我々は、細胞分裂の2つの連続ラウンドを定量化するために、成体マウスの組織へのチミジン類似体(CldUとIDU)のシーケンシャル取り込みを検出するための戦略を導出している。この戦略は、細胞の寿命の長い組織の売上高は、発癌性形質転換、またはトランジット増幅細胞を検出するのに便利です。
方法論記事
* These authors contributed equally
我々は、細胞分裂の2つの連続ラウンドを定量化するために、成体マウスの組織へのチミジン類似体(CldUとIDU)のシーケンシャル取り込みを検出するための戦略を導出している。この戦略は、細胞の寿命の長い組織の売上高は、発癌性形質転換、またはトランジット増幅細胞を検出するのに便利です。
細胞分裂の正確な測定は、徐々に分裂細胞を分析する場合、ますます複雑になると、実験生物学の基本的な課題です。細胞分裂を検出するために確立された方法は、細胞培養、このようなカルボキシフルオレセインジ - aetateスクシンイミジルエステル(CFSE)、などki67やPCNAなどの細胞分裂促進抗原の免疫検出などの重要な染料の希釈、およびチミジン類似体の連続的な顕微鏡で直接可視化が含まれています。チミジン類似体はトリチウム化チミジン、ブロモデオキシウリジン(BrdU)、クロロデオキシウリジン(CldU)とヨードデオキシウリジン(IDU)のための免疫検出、およびエチニルウリジンのための化学的検出のためのラジオ検出など、さまざまな方法で検出することができます(EDU)。我々は、成体マウスの組織内に別のチミジン類似体のシーケンシャル取り込み(CldUとIDU)を検出するための戦略を導出している。本手法は、研究者が正確に細胞分裂の2つの連続ラウンドを定量化することができます。最適化する免疫染色のプロトコルによって我々のアプローチは、長時間にわたってマウスに投与する安全な飲料水を介して投与する非常に低用量のチミジンアナログを検出することができます。その結果、私たちの技術は非常に長命の組織において細胞のターンオーバーを検出するために使用することができます。最適なimmunofluoresent染色の結果は、膵臓、皮膚、腸、肝臓、副腎、精巣、卵巣、甲状腺、リンパ節、および脳を含む複数の組織型、で達成することができます。我々はまた、組織内で発癌性形質転換を識別するためにこの手法を適用している。我々は、さらにトランジット増幅細胞は組織の成長や更新に貢献かどうかを判断するためにこの手法を適用している。この意味で、チミジン類似体の連続投与は、組織の恒常性に関与する細胞の起源と生存を研究するための斬新なアプローチを表しています。
1。 CldUとIDUとラベリング組織
2。組織の収穫、固定、およびスライドの準備
3。脱水、透過処理、およびAntigen検索
4。一次と二次抗体
5。イメージングと解析
6。代表的な結果
私たちは、順番に即時犠牲に続く二週間、のために一週間してから、IDUのためCldUで6週齢の雌マウスのラベルが付いた。膵臓はCldU、IDU、およびインスリン(組織抗原)だけでなく、DAPIを検出するために染色した。島は、一様にインスリンで染色した。 CldU染色された核は、IDU染色された核(図2)とは異なるであった。膵島の外に多くの核がCldU IDU共同陽性(図2、右下、白矢印)でした。単一のインスリン陽性細胞はCldUとIDU(図2、右下、マゼンタの矢印)の両方のための核染色を持っていた。
マウス。マウスを用いた全ての実験は、フィラデルフィアの小児病院のIACUC委員のガイドラインに従って行った。女性B6.129 F1野生型マウスは、PMIニュートリションインターナショナル(Richmond.インディアナ州)からフィラデルフィアの小児病院で実験動物施設で収容されたタコ(ジャーマンタウン、ニューヨーク)、、及び飼育マウス国会5015から購入した。
戦略のラベル付け。 CldU最初の細胞分裂のイベント(このスキームでは緑色のマーク)とIDU(この方式では赤マーク)で2番目の細胞分裂を標識することにより、CldUとIDU(緑/赤)の両方との共同で標識された細胞におけるシーケンシャル細胞分裂の結果。
マウス内の膵臓の細胞のターンオーバーのチミジン標識法の代表的な結果。中央のランゲルハンス島とマウスの膵臓の免疫蛍光像。マウスは、即時の犠牲の前に飲料水で2週間後、1週間やIDUに対してCldUで注入した。プロトコルで説明されているように膵臓のサンプルが処理されました。異なる層との組み合わせで最大40倍の目標の画像は、カウントに適して表示されます。マージされた画像はDAPI(白)CldU(緑)、IDU(赤)、インスリンを(黄色)が含まれています。 (上段、左)DAPIとインスリン。 (右上)CldUとインスリン。 (下、左)IDUとインスリン。 (下、右)CldU、IDU、およびインスリン。スケールバー:100μmの。

図1。ラベリング戦略。 CldU最初の細胞分裂のイベント(このスキームでは緑色のマーク)とIDU(この方式では赤マーク)で2番目の細胞分裂を標識することにより、CldUとIDU(緑/赤)の両方との共同で標識された細胞におけるシーケンシャル細胞分裂の結果。

