従来の in situ ハイブリダイゼーションでは、複雑な構造、高い背景、プローブ特異性の制限、感度のため、頭蓋顔面組織のmRNAを可視化するのに苦労しています。本プロトコルは、FFPEマウス胚頭蓋顔面組織における複数のmRNA標的を感度かつ特異的に検出するための多重蛍光RNA のin situ ハイブリダイゼーション法を記述し、従来の制限を克服します。
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従来の in situ ハイブリダイゼーションでは、複雑な構造、高い背景、プローブ特異性の制限、感度のため、頭蓋顔面組織のmRNAを可視化するのに苦労しています。本プロトコルは、FFPEマウス胚頭蓋顔面組織における複数のmRNA標的を感度かつ特異的に検出するための多重蛍光RNA のin situ ハイブリダイゼーション法を記述し、従来の制限を克服します。
頭蓋顔面の発達は、多様な専門化された細胞集団が複雑な組織構造内で相互作用し、正常な組織構造と機能を形成・維持する協調的な活動に依存しています。これらの細胞が互いに、また局所的な微小環境とどのようにコミュニケーションを取っているかを理解することは、その形成と恒常性を調節する分子メカニズムを定義するために不可欠です。これらのプロセスの障害は、単独または症候群性疾患の一部として、歯の無形成、口蓋裂、唇裂などの先天性頭蓋顔面疾患を引き起こすことがあります。RT-PCRのような定量的技術は高い感度とダイナミックレンジを提供しますが、均質化された組織からRNAを抽出する必要があり、空間的・細胞的な文脈が失われます。これは特に転写産物の細胞起源が解明できない異質な頭蓋顔面組織にとって重要な制約です。マルチプレックス蛍光RNA のin situ ハイブリダイゼーションは、組織構造を維持しつつ複数のmRNA転写体を感度かつ特異的に検出することで、この制約を克服します。この高度なアプローチにより、細胞レベルでの遺伝子発現の正確な局在化が可能となり、頭蓋顔面生物学における発生過程や疾患メカニズムの空間的調節について貴重な洞察を提供します。
リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応(RT-PCR)は、その高い感度と広いダイナミックレンジにより、遺伝子発現解析のゴールドスタンダードとされています。しかし、均質化された組織からRNAを抽出する必要があるため、空間的および細胞的な文脈が失われます。この制限は特に胚発生期の頭蓋顔面組織のような異質な組織で問題であり、検出された転写本の細胞源が解明できないためです。RNA インシチュ ハイブリダイゼーション(ISH)は、1968年にジョセフ・ギャルとメアリー・ルー・パーデューによって開拓された技術であり、この制約を克服し、完全な組織構造内でmRNA発現を局在させることを可能にします。それにもかかわらず、従来のRNA ISHは技術的に要求が高く、RNAの完全性を保つために最適な組織固定とサンプル準備に大きく依存します。これらの課題は、強力な化学物質や長時間の処理を伴う脱石灰処理を必要とする高度に石灰化組織でさらに悪化し、RNAの劣化を引き起こします。したがって、複雑な細胞タイプの混合からなる頭蓋顔面組織のRNA ISHは、慎重な最適化と技術的専門知識を必要とし、時間がかかり、最適でない染色のリスクも大きいです。mRNA発現の可視化は、非常に複雑な構造と組成を持つ歯組織でさらに顕著です。歯はエナメル質、象牙質、セメント質、周囲の骨などの鉱物化成分に加え、歯髄や歯周靭帯などの柔らかい組織で構成されています。これらの組織には、歯の発達に重要な役割を果たす多様な細胞タイプが存在します。これらの機能は信頼性の高い信号検出を確保するために慎重な標準化が必要です。その結果、このプロトコルは歯の形成の発生期および出生後の段階における遺伝子発現の調査に特に適しています。
空間RNA検出には、プローブを用いた増幅RNAFISH 5,6,7,8,9、ハイブリダイゼーション連鎖反応FISH 6、単一分子RNA FISH10、交換反応によるシグナル増幅FISH 5、MERFISH11やseqFISH12のような高多重化FISHプラットフォームなど、空間RNA検出のための多重蛍光ハイブリダイゼーション(FISH)技術が存在します。13. これらの中で、多重蛍光RNA ISH 7,8,9は、2つの隣接するZプローブ設計による単一のRNA分子を検出する高感度から広く使われています。この設計では、2つの隣接するプローブが標的配列にハイブリダイズして信号増幅を開始する必要があります。この二重認識設計により特異性が大幅に向上し、オフターゲット信号が低減されます。この手法は2〜4個の標的の多重検出(同様の技術で最大12個以上の標的まで拡張可能)をサポートし、組織形態を保持し、ホルマリン固定パラフィン埋め込み(FFPE)7,8,9、新鮮凍結組織、選定された石灰化組織と互換性があり、頭蓋顔面や歯科の発達で見られる複雑なサンプルに適しています。この手法は標準化され、再現可能で、確立されたプローブライブラリによって支えられ、広く検証されているため、さまざまな研究室でアクセス可能で信頼性の高い結果が保証されています。
多重蛍光RNA ISHは、同じ転写産物の異なる領域を標的とする複数のプローブと、強化されたシグナル増幅を組み合わせて、低存在量や部分分解されたmRNAに対しても高感度かつ特異的な検出を可能にします14,15。多重蛍光RNA ISHは脱鈣骨サンプルに成功裏に適用されており、複雑な頭蓋顔面組織での利用も報告されています7,8,9;しかし、この文脈での応用を説明する詳細なステップバイステッププロトコルはまだ報告されていません。
