מסורתי של הרירית נראה באיור 2 א. אזורים בסל מכילים פנימית וחיצוני muscularis, מורכב בעיקר מmuscularis המעגלי. ימשיך לכיוון הלום, רירית muscularis ניכרה בסמוך לתאי האפיתל קריפטה-בסיס, תאי מעבר נמצאים באמצע של הרקמה, ובסופו אוכלוסיות תאי שטח, להתמודד לומן המעי. שיטת חתך הסידורי המתוארת כאן שומרת על נטייה כזו שmuscularis האורך והחוזר נתקל לראשונה (איור 2), ואחריו את רירית muscularis (איור 2 ג). שים לב למראה של תאי ביניים שאינם שריר בחלק השמאלי העליונה של התמונה. לניתוח במורד הזרם מתואר להלן, סעיפי שריר מבוטלים. הסעיפים הבאים מכילים תאי אפיתל ורקמת ביניים (propria lamina), החל בתאי קריפטה-הבסיס (איור 2 ד). שים לב להעדרו של לומן מרכזי ברוב מאורות, המופיעים כהה יותר בשל הגרעינים הצפופים. שכבות אלה מכילים תא השגשוג. תאי המעבר מופיעים כצפופים בלוטות עם לומן בולט מרכזי (2E איור). לבסוף, יש לי אוכלוסיות תאי שטח מבנה לא סדיר, עם אזורים של monolayer אפיתל נצפה en פנים (איור 2F).
סעיפים סידוריים כפי שתואר לעיל עשויים גם להיות מעובד לתיוג immunofluorescence ומיקרוסקופיה confocal (כפי שמתוארים כאן 14). איור 2G תערוכות מאורות מבודדים הקבועים וpermeabilized במתנול 100% ולאחר מכן מוכתמים לגרעינים (כחול) וחלבון צומת תאי תאי Zonula Occludens 1 (הסתדרות ציונית-1, ירוקה). בכיוון חתך המסורתי, תא קריפטה ומשטח ניתן לצפות בו זמנית (איור 2G ). שים לב שקווי כתם junctional ZO-1 לומן של קריפטה המעי הגס. בטנת Z0-1 זה של לומן גם ניתן לראות בדוגמאות מחולקים סידוריים של אוכלוסיות תאי מעבר, במרכז של הבלוטות עגולות (איור 2G). כתם ZO-1 משופר נראה באוכלוסיות תאי שטח (איור ט 2 וי).
גורמי בידול כמה ידועים להתבטא באופנת spatiotemporal לאורך ציר קריפטה-קרקע. זה כולל את הגורם כמו-Kruppel גורם שעתוק 4 (KLF4), אשר ידוע להיות מועשרים באוכלוסיות תאי שטח. שימוש בשיטות מסורתיות חתך, KLF4 נמצא בגרעינים של לומן מול אוכלוסיות תאי שטח (איור 2K). לפיכך, אנו מעריכים כי KLF4 mRNA יתבטא בעיקר באוכלוסיות תאי שטח. כדי לבדוק זאת, סעיפים סידוריים נאספו וקובצו לדגימות פני השטח, וכוך-בסיס מעבר. Subsequently, RNA היה לקצור באמצעות מיצוי Trizol סטנדרטי, עם טיהור נוספת על ידי טור RNeasy וטיפול DNAse. RNA נאסף מסעיפים 5 רצופים ונקווה, שהניבו בין 5-10 מיקרוגרם של RNA הכולל לדגימה. דגימות אלה אז היו נתונים בזמן אמת חצי כמותית PCR לשני KLF4 וגן התייחסות, חלבון TATA תיבה מחייבת 1 (TBP-1) (איור 2L) 14. כפי שניתן לראות באיור 2L, לאחר הנורמליזציה לTBP-1, תאי שטח נמצאו להביע עד 8 פעמים mRNA KLF4 שבאו לידי ביטוי בתאי קריפטה. כמו כן, רמות חלבון KLF4 נמצאו להציג רגולציה המרחבי לאורך ציר קריפטה-פני השטח. סעיפים סידוריים היו נקווים כמתואר לעיל ולאחר מכן מודגרות במאגר תמוגה במשך 20 דקות ב 4 מעלות צלזיוס. זה הניב בין 200-250 מיקרוגרם של חלבון לכל מדגם. דוגמאות אז היו נתונים ניתוח על ידי SDS-עמוד (איור 2M) 15. כפי שניתן לראות באיור 2M, עמ 'KLF4רמות rotein הן דרמטית גבוהות יותר באוכלוסיות תאי שטח. הממצאים לעיל מדגימים את היכולת של פרוטוקול זה לבודד את הכמויות גדולות של פני השטח ותאי אפיתל קריפטה מרירית המעי עכברית.