図2。マウス内の膵臓細胞のターンオーバーのチミジン標識の代表結果。中央のランゲルハンス島とマウスの膵臓の免疫蛍光像。マウスは、即時の犠牲の前に飲料水で2週間後、1週間やIDUに対してCldUで注入した。プロトコルで説明されているように膵臓のサンプルが処理されました。異なる層との組み合わせで最大40倍の目標の画像は、カウントに適して表示されます。マージされた画像はDAPI(白)CldU(緑)、IDU(赤)、インスリンを(黄色)が含まれています。 (上段、左)DAPIとインスリン。 (右上)CldUとインスリン。 (下、左)IDUとインスリン。 (下、右)CldU、IDU、およびインスリン。スケールバー:100μmの。
細胞のターンオーバーをラベリングするチミジンベースのアプローチに我々のアプローチは、生物医学研究において多くの潜在的なアプリケーションを持っています。これまでに、我々は、膵臓に集中しているが、我々はまた、細胞の皮膚のターンオーバー、腸、肝臓、副腎、腎臓、精巣、卵巣、甲状腺、リンパ節、造血、および脳1を調べるには、この戦略を適用している。細胞のターンオーバーは、組織から組織に変化するので、ラベルの戦略は、関心の臓器からの最も魅力的な情報を得るためにカスタマイズする必要があります。モリソンらは、1日各造血2をラベル付けするためのCldUとIDUを使用。クーンらは、再生させる心筋3で細胞分裂を検出するために各4日間CldUとIDUを使用してください。対照的に、我々は最高の動物の年齢1,4-6など、最小限の細胞の入れ替えに膵島within基底細胞のターンオーバー、組織にラベルを付けるために合計9ヶ月までCldUとIdUを使用しています。研究は組織の恒常性の中で細胞のターンオーバーを定義するための私達のラベリング方式の最も明らかな潜在的なアプリケーションです。しかし、我々の手法にはいくつかの他の潜在的なアプリケーションを持っています。例えば、我々はまた、最近増加複製の焦点領域が容易にCldUまたはIDU 5の増加取り込みによって識別することができる組織内の発癌性形質転換を、識別するためにこのテクニックを適用する。モリソンらは、造血幹細胞の挙動2を保持するラベルをテストするために各1日CldUとIDUを使用。我々はまた、トランジット増幅細胞が組織1の成長または更新に貢献するかどうかを判断するためにシーケンシャルチミジンのアナログのラベルを適用している。このアプリケーションではチミジンの類似体の連続投与は、組織の恒常性に関与する細胞の起源と生存を研究するための斬新なアプローチを表しています。
チミジン類似体は注意せずに使用すべきではない。合成チミジン類似体は、分裂細胞への潜在的な毒性を持って、それらを使用すると理論的に成長している動物の細胞のターンオーバーを損なう可能性があります。チミジン類似体は、がん患者のための放射線増感剤として使用されており、細胞のターンオーバーが遅くなることがあります。したがって、我々は慎重に関心を持つ組織の潜在的な毒性のために調査する研究者を強くお勧めします。例えば、Trumppらは、全身のBrdUは造血幹細胞が細胞周期7を入力するように強制することができますを見つける。例えば、ラターらは、高用量のチミジンの類似体は膵臓8を開発するに有毒であることを観察した。最近になってKineMedでHellersteinと同僚は、株式会社はBrdU投与が独自の重水標識法9を使用して16から25パーセントによって内膵島の増殖が遅くなることがわかった。 Hellersteinと同僚によって使用される全膵島の準備は合計膵島製剤の50%程度を構成することができる他の多くの内分泌および非内分泌細胞型を含んでいた。しかし、我々はBrdUのその長時間注入がki67式4により測定される、若い成体マウスのβ細胞の増殖には影響しない見つける。同様に、CldUとIDUの長期投与は、β細胞量の拡大1を損なうしていないようだ。さらに、β細胞の増殖速度は時間とほんの数時間(速度が同等の期間に正規化されている)のためにラベルが付いているマウスの長時間のBrdUで標識されたマウスとの間で等価です。一緒に、これらの結果は、マウスが安全にチミジン類似体の長期的な低用量投与に耐えることができることを示唆している。それでも、我々は、膵β細胞増殖のチミジン類似体による潜在的な毒性を除外することはできない。その結果、我々は、チミジン類似体をマウスにラベルを付ける際にコントロールを行う、などなどうまくやって他の研究を促す続ける。
シーケンシャルチミジンのアナログラベリングの私たちの技術は、落とし穴や技術的課題がないわけではない。その結果、コントロールのスライドは、特に重要です。私達は1から様々な組織で構成される制御スライドを生成している)のみCldUで標識されたマウスは、2)のみIDUで標識されたマウスは、3)を順次CldUし、IDUで標識されたマウスは、4)。 IDUとしCldUを持つ最初の順番に逆の順序で標識したマウス、、5)水だけで標識されたモックれているマウス。。 CldUとIDUとラベルに学習するときに、捜査官は常に関心の組織からのスライドの全5上記のセットとプロトコル全体を行うべきである。
CldUとIDUの間で若干の交差反応性は、両方のチミジン類似体で標識するために不幸が避けられない欠点です。 CldUとIDUは元々別の種(マウス、ラット)でのBrdUに対して誘導された抗血清との間の親和性の違いに基づいています。我々のプロトコルは、面倒な一方、そのような交差反応性を最小限に抑えるように設計されています。その結果、我々は、プロトコールのステップ(複数可)をスキップ考慮調査官の間で注意を促す。特に、我々は持っているマウスとラットの間に交差反応性である二次抗血清との問題が発生しました。これは完全にマウスとラットの間でクロス吸着されているジャクソンの抗血清を使用して最小化することができます。
