このプロトコルは、N-メチル-N-ニトロソウレアの腹腔内注射後の網膜の病理学的変化とアポトーシスを検出するための、ラット網膜サンプリングおよびヘマトキシリン-エオシン染色、TUNELアッセイ、およびウェスタンブロットの利用手順を説明しています。
方法論記事
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このプロトコルは、N-メチル-N-ニトロソウレアの腹腔内注射後の網膜の病理学的変化とアポトーシスを検出するための、ラット網膜サンプリングおよびヘマトキシリン-エオシン染色、TUNELアッセイ、およびウェスタンブロットの利用手順を説明しています。
網膜症は、ほとんどの眼疾患および糖尿病の晩期合併症で観察できます。特定の色素上皮細胞と視神経細胞の損傷と変性が網膜症の主な特徴です。多くの伝統医学は、網膜症の治療において実質的な臨床効果を示しています。網膜を迅速かつ完全に取得する方法は、網膜症の治療のための伝統医学研究における重要なステップです。この研究では、N-メチル-N-ニトロソウレア (MNU) 誘発ラットの網膜損傷のサンプリングと病理学的変化のマルチインデックス評価のための標準化された運動可能な手順を提供することを目指しています。ラットに60 mg/kg MNUを腹腔内注射して網膜損傷を誘発し、7日後に網膜サンプルを採取した。さらに、網膜の病理学的変化を評価するためにヘマトキシリン-エオシン染色を行いました。TUNELおよびウェスタンブロットによるアポトーシス速度およびアポトーシスタンパク質の測定。網膜サンプリングと病理学的変化の評価のためのこれらの標準化されたプロトコルは、網膜症のメカニズムの探求と新規で効果的な伝統的なハーブの発見を促進するのに役立ちます。
網膜色素変性症(RP)は、遺伝性の失明を伴う網膜疾患です1。RPの発生率は1/3500から1/5000の間で、世界の約250万人の視覚機能に影響を及ぼしています。ヒトの視覚障害につながる疾患として最もよく知られており、社会全体に大きな負担を強いています2。この疾患は、網膜色素上皮細胞の機能が徐々に失われ、光受容体の進行性アポトーシスを特徴としています。初期段階では、患者は夜盲症を経験し、それが末梢視野欠損として現れ、最終的には中心視力の喪失につながります3。したがって、網膜光受容体アポトーシスの阻害は、RPの予防と治療のポイントカットです。
網膜細胞のアポトーシスは、ヒトRPおよびモデル動物に共通する特徴です4。ラットに 60 mg/kg N-メチル-N-ニトロソウレア (MNU) を 7 日間腹腔内注射すると、アポトーシスと網膜光受容体細胞の喪失が誘発され、RP 5,6 の一般的に使用される動物モデルです。モデル動物における網膜組織の病理学的構造、特異的細胞アポトーシス、およびアポトーシス関連タンパク質発現の変化を解析することは、ヒトRPおよびスクリーニング薬物の病因を研究する上で効果的な実験データと理論的支持を提供することができる7,8。したがって、網膜標本の品質は実験データの信頼性を決定します。しかし、眼組織の特殊性のために、ラット網膜9を得る方法に関する報告は非常に少ない。
この論文では、上記の欠点を克服するために、ラットの網膜サンプリングのためのシンプルで高速、標準化された、操作可能な手順を提供します。ヘマトキシリン-エオシン染色(HE)、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ媒介デオキシウリジン三リン酸-ジゴキシゲニンニックエンド標識(TUNEL)染色、およびウェスタンブロットを使用して、ラットの網膜組織損傷とアポトーシスの病理学的変化を解析します。すべての方法は、特定の運用プロセスに関する私たちの研究グループの経験から導き出されています。
すべてのプロトコルと外科的処置は、寧夏医科大学の倫理委員会によって承認されました(倫理番号:NO.2020-Q066)。7〜8週齢、体重200〜220 gのSPF Sprauge-Dawley(SD)雄ラットを、寧夏医科大学から動物免許番号SCXK(Ning)2020-0001で購入しました。すべての動物は寧夏回族自治区医科大学の実験動物センターで飼育されました。温度と湿度は適切で、昼夜の光サイクルは維持され、食料と水は無料で十分でした。
1. 術前準備
2. タンパク質因子検出のためのレチナールサンプリング
3. 病理検査および特異的細胞染色のためのレチナールサンプリング
4. ラット網膜のHE染色
5. TUNEL法による網膜視細胞のアポトーシス率の測定
6. ウェスタンブロット解析 10
