מוצג כאן פרוטוקול אימונוהיסטוכימיה מפורט כדי לזהות, לאמת ולמקד קספאזות רלוונטיות מבחינה תפקודית ברקמות מורכבות.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מוצג כאן פרוטוקול אימונוהיסטוכימיה מפורט כדי לזהות, לאמת ולמקד קספאזות רלוונטיות מבחינה תפקודית ברקמות מורכבות.
ידוע כי משפחת הקספאזות מתווכת מסלולים תאיים רבים מעבר למוות תאי, כולל התמיינות תאים, איתור נתיבים אקסונאליים והתפשטות. מאז זיהוי משפחת הפרוטאזות של מוות תאי, קיים חיפוש אחר כלים לזיהוי והרחבת תפקודם של בני משפחה ספציפיים במצבי התפתחות, בריאות וחולי. עם זאת, רבים מכלי הקספאזה הזמינים כיום באופן מסחרי, הנמצאים בשימוש נרחב, אינם ספציפיים לקספאזה הממוקדת. בדו"ח זה אנו מפרטים את הגישה שבה השתמשנו כדי לזהות, לאמת ולמקד את caspase-9 במערכת העצבים באמצעות מעכב חדשני וגישות גנטיות עם קריאות אימונוהיסטוכימיות. באופן ספציפי, השתמשנו ברקמה העצבית ברשתית כמודל כדי לזהות ולאמת את נוכחותם ותפקודם של קספאזות. גישה זו מאפשרת לחקור תפקודים ספציפיים של קספאז-9 אפופטוטיים ולא-אפופטוטיים מסוג התא, וניתן ליישם אותה על רקמות מורכבות אחרות ועל קספאזות מעניינות. הבנת התפקודים של קספאזות יכולה לסייע בהרחבת הידע הקיים בביולוגיה של התא, ויכולה גם להיות יתרון בזיהוי מטרות טיפוליות פוטנציאליות בשל מעורבותן במחלות.
הקספאזות הן משפחה של פרוטאזות המווסתות מוות התפתחותי של תאים, תגובות חיסוניות ומוות תאי סוטה במחלה 1,2. אמנם ידוע כי בני משפחת הקספאזה מושרים במגוון מחלות נוירודגנרטיביות, אך ההבנה איזה קספאז מניע פתולוגיה של מחלות מאתגרת יותר3. מחקרים כאלה דורשים כלים כדי לזהות, לאפיין ולאמת את תפקודם של בני משפחה קספאזיים בודדים. ניתוח הקספאזות האינדיבידואליות הרלוונטיות חשוב הן מבחינה מכניסטית והן מבחינה טיפולית, שכן בספרות יש מחקרים רבים המספקים עדות לתפקידים המגוונים של caspases 4,5. לכן, אם המטרה היא למקד קספאז במחלה לתועלת טיפולית, זה קריטי שיהיה מיקוד ספציפי של בני המשפחה הרלוונטיים. טכניקות מסורתיות לזיהוי רמות קספאז ברקמה כוללות כתם מערבי וגישות אנזימטיות ופלואורומטריות 3,6. עם זאת, אף אחד מהאמצעים הללו אינו מאפשר זיהוי ספציפי לתאים של רמות קספאזה, ובתרחישים מסוימים, לעתים קרובות לא ניתן לזהות קספאזות מבוקעות על ידי אמצעי ניתוח חלבונים מסורתיים. ידוע כי קספאזות יכולות למלא תפקידים אפופטוטיים ולא אפופטוטיים שונים באותה רקמה7, ולכן יש צורך באפיון זהיר של רמות הקספאז הספציפיות לתאים להבנה מדויקת של מסלולי התפתחות ומחלות.