我々は時折適切にチミジン取り込みを検出するために失敗する。このような場合では、試薬やステップが正常に機能していないかを判断するための陽性コントロールスライドを使用することは極めて重要です。困難は、一般的に抗血清、乾燥したスライド、または不十分な核膜透過性の悪いアリコートによるものです。私たちは正常にIDUと胚を開発するラベルを付けるために失敗している。したがって、すべての組織は、IDUへの透過性があります。
ダブルチミジンのアナログ表示のためCldUとIDUへの代替が地平線上にあります。 EDU(5 -エチニル-2 -デオキシウリジン)は、銅触媒のクリックケミストリー検出10,11用基板とすることができます。 EDUの検出方法は、DNA鎖の分離を必要とし、フローサイトメトリー12でこのような分析に非常に適していることはありません。 EDUは互換性がありますが、BrdUを10で反応を越えることはありません。 EDUは、膵β細胞13、腸管のL細胞14と表皮15を含む様々なマウス組織の細胞のターンオーバーを定量化するために使用されています。 EDUは、瞬間(500mgの1000ドル米国)でかなり高価です。それでも、エドゥ検出は、BrdUの検出10よりもはるかに敏感であることが表示されます。従って、それは代わりにCldUとIDUのEDUとBrdUを組み合わせることが経済的に可能かもしれません。また、このメソッドは、三重EDU、CldU、およびIDUに対してラベル付けマウスの細胞分裂の3つの異なるラウンドの検出を許可することがあります。
要約すると、シーケンシャルチミジンのアナログラベリングの私たちの技術は、細胞のターンオーバーを検出するための新しいアプローチです。我々は我々のアプローチは、より正確に細胞分裂を定量化するために他の科学者を可能に願って、そしてそれは組織の恒常性に新たなパラダイムを開くことを期待しています。
JDRF、NIH(R01 - DK081469)、ペンシルベニア州の連邦(再生医療助成4100043362の卓越性のためのセンター)、ダイムの月(バジルオコナースターター学者研究賞)、およびペンシルベニア州DERCパイロットの大学でサポートさと実現可能性の付与(DK19525)。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 5-クロロ-2'-デオキシウリジン (CldU) | MP Biomedicals | 0210547891 | |
| 5-ヨード-2'-デオキシウリジン (IdU) | MP Biomedicals | 0210035701 | |
| 4% パラホルムアルデヒド | USB Corp., Affymetrix | 19943 | |
| 10% 緩衝ホルマリン | Fisher Scientific | 23-427-098 | |
| キシレン | VWR international | EM-XX0060-4 | |
| 無水エタノール(組織学用) | Fisher Scientific | A405P-4 | |
| PBS、10X 粉末濃縮物 | Fisher Scientific | BP665-1 | |
| Triton –X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | |
| 塩酸 | VWR international | BDH3028-2.5LG | |
| donkey normal serum (正常ドンキー血清) | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
| マウス抗BrdU抗体 | BD Biosciences | 347580 | |
| ラット mab 抗BrdU抗体 | Accurate Chemical & Scientific Corporation | OBT0030 | |
| Cy2 ドンキー抗ラット抗体 | Jackson ImmunoResearch | 712-225-153 | Jackson社製の完全吸着二次抗体(交叉反応を最小限に抑制)。 |
| Cy5 ドンキー抗マウス抗体 | Jackson ImmunoResearch | 715-175-151 | 上記参照 |
| ガラスカバーガラス | Sigma-Aldrich | C9056-1CS | |
| YFPフィルター | Chroma Technology Corp. | 49003 ET EYFP | Cy2チャンネルにおける自家蛍光を低減 |
| Cy3フィルター | Chroma Technology Corp. | 49004 ET Cy3 | |
| Cy5フィルター | Chroma Technology Corp. | 49006 ET Cy5 | |
| ORCA ER 顕微鏡カメラ | Hamamatsu Corp. | C4742-95-12ER | フルオロフォアの高感度検出が可能 |
| ProLong Gold 退色防止剤 | Invitrogen | P36930 | Vectashieldは使用しないこと(シアニン色素に対して毒性があるため)。 |
このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト
許可をリクエスト