7. 統計解析
HE染色後、対照群のラットのすべての網膜層は、明確な組織構造、整然とした細胞配置、および均一な染色を示しましたが、モデル群のラットの網膜構造は著しく損傷を受け、外側の網膜層はより薄く、外側の核層は内側のコア層とほぼ完全に統合され、層内の細胞の配置は非常に無秩序でした。 細胞層の数が大幅に減少し、感光性細胞層と外側核層の厚さが大幅に薄くなりました。対照群およびモデル群における外側網膜層の厚さは、それぞれ48%および23%であった(p < 0.01; 図 2)。
TUNEL法では、対照群ではアポトーシス細胞は検出されませんでしたが、モデル群ではラットの外核層にアポトーシス細胞が一部存在し(p < 0.01)、TUNEL陽性率は9.6%でした(図3)。
タンパク質のカスパーゼファミリーは、アポトーシスを実行する主要なファミリーの1つです。その中でも、切断されたカスパーゼ3、切断されたカスパーゼ7、および切断されたカスパーゼ9は、細胞のアポトーシス7を評価するために用いられる古典的な指標である。ウェスタンブロットの結果は、対照群と比較して、モデル群の網膜における切断カスパーゼ3、切断カスパーゼ7、および切断カスパーゼ9の発現が有意に増加したことを示しました(p<0.01; 図4)。このことは、MNUが網膜に細胞アポトーシスを明らかに引き起こす可能性があることを示しました。

図1:実験ワークフロー。 MNUの腹腔内注射を7日間(7d)行った後、HEおよびTUNEL染色のために麻酔ラットの網膜を得た。略語:MNU = N-メチル-N-ニトロソ尿素;HE = ヘマトキシリン-エオシン;TUNEL = 末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ媒介性デオキシウリジン三リン酸-ジゴキシゲニンニックエンド標識。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:MNU注射後7日目の代表的な病理組織学的HE染色画像 (A)MNU投与後7日目(7d)のHE染色。(B)外側網膜比。データは平均± SD(n=6)で表されます。観測値の統計分析は、一元配置分散分析を使用して実行されました。** P < 0.01 対コントロール。略語:GCL =神経節細胞層;IPL =内側のプレキシフォーム層;INL = カーネル層;OPL =外側のプレキシフォーム層;ONL =外側の核層;PRL =光受容体層;MNU = N-メチル-N-ニトロソ尿素;HE = ヘマトキシリン-エオシン。n = 6 です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:TUNELアッセイは、ラットのMNUによって誘導される光受容体のアポトーシスを示しています。 (A)MNU注射の7日後(7d)に、MNUで治療したラットのONLにTUNEL陽性細胞(緑)が提示されました。(B)TUNEL-ポジティブ比。データは平均± SD(n=6)で表されます。観測値の統計分析は、一元配置分散分析を使用して実行されました。** P < 0.01 対コントロール。略語:GCL =神経節細胞層;IPL =内側のプレキシフォーム層;INL = カーネル層;OPL =外側のプレキシフォーム層;ONL =外側の核層;PRL =光受容体層;MNU = N-メチル-N-ニトロソ尿素;TUNEL = 末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ媒介性デオキシウリジン三リン酸-ジゴキシゲニンニックエンド標識。n = 6 です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:MNU注射後7日目のラット網膜における切断されたカスパーゼ3、切断されたカスパーゼ7、および切断されたカスパーゼ9の発現。(B)切断されたカスパーゼ3/β-アクチンの比率。(C)切断されたカスパーゼ7/β-アクチンの比率。(D)切断されたカスパーゼ9/β-アクチンの比率。データは平均± SD(n=6)で表されます。観測値の統計分析は、一元配置分散分析を使用して実行されました。** P < 0.01 対コントロール。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