頭蓋顔面構造は、骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞、アメロ芽細胞、歯芽細胞、線維芽細胞、幹細胞、免疫細胞、血管、感覚ニューロンなど多様な細胞種を持つ複雑な組織構造から成り、これらの空間的に協調された相互作用は組織形成、機能、再生、免疫学的保護に不可欠です4.したがって、これらの組織における局在遺伝子発現の研究は極めて重要であり、多重蛍光RNA ISHはこの種の解析における先進的なアプローチを示しています。
本研究では、RNAスコーププローブと技術を用いた多重蛍光RNA ISHを複雑な頭蓋顔面組織の研究に応用する方法を説明しました(図1)。さらに、RNAの完全性を保ち、高品質で空間的に解析可能な遺伝子発現解析を可能にする最適化されたFFPE切片ワークフローを確立しました。
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すべての動物処置は、国立衛生研究所(NIH)国立児童健康・人間発達研究所動物ケア・利用委員会(IACUC)の動物研究プロトコル#24-031のもとで承認されました。
1. タイミング付き交配と胚組織採取
2. 組織の固定と処理
3. 多重蛍光RNA ISHのためのFFPE組織の処理
4. 1日目:脱水と水分補給
5. FFPE組織切片における多重蛍光RNA ISHの投与
注:本研究は、製造元の指示に従い、RNAscope技術21を用いてFFPE組織切片に対して多重蛍光RNA ISHを実施しました。
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記載されたプロトコル(図1)を用いて、ツァイス顕微鏡プラットフォームでマウスの頭部全体を撮影したマルチプレックス蛍光mRNA ISH転写産物検出を実証しました(図2B)。特定の画像ビューはサイドタブ(黄色いボックス)で選択でき、チャンネルタブ(赤いボックス)から複数のチャンネルを同時に表示できます。ライブ画像の明るさ、ガンマ線、コントラストは、表示タブ(緑のボックス)のコントロールで直接調整でき、重要な特徴の可視性を最適化できます。
また、野生型新生児頭部の矢状切片における転写産物を多重遺伝子パネルで処理し、 Sfrp2、 Dspp、 Dkk1 を検出したものも示します(図2C)。高倍率画像では、下顎切歯および周囲の骨内で遺伝子発現の明確なパターンが明らかになり、各転写産物の正確な空間...
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インシチュ ・ハイブリダイゼーションは、40年以上にわたり遺伝子発現研究の基礎的なツールであり、継続的に改良されてきました。しかし、従来のISHアプローチは、感度が低く、背景信号が高く、長時間の手間がかかる手順に制約されることが多いです。これらの制約により、特に複雑な頭蓋顔面組織においては、正確な空間分解能と低存在量転写体の検出が不可欠である広範な応用が制限されています。多重蛍光RNA ISHは、独自のプローブ設計とシグナル増幅戦略により、非特異的背景を最小限に抑えつつ、ターゲット特異的シグナルを選択的に増幅することで、これらの多くの課題を克服します。その結果、このアプローチは信号対雑音比を大幅に向上させ、単細胞レベルや細胞下レベルでの転写産物の高解像度局在を可能にします。
多重蛍光RNA ISHは、完全な組織文脈における細胞レベルでの遺伝子発現の空間的質的および定量的解析を大きく進歩させた、非常に感度が高く特異的な技術です。従来のISH法とは異なり...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
NICHD動物施設のスタッフの皆様、動物の管理と繁殖にご協力いただき感謝いたします。蛍光イメージングの支援をしてくださった顕微鏡・イメージングコア(NIH/NICHD)のヴィンセント・シュラム博士に感謝いたします。現在の原稿は、NIH/NIDCRからM.B.へのRO1DE033520、学内研究プログラム、国立児童保健・人間発達研究所(NICHD)からE.M.への資金、および国立小児保健・人間発達研究所(NICHD)研究助成金識別子ZIA HD009015の資金によって支援されています。資金提供者は研究設計、データ収集・分析、出版決定、原稿作成に関与していません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1×PBS | サーモ・フィッシャー | 10010023 | Use ワークフロー中にウォッシュを行うために |
| 20回以上;SSC | サーモ・フィッシャー | J60839。K2 | 1&Acuteを作るために使います。ウォッシュバッファー |
| 50 mL円錐形チューブ(Ambion)RNAseフリー | サーモ・フィッシャー | AM12502 | サンプルを異なる溶液で保存するために使用 |
| 高度軌道シェーカー | VWR | 6683-470 | インキュベーション中に固定液中の組織を振る際に使用 |
| アルコール70%、フィッシャーブランド、ヒストプレップ | フィッシャー・サイエンティフィック | HC-1000-1GL | 作業スペースの清掃と消毒に使う |
| 抗体希釈剤 | アコヤ・バイオサイエンス | ARD1001EA | TSA-DIG用の希釈剤 |