מחקר זה מראה הפעלה ותפקוד של קספאז במודל של היפוקסיה-איסכמיה נוירו-וסקולרית - חסימת ורידים ברשתית (RVO)7,8. ברקמה מורכבת כמו הרשתית, ישנם מספר סוגי תאים שיכולים להיות מושפעים מההיפוקסיה-איסכמיה המושרה ב-RVO, כולל תאי גלייה, נוירונים וכלי דם7. ברשתית העכבר הבוגרת, יש מעט מאוד ביטוי של קספאזות הניכר ברקמה בריאה, כפי שנמדד על ידי אימונוהיסטוכימיה (IHC)7, אך זה לא המקרה במהלך התפתחות9 או במודלים של מחלת רשתית10,11. IHC היא טכניקה המבוססת היטב במחקר ביו-רפואי ואפשרה אימות של מחלות ומטרות פתולוגיות, זיהוי תפקידים חדשים באמצעות לוקליזציה מרחבית וכימות של חלבונים. במקרים בהם לא ניתן לזהות תוצרי קספאז שסועים על ידי כתם מערבי או ניתוח פלואורומטרי, וגם לא את מיקום התא הספציפי של קספאזות נפרדות או חקירה של מסלולי איתות קספאז באמצעות לוקליזציה, יש להשתמש ב- IHC.
על מנת לקבוע את הקספאזות הרלוונטיות מבחינה תפקודית ב-RVO, IHC שימש עם נוגדנים מאומתים עבור קספאזות וסמנים תאיים. המחקרים הקודמים שבוצעו במעבדה הראו כי caspase-9 הופעל במהירות במודל של שבץ איסכמי ועיכוב של caspase-9 עם מעכב ספציפי מאוד מוגן מפני תפקוד לקוי של נוירונים ומוות12. מכיוון שהרשתית היא חלק ממערכת העצבים המרכזית (CNS), היא משמשת כמערכת מודל לחקירה וחקירה נוספת של תפקידו של קספאז-9 בפציעות נוירו-וסקולריות13. לשם כך, נעשה שימוש במודל העכבר של RVO כדי לחקור את המיקום וההתפלגות הספציפיים לתא של caspase-9 ואת משמעותו בפגיעה נוירו-וסקולרית. RVO הוא גורם נפוץ לעיוורון בקרב מבוגרים עובדים הנובע מפגיעה בכלי הדם14. נמצא כי קספאז-9 התבטא באופן לא אפופטוטי בתאי אנדותל, אך לא בתאי עצב.
כרקמה, הרשתית יש את היתרון של להיות חזותית כמו שטוח, אשר מאפשר הערכה של רשתות כלי הדם, או כמו חתכים, אשר מדגיש את שכבות הרשתית העצבית. כימות ביטוי חלבון הקספאזה בחתכים מספק הקשר, לגביו קספאז עשוי להיות קריטי בקישוריות העצבית ברשתית ובתפקוד הראייה על ידי זיהוי לוקליזציה של הקספאזה ברשתית. לאחר זיהוי ואימות, מיקוד של caspase של עניין מושגת באמצעות מחיקה ספציפית לתא inducible של caspase מזוהה. עבור פניות טיפוליות פוטנציאליות, הרלוונטיות של הקספאזות המעניינות נבדקה באמצעות כלים ספציפיים כדי לעכב את הקספאזה המופעלת. עבור caspase-9 תא היה מעכב סלקטיבי מאוד 7,15, Pen1-XBIR3 שימש. לצורך דו"ח זה, נעשה שימוש בזן C57BL/6J זכרי בן חודשיים ובזן נוקאאוט אנדותל קספאז-9 הניתן לטמוקסיפן (iEC Casp9KO) עם רקע C57BL/6J. בעלי חיים אלה נחשפו למודל העכבר של RVO ו-C57BL/6J טופלו במעכב הסלקטיבי קספאז-9, Pen1-XBir3. ניתן ליישם את המתודולוגיה המתוארת על מודלים אחרים של מחלות במערכות המרכזיות וההיקפיות 7,15.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה תואם את הצהרת האגודה לחקר ראייה ועיניים (ARVO) לשימוש בבעלי חיים בחקר העיניים והראייה. ניסויים במכרסמים אושרו ונוטרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת קולומביה.
1. הכנת רקמת רשתית והקפאה
2. אימונוהיסטוכימיה
הערה: השתמש ברקמה קבועה בהקפאה לאימונוהיסטוכימיה כדי לשמור על מורפולוגיה של התא. בחר מקטעים ברמה של תמונות טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT) שנרכשו ב- vivo7. השתמש בשתי הסדרות הראשונות של שקופיות שנאספו מהקריוסטאט או מקטעים של 150 מיקרומטר לתוך רקמת הרשתית.