RPは、診療所でよく見られる網膜疾患です。RPの発症、重症度、および進行は、遺伝子と遺伝的様式に関連しており、環境の影響を受けます8,11。RPには家族性RPと時折のRPが含まれ、そのうち家族性RPは患者の約60%を占めています。家族の遺伝歴をたどることで、これまでにRPに関連する遺伝子が83個同定されていますが、たまにRPが発生する遺伝子は約40%を占めており、家族歴がなく、遺伝的パターンが不規則であることを意味します2。網膜視細胞のアポトーシスは、RP患者の視覚機能の喪失を引き起こす一般的な認識ですが、RPの視細胞死の根本的なメカニズムは不明のままです12,13,14。主に硝子体切除術中に得られるヒト網膜組織へのアクセスが限られているため、モデル動物からの網膜組織の抽出は、RP14,15の基礎研究において依然として一般的な方法です。
網膜は、眼球の内層に位置する透明な膜であり、内側に硝子体腔があり、脈絡膜が外側に近接しています。網膜は、前面の鋸歯状の縁から始まり、背面の視神経乳頭で終わります。これは、ビジョン形成16の初期部分である。モデル動物のレチナール検体は、主にレチナールPCR解析、ウェスタンブロット検出、病理組織構造観察、免疫組織化学染色、免疫蛍光検査、微小血管密度評価、細胞単離、培養などに用いられる17,18。異なるテストインデックスの網膜サンプリングの要件は異なります。モデル動物におけるタンパク質因子検出のためのレチナールサンプリングとパラフィン包埋切片のレチナールサンプリングは、RP8の薬物スクリーニングのための一般的な操作技術です。しかし、モデル動物の眼球は非常に微細で複雑な構造であるため、眼の干渉組織を除去して網膜標本を得るプロセスは複雑です。サンプリングプロセス中に、網膜組織の喪失、汚染、タンパク質の分解、および網膜剥離が発生する可能性があります。これらの要因は、レチナールタンパク質抽出の質と量、切片染色の影響、実験インジケーターの検出結果に影響を与えます。したがって、適切な網膜サンプリング手順が必要です。
モデル動物における網膜採取の技術を向上させるためには、複合体を単純化し、収穫の重要なリンクを把握することが重要です。網膜の迅速な曝露と可能な限りの網膜の完全な除去は、モデルラットにおけるタンパク質因子検出のための網膜サンプリングの重要なステップです。この研究では、サンプリング時間を節約するために、麻酔直後に眼球を抽出しました。網膜を露出させるコツは、アイカップを1.5mLのチューブにひっくり返すことですが、これは費用対効果が高く実用的で、強膜壁から網膜を完全に剥がすことができました。この操作手順は、シンプルで、迅速で、コストを節約し、実験要員の操作練習に役立つため、5分で完了できます。病理学的検査や特異的な細胞染色のためのレチナールサンプリングのプロセスでは、網膜の鮮度と構造的完全性を維持することが、高品質な染色を得るための重要なステップです。左心房からホルムアルデヒドを灌流し、次いで網膜を採取することは、研究者がよく用いる方法の一つであるが、時間がかかり、ホルムアルデヒドは悪臭を放ち、オペレーターに不快感をもたらす19。 この研究では、眼球の周囲の組織は、麻酔後にその完全性を維持するためにリングに分離されます。視神経を切断して保持した後、眼球の後極で視神経の周りの組織を分離し、眼球を取り出します。眼球のさまざまな部分が視神経で正確に位置付けられました。最後に、目の内容物の支持を得て、切開を行い、角膜をリング状に切断し、水晶体と硝子体を剥がし、視神経をつなぐアイカップを得ました(網膜はアイカップ内の強膜壁にあります)。このプロセスでは、網膜の完全性を維持するために、操作は穏やかであるべきです。この操作手順は、材料の収集速度を大幅に向上させるだけでなく、眼球の完全な正常な構造と形状を維持し、眼球を取り出した後、眼球のさまざまな部分に正確に配置することもできます。巧みな操作の後、操作は8分で完了することができます。上記のレチナールサンプリング法を用いることにより、当研究グループは比較的理想的なタンパク質因子検出結果、HE染色結果、TUNEL染色結果を得ました。
現在の網膜サンプリング法にはいくつかの利点がありますが、まだ改善が必要です。タンパク質因子検出のための網膜サンプリングの過程では、網膜を露出させた後、ピンセットを曲げることによる網膜撮影時に不完全な網膜解剖または喪失のリスクもあります。したがって、網膜解剖のためのツールを改善する必要があります。一方、病理学的検査や特異的な細胞染色のための網膜抽出の過程で、眼球を分離した後、水晶体と硝子体ストリッピングの過程で、眼球壁は眼からのサポートが失われて崩壊し、網膜ストリッピングを引き起こしやすくなります。したがって、操作は速く、穏やかで、適切な強度である必要があり、オペレーターは頻繁に練習する必要があります。したがって、RPに対する伝統医学の保護効果とメカニズムに関する研究をより大きく推進するために、私たちの網膜サンプリング手順はまだ改善する必要があります。