| 自動真空組織プロセッサー | ライカ・バイオシステムズ | ASP300S | サンプルのクリアリング、脱水、再水和、ワックス浸透に使用します |
| ガラスのカバー厚さ:1.5、25 mm x 25 mm | コーニング | 2850-25 | Visium HDワークフローにおけるスライドの取り付けに使用 |
| カスタム前処理試薬 | ACD、バイオテクネ | 300040 | 組織透過性の最適化とターゲットアクセスの促進 |
| EDTA | ミリポール・シグマ | 03690 | 石灰化組織の脱石化に使用 |
| エタノール 100% | エアロベース・グループ | 6505001050000 | 処理中にキシリンを除去し、サンプルを再水和させるために使用します |
| ヒストコア水浴 | ライカ・バイオシステムズ | HIS2326 | 40-43 & degの区画をフロートにしてください;CはFFPEのセクションのしわを取り除くため、nbsp; |
| HybEZ加湿用紙 | ACD、バイオテクネ | 310015 | HybEZオーブン内で湿度を維持し、ハイブリダイゼーション中の組織断片の乾燥を防ぐために使用してください |
| HybEZオーブン、トレイ、ラック | ACD、バイオテクネ | 310011, 310012, 310014 | ハイブリッド化および培養段階での温度、湿度、適切なスライド位置の制御に使用します。 |
| ImmEdge 疎水性バリアペン | ベクター研究所 | H-4000 | 染色作業中に試薬を組織切片に閉じ込めるために、スライドに疎水性の境界線を描くために使用します。 |
| ロープロファイル使い捨てブレード DB80LX | ライカ・バイオシステムズ | 14035843496 | FFPEブロックを区切るために使います。 |
| 中性緩衝ホルマリン 10% | アザー・サイエンティフィック | NBF-4-G | 組織を直すために使う |
| オパール520試薬パック | アコヤ・バイオサイエンス株式会社 | FP1487001KT | 蛍光標識による標的RNAシグナルの増幅および検出。 |
| OPAL 570試薬パック | アコヤ・バイオサイエンス株式会社 | FP1488001KT | 蛍光標識による標的RNAシグナルの増幅および検出。 |
| オパール620試薬パック | アコヤ・バイオサイエンス株式会社 | FP1495001KT | 蛍光標識による標的RNAシグナルの増幅および検出。 |
| オパール690試薬パック | アコヤ・バイオサイエンス株式会社 | FP1497001KT | 蛍光標識による標的RNAシグナルの増幅および検出。 |
| オパール・ポラリス780試薬パック | アコヤ・バイオサイエンス株式会社 | FP1501001KT | 蛍光標識による標的RNAシグナルの増幅および検出。 |
| プロロンド・ダイヤモンド | サーモ・フィッシャー | P36970 | 蛍光信号を保存し、画像撮影中にRNAscope信号を保護するためのアンチフェードマウント媒体 |
| RNAscope 4-Plex 補助キット専用 UI | ACD、バイオテクネ | 323120 | RNAscope多重蛍光v2アッセイで使用される追加材料 |
| RNAscopeのDAPI | ACD、バイオテクネ | 320858 | 細胞核を可視化するためにRNAscopeアッセイで用いられる蛍光核染色 |
| RNAscopeマルチプレックス蛍光試薬キットv2 | ACD、バイオテクネ | 323100 | マルチプレックス蛍光インシチューハイブリダイゼーションの実施 |
| RNAscope多重性TSAバッファ | ACD、バイオテクネ | 322810 | RNAscopeでオパール染料を希釈するためのバッファー |
| RNAscopeウォッシュバッファ試薬 | ACD、バイオテクネ | 310091 | アッセイ中にスライドの組織切片を洗浄するために使用してください |
| RNaseZap RNase 除染溶液 | サーモ・フィッシャー | AM9782 | RNaseの洗浄と除去に使用してください |
| 半自動ロータリーミクトミー | ライカ・バイオシステムズ | RM2245 | ガイドラインで報告された通り、FFPEブロックを区切るために使用してください。 |
| スライド・ブライト | 電子顕微鏡科学 | 23401-01 | RNAscope処理前の脱焦化工程のために。 |
| カバー付きスライドウォーマー | プレミア | XH2004 | 異なる温度でのスライドのキュベーションに使用 |
| Superfrost Plus スライド | フィッシャー・サイエンティフィック | 12-550-15 | Vsium HD用のセクションを取り付けるために使用 |
| サージパス・パラプラスト | ライカ・バイオシステムズ | 39601006 | 組織の浸潤および組織埋め込みを行うために使用 |
| 組織培養皿 100 X 20 MM 500/CS | フィッシャー・サイエンティフィック | 877222 | 1&急性期のサンプル採取および解剖に使用;PBS |
| キシレン | フィッシャー・サイエンティフィック | 6.81001E+12 | アルコールを除去し、組織を透明にするためのクリアリング剤として使用されます |
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