איור 1: (א) רירית מראה סכמטי עכברית מעי הגס ושכבות שרירים חיצוניות. השיטה שלנו שואפת לאסוף אוכלוסיות תאי תא השטח וקריפטה-בסיס דיסקרטיים על ידי cryosectioning הסידורי (10 מיקרומטר כל אחד). שכבות השרירים חיצוניות מבוטלים. גובה (B) קריפטה משתנה לאורכו של המעי הגס (מרחק בין שכבות קריפטה-בסיס ומשטח). נקודות הנתונים מצביעות על מדידות קריפטה בודדות וסימנים מצביעים על משכפל ביולוגי (n = 4). מגזרים (C) קולון נאספו, נחצה, והצמידו על צלחת סיליקון לנתח. רקמה (ד) segment כ 3 סנטימטר מהטבעת נלחץ בין לסכיני גילוח וקפוא בקרח יבש. רקמות (E) אז רכובים על בלוק אוקטובר-מפולס מראש. (F) cryosections יוסרו ובחינה חזותית.

איור 2:. נציגי נתונים () רקמת המעי הגס מוכתמת Hematoxylin-Eosin בחתך מראה את muscularis העגול (סנטימטר), רירית muscularis (מ"מ), תאי קריפטה-בסיס, תאי מעבר, ותאי שטח. (ב - ג) שכבות שרירים מעי הגס. (ד) תאי קריפטה-בסיס. שים לב להעדרו של לומן מרכזי. (ה) תאים מעבר. (F) תאי שטח. הכתמה (G) Immunofluorescence של מאורות מעי הגס מבודדים. ZO-1 (ירוק) וגרעינים (כחולים) הם נצפו בחתך. (HI) ZO-1 וצביעה בגרעין תאי מעבר ומשטח. תצוגה מוגדלת של מכתים ZO-1 (J). (K) KLF4 (ירוק) מועשר באוכלוסיות תאי שטח. בזמן אמת הערכת PCR של רמות KLF4 mRNA בין שלושה התאים (L). ניתוח כתם מערבי של רמות חלבון KLF4 באוכלוסיות תאים אלה (M).
המנגנונים המולקולריים המעורבים בהפצה הגס אפיתל תאים והתמיינות הם הבינו היטב. זה כולל פערים בהבנה של סביבת האיתות התאית של התא בתאי גזע בבסיס מאורות אפיתל במעי הגס שלנו. יש גם עניין גובר בתהליכים שבבסיס בידול האנתרוציט. לדוגמא, עלה הבנה של הבידול בvivo נדרשת כאמת מידה למחקרים שמטרתם לייצר במבחנה מערכות מעיים עיקריות 16.
ההליך שלעיל כולל מספר צעדים שדורשים תשומת לב נוספת. ראשית, הסרת הקצוות סביב קטע הרקמה הקפוא (כאמור בסעיף 3.2) נדרש כקצות רקמת התלתל במהלך נתיחה והקפאה. כישלון להעביר תוצאות קצוות אלה הוא אוכלוסייה מעורבת של תאי שטח ובסיס קריפטה. ההרכבה הרקמה באוקטובר לחסום מראש צונן, מפולס היא גם חיונית. Tהפרוטוקול שלו יכול להיות מותאם לאזורים אחרים של מעי גס דיסטלי על ידי שינוי מספר הסעיפים בכל בריכה. לדוגמא, כפי שמוצג באיור 1, אורך קריפטה רירית משתנה בין 150-300 מיקרומטר. לכן, כאשר לומדים את האזור שבין 4 ס"מ 6 סנטימטר מפי הטבעת, מספר סעיפים צריך להיות מוגבר בין 15 ל 30. חשוב לציין, פרוטוקול זה לא מומלץ למעי הגס הפרוקסימלי (7 ס"מ 9 סנטימטרים) בשל קפלים ( plicae obliquae) המשתרעת לתוך הלום שהופך אותו בלתי אפשרי לתאי שטח וקריפטה-בסיס נפרדים על ידי חתך סדרתי.
טכניקות חתך סידוריים שימשו ללמוד קריפטה-בסיס ומשטח אוכלוסיות תאי אפיתל בבני אדם. עם זאת, הפרוטוקול שלנו מוסיף צעדים נוספים הנדרשים בשל גודלו הקטן של רקמה עכברית. אנו מציעים כי בפרוטוקול לעיל יאפשר לחקירת קריפטה-בסיס ואוכלוסיית תאי אפיתל פני השטח במערכות עכבר גנטי צייתנית. ואכן, חלקים נקוו yieחלבון LD באיכות גבוהה וניתוח במורד הזרם המתאים RNA. יישומים עתידיים יכולים לכלול המחקר של מסלולי איתות תא או immunoprecipitation הכרומטין. עם זאת, יש לציין כי, כמו כמה מהשיטות חלופיות שתוארו לעיל, וכתוצאה מכך החלקים מכילים תערובת של תאי אפיתל propria lamina וביניים. לסיכום, הפרוטוקול המתואר כאן מספק שיטה מהירה, תשואה גבוהה לניתוח תהליכים מולקולריים באזורים במרחב המובהקים של רירית המעי עכברית.
למחברים אין מה לחשוף
נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (DK55679, ו-DK59888 ל-A.N.). מיקרוסקופיה משולבת של הדמיה תאית של אוניברסיטת אמורי מענק מרכז הסרטן המקיף של מכון הסרטן ווינשיפ, P30CA138292, ופרס פיתוח הקריירה של קרן קרוהן וקוליטיס של אמריקה ל-CTC ופרס מלגה ל-A.E.F.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Microtome | Leica Biosystems, Nussloch גרמניה | CM 1510-3 | |
| MyiQ גלאי PCR בזמן אמת | BioRad | ||
| LSM 510 | מיקרוסקופ קונפוקלי | Carl Zeiss | |
| OCT | Tissue-Tek, Sakura Finetek, Torrance CA | 4583 | |
| cryo-mold | Tissue-Tek, Sakura Finetek, Torrance CA | 4557 | 25mmx20mmx5mm |
| להב מיקרוטום בפרופיל גבוה | Leica Biosystems, Nussloch גרמניה | 818 | |
| GEM להבים תעשייתיים | סכיני גילוח בטיחות אמריקאים | 62-0314 | |
| בסיס אלסטומר סיליקון סילגארד | דאו קורנינג, מידלנד MI | 3097358 | |
| 27 1/2 גרם מחט | בקטון-דיקינסון, פרנקלין לייקס, ניו ג'רזי | 305109 | פינים לדיסקציה |
| TRizol | Life Technologies | 15596018 | |
| Rneasy | Qiagen | 74104 | |
| DNAse | Qiagen | 79254 | |
| נוגדן ZO-1 | Invitrogen | 187430 | |
| נוגדן KLF4 | איתות תאים | 4038S | |
| נוגדן mGAPDH | Sigma | G8795 | |
| נוגדן משני אלקסה מצומד | Invitrogen | A11034 | 488 נוגדן נגד ארנב |
| מצומד HRP משני | ג'קסון | 111/115-001-003 | ארנב/עכבר |
| Topro-3 | Invitrogen | T3605 | |
| HANKs מאגר מלח מאוזן | Life Technologies | 14025092 | |
| RIPA מאגר | 50mM Tris-HCl pH 7.4 150mM NaCl 1% NP40 0.25% Na-deoxycholate | ||
| פריימר TBP | |||
| פריימר TBP | |||
| פריימר KLF4 | 3'TGTGACTATGCAGGCTGTGGCAAA | ||
| פריימר KLF4 | 5'ACAGTGGTAAGGTTTCTCCCCTGT |