著者は何も開示していません。
この研究は、寧夏回族自治区高等教育局(NYG2022029)の科学研究プロジェクトの支援を受けました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アマシャムイメージ | ャーGE680 | ||
| 過硫酸アンモニウム | Boster Biological Technology Co.,Ltd | A8090 | |
| 分析天びん | メトラー・トレド | ME104E | |
| BCA タンパク質量子化キット | ケンゲンバイオテック。Co. Ltd | KGP902 | |
| cleaved caspase-3 antibody | Cell Signaling Technology | #9664 | |
| cleaved caspase-7 antibody | Cell Signaling Technology | #8438 | |
| cleaved caspase-9 antibody | Cell Signaling Technology | #9507 | |
| DeadEnd Fluorometric TUNEL System | Promega | G3250 | |
| Glycine | Boster Biological Technology Co.、Ltd | AR1200 | |
| ヤギ抗ウサギIgG H&L (HRP) | Bioss 抗体 | bs-80295G-HRP | |
| ヤギ血清 | Biosharp | BL210A | |
| High speed クラッシャー | Thermo Fisher Scientific | AG22331 | |
| Immobilon-P SQ トランスファーメンブレン | Merck Millipore.Ltd | ISEQ00010 | |
| Isoflurane | RWD Life Science | R510-22-10 | |
| Methanol | Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd | 20230108 | |
| マイクロプレートリーダー | Thermo Fisher 科学 | 1510 | |
| 顕微鏡 | オリンパス | IX73 | |
| 顕微鏡スライド | Citotest Labware Manufacturing Co., Ltd | 7105P-G | |
| ミニプロティアン テトラ | BIO-RAD | 1658001 | |
| N-メチル-N-ニトロソウレア | sigma-Aldrich | N4766–100G | |
| オーブン | 上海 Yuejin Medical Equipment Co., Ltd | DHG-8145 | |
| ページ プレソリューション (30%) | Doublehelix Biology Science and Technology Co.,Ltd | L3202A | |
| PageRuler Prestained Protein Ladder | Thermo Fisher Scientific | 26617 | |
| PBS buffer | Biosharp | G4202 | |
| SDS-PAGE Protein loading buffer (5&回;) | Beyotime Biotechnology | P0015 | |
| Skim 粉乳 | BioFroxx | 1172GR500 | |
| Sprague Dawley rats | Ningxia Medical University | SCXK (Ning) 2020-0001 | |
| TEMED& | nbsp;Boster Biological Technology Co.,Ltd | AR1165 | |
| 総タンパク質抽出キット | ケンゲンバイオテック。(株) | KGP2100 | |
| トランスブロットモジュール | BIO-RAD | 1703935 | |
| トリスベース | Boster Biological Technology Co.,Ltd | AR1162 | |
| セット | 常徳BKMAMバイオテクノロジー株式会社 | 130302027 | |
| β-actin | Cell Signaling Technology | #4970 |