3. הדמיה קונפוקלית
4. כימות רמות הקספאזה
5. אישור גנטי של הרלוונטיות של תא האנדותל caspase-9
6. מיקוד קספאז-9 ב-RVO
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר מאפשר למשתמש לנתח ולכמת את רמות caspase-9 ברקמת הרשתית. בנוסף, הוא מציג כלים לזיהוי, אימות והתמקדות ספציפית במצעי קספאז-9 ובמורד הזרם. הצעדים המסוכמים מאפשרים ניתוח ניתן לכימות של רמות הקספאז והספציפיות התאית בפוטומיקרוגרפים פלואורסצנטיים. כל הנתונים מראים פוטומיקרוגרפים מייצגים וכימות של רמות הקספאז המצוינות ברשתית הכוללת, בתאי האנדותל ובנוירונים בחתכי רשתית P-RVO לא מנוצלים וחד-יומיים. חתך הרשתית מאפשר הדמיה של גרעיני הרשתית בשכבת הגנגליון הרשתית (RGL), בשכבה הגרעינית הפנימית (INL) ובשכבה הגרעינית החיצ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
קספזות הן משפחה מרובת חברים של פרוטאזות הנחקרות בצורה הטובה ביותר בשל תפקידן במוות של תאים ובדלקת; עם זאת, לאחרונה נחשפו מגוון פונקציות שאינן מוות עבור חלק מבני המשפחה 4,5. חלק גדול מהבנתנו את תפקוד הקספאז נגזר מעבודה בתרבית תאים ומנתונים הסקה ממחלות אנושיות. אמנם מעריכים כי קיימת אינדוקציה, הפעלה או השבתה חריגה של קספאזות במחלה, אך היה מאתגר לקבוע באופן פונקציונלי אם הקספאזות מניעות פתולוגיה של מחלות. כלים רבים המשמשים להערכת קספאזות ספציפיות מזהים בני משפחה מרו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים על האינטרסים המתחרים הבאים: ל- C.M.T. יש את בקשות הפטנט הבאות US20200164026, US20190142915, ו- US20150165061. ל-C.M.T. ול-S.S. יש בקשת פטנט בארה"ב 20140024597. ל-C.M.T., A.M.P. ול-M.I.A. יש בקשת פטנט US2020058683. ל-C.M.T. ול-Y.Y.J. יש בקשת פטנט WO2018013519. M.I.A ו- C.M.T רשומים כממציאים בבקשת פטנט WO/2020/223212 על ידי נאמני אוניברסיטת קולומביה בעיר ניו יורק. שאר המחברים מצהירים שאין אינטרסים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית עמיתי המחקר לתארים מתקדמים של הקרן הלאומית למדע (NSF-GRFP) מענק DGE - 1644869 והמכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (NINDS) של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH), פרס מספר F99NS124180 NIH NINDS גיוון מיוחד F99 (ל- CKCO), מכון העיניים הלאומי (NEI) 5T32EY013933 (ל- AMP), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (RO1 NS081333, R03 NS099920 ל-CMT), ומשרד ההגנה צבא/חיל האוויר (DURIP ל-CMT).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| anti-Caspase-7 488 | Novus Biologicals | NB-56529AF488 | שימוש ב-1:150 |
| אנטי-cl-Caspase-9 | איתות תאים | 9505-S | שימוש ב-1:800 |
| אנטי-CD31 | BD Pharmingen | 553370 | שימוש ב-1:50 |
| מיקרוסקופ דיסק מסתובב קונפוקלי | Biovision | ||
| FIJI 2.3.0 | קוד | ||
| פתוחFluormount G | Fisher | 50-187-88 | |
| מלקחיים | Roboz | RS-5015 | |
| iCasp9FL/FL X VECad-CreERT2 מעבדת עכברים | שנוצרה | ראה Avrutsky 2020 | |
| איזולקטין (594, 649) | וקטור | DL-1207 | שימוש בשעה 1:200 |
| קטמין הידרוכלוריד | הנרי שיין | NDC: 11695-0702-1 | |
| משאבת זלוף | מעבדת Masterflex | ||
| Pen1-XBir3 | שנוצרה | ראה Avrutsky 2020 | |
| Prism 9.1 | GraphPad | ||
| Tissue-Tek O.C.T. | פישר | 14-373-65 | |
| Vis-a-View 4.0 | Visitron Systems | ||
| Xylazine | Akorn | NDCL 59399-110-20 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה