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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
RNA in situ hybridization (ISH)는 세포와 조직에서 RNA를 시각화할 수 있습니다. 여기에서는 RNAscope ISH와 면역조직화학 또는 조직학적 염료의 조합을 사용하여 마우스와 인간 뇌 섹션에서 축삭돌기에 국한된 mRNA를 검출하는 방법을 보여줍니다.
mRNA를 자주 척추 축삭에 지역화 및 로컬 번역 축삭 길 찾기 또는 개발 과정과 postdevelopmental 기간에 유지 보수, 수리 또는 신경 퇴행에 대한 분기가 필요합니다. 높은 처리량 분석은 최근 축색 돌기 이전에 예상했던 것보다 더 역동적이고 복잡한 사체을 가지고 계시했다. 이러한 분석은, 그러나 대부분의 축삭이 somato-수지상 구획에서 고립 될 수있다 배양 신경 세포에서 수행되었다. 이는 생체 내 전체 조직의 이러한 격리를 달성하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서, 전체 동물에서의 mRNA 및 기능적 관련성의 채용을 검증하기 위해, 전 사체 분석은 이상적 동일계에서의 mRNA의 시각화를 허용 기법과 결합되어야한다. 최근에, 단일 분자 수준에서의 RNA를 검출 ISH 신규 기술이 개발되었다. mRNA는 세포 내 위치 파악을 분석 할 때 특히 중요이후 지역화의 RNA는 일반적으로 낮은 수준에서 찾을 수 있습니다. 여기에서 우리는 새로운 고감도 RNA ISH 기술을 사용하여 axonally 지역화의 mRNA의 검출을위한 두 개의 프로토콜을 설명합니다. 우리는 성숙 마우스와 인간의 두뇌의 생체 내에서 축삭에 ATF4의 mRNA의 채용을 확인하기 위해 형광 면역 조직 또는 조직 학적 염료를 사용하여 축삭 Counterstain과 함께 RNAscope ISH를 결합했다.
축삭 mRNA의 모집 및 지방 번역은 시간적으로 공간적으로 급성으로 1 세포 외 자극에 반응하는 축삭 수 있습니다. 인트라 축삭 단백질 합성은 가장 엑손 9-11과 길 찾기를 역행 12,13 시그널링이 성장 원추 동작 2-8에서 결정적인 역할을 신경 발달의 맥락에서 이해된다. 축삭 mRNA와 리보솜 수준이 크게 14,15 감소하지만 훨씬 적은 포스트 발달 신경 축삭에서 단백질 합성의 기능적 중요성에 대해 공지되어있다. 성숙한 척추 축삭이 긴 16 병진 비활성 것으로 생각되고있다. 그러나 최근의 연구는 지역의 번역이 병적 인 상태에서 성숙 축삭에서 활성화되어 있음을 나타냅니다. 예를 들어, 서브 세트의 mRNA가 신경 손상과 인트라 축삭 단백질 합성은 이들 축색 돌기 (17)의 정확한 재생을 위해 요구되는 다음 재생 축삭을 모집한다. 또한, 우리 그룹의 하S는 알츠하이머 병 펩타이드 Aβ 1-42, 그리고 전사 인자 ATF4의 지역 번역 로컬 노출이 신경 소마 (18)에 축삭에서 Aβ 1-42의 신경 퇴행성 효과를 전파하는 데 필요한 후 특정의 mRNA가 축색 돌기에 채용되는 것을 보여 주었다. 마지막으로, 높은 처리량 분석 성숙한 축삭 특히 병리 적 상태하에, 18-21 예상보다 더 복잡하고 동적 사체가 있다고 밝혀졌다. 이러한 연구의 견지에서, 고감도 및 구체적인 방법은 성인 신경계 axonally 지역화 mRNA를 필요 검출.
mRNA의 모집과 성숙 축삭의 지역에 번역 작업의 대부분은 배양 된 신경 세포에서 수행되었다. 전문 배양 방법 somato-수지상 구획 18-20에서 축삭의 분리를 허용하는 존재하기 때문에 전 사체 분석을 위해 이것은 특히 사실이다. 이러한 연구는 가치있는 기능을 제공하고 있지만성숙한 축삭에서 현지 번역의 역할에 ight는 질문 배양 신경 세포 충실 생체 내에서 상황을 나타내는 또는 mRNA의 모집 배양 조건에 축삭의 적응 응답이 경우 여전히 열려 있는지 여부. 몇몇 연구는 생체 내에서 축삭을 성숙 mRNA의 모집의 증거를 제공했다. 예를 들어, 후각 마커 단백질을 코딩하는 전 사체는 성인 감각 뉴런 22 축삭에서 검출되었다. β - 굴지의 mRNA의 3 'UTR을 포함하는 형질 전환 생쥐에서 말초와 중추 신경계 신경 세포의 축색 돌기로 이송하고, 로컬 개발 기간 23 후 변환됩니다. Xenopues가 올챙이를 laevis의에서 라민 B2 mRNA의 망막 축삭에 지역화되고 그 고갈 축삭 개발 (21) 후 축삭 유지 보수에 영향을 미친다. 사이토 크롬 C 산화 효소 IV에 대한 mRNA의 부호화의 축삭 전송에 대한 간섭은 마우스 (24)의 동작을 변경한다. 마지막으로, ATF4의 mRNA는 성인에서 발견된다Aβ 1-42의 맥락에서 쥐와 인간의 두뇌 xons은 신경 퇴행 (18) - 유도.
높은 처리량 사체의 분석은 시험 관내에서 격리 된 축삭의 mRNA의 프로필을 확인하지만 축삭이 단독으로 발견하지만 신경 세포 기관, 아교 세포와 다른 세포 유형과 혼합 결코 전체 조직에 있기 때문에 생체 내 연구에 대한 제한을 가지고 유용한 것으로 입증되었다. 따라서, 이러한 분석의 mRNA의 세포 내 위치 파악을 확인 이미징 기술과 결합되어야한다. 현장 하이브리드 (RNA ISH)에서 RNA는 세포와 조직의 특정 RNA 서열의 검출 및 시각화 할 수 있습니다. 그러나, 원래 RNA ISH 분석은 거의 axonally 지역화의 mRNA의 경우입니다 매우 풍부한 RNA를 (25)의 식별에 적합했다. 노력을 증가 지난 수십 년 동안 단일 분자 수준에서의 mRNA의 검출을 허용 새로운 기술 개발에 투입되었을 27를 참조하십시오) 50 머 레이블. 위에서 언급 한 기술 및 여기에 설명 된 것과의 주요 차이점은 이후 20 번 Z 구조 (되지 선형)는 전형적으로 관심 보장 특이성 및 낮은 배경 레벨의 RNA의 ~ 1킬로바이트 영역을 대상으로 프로브를 사용하는 것이다. 프로브는 다음 마지막으로 형광 표지 또는 발색 반응을 허용 효소가 결합되어 프리 앰프와 앰프 순서와 하이브리드있다. 이러한 증폭 단계 ISH 다른 기술 (28)에 비해 신호대 잡음비를 개선한다. 여기에서 우리는 형광 면역 세포 또는 축삭으로 대조를 허용하는 조직 학적 염료 중 결합 RNAscope를 사용하여 두 개의 프로토콜을 설명합니다. 두 프로토콜은 성인 개월에 ATF4의 mRNA의 축삭 현지화를 시각화하기에 적합사용하고 인간의 두뇌.
모든 동물의 절차는 컬럼비아 대학의 IACUC 및 관리 및 실험 동물의 사용을위한 관련 규정에 의해 승인 된이 추적 관찰 하였다. 참고 :의 RNase-무료 또는 DEPC 처리 된 물에 ISH 절차에 사용되는 모든 버퍼를 준비합니다. ISH가 완료된 있지만 버퍼가 여전히 멸균 된 두 번 증류수 제조 및 / 또는 필터링에 의해 살균하는 것이 좋습니다 후이 권장 사항은 엄격하게 할 필요가 없습니다.
1. 면역에 의해 이어 원위치 하이브리드 화에서 성인 마우스 뇌 사용하여 형광의 콜린성 축삭에 ATF4 mRNA의 현지화 (물고기)의 검출
룩솔 빠른 블루와 크레 실 바이올렛으로 대조로 이어 원위치 하이브리드 (CISH)에서 원체를 사용하여 인간의 두뇌 샘플의 축삭에 ATF4 mRNA의 현지화 2. 검출
상술 한 절차의 간단한 요약이도 1에 도시된다.
ATF4 mRNA의 최적의 검출은 열 유도에 마스크를 사용하여 콜린성 축삭의 과립
지역화 된 mRNA의 축삭을 평가할 때, 축삭을 식별 할 수 있어야하고, 낮은 풍부한 RNA를 시각화 할 수있는 것이 중요하다. 여기에 설명 된 RNA ISH 기술은 단일 분자 분해능의 RNA를 검출 할 수있다. 이 기술을 사용하는 표준 프로토콜을 효율적으로 표적 RNA를 검출하기 위해 두 개의 마스크를 제거하는 절차의 조합을 제안한다 : 프로테아제 - 유도 및 언 마스킹 (28)을 열 유도. ISH는 축삭을 식별하기 위해 면역 조직 화학 염색과 결합 될 때 그러나, 단백질 분해 효소에 의한 마스크 해제 최적의 항원 검출 (29)가 발생하지 않을 수 있습니다.
사용 된 항체는 C를 인식하는데 실패 이후 여기에 설명 된 제 1 프로토콜에서, 프로테아제 소화는 피시켰다긍정적 인 mRNA의 과립이 검출되었다하더라도 일반적으로 septohippocampal 경로 (그림 2A와 B)에서 발생하는 치아 이랑의 축삭에서 발견 holine 아세틸 (하는 ChAT). 열 - 유도 된 10 mM 시트 레이트 완충액 (pH 6)와 검색, 반면에, 반 채팅 항체에 의해 인식되는 에피토프의 무결성을 보장하고 mRNA를 효율적 간담 염색 축삭 (도 2C 및 D)에서 검출 된 타겟. 여기에 제시된 결과 (그림 2) mRNA의 모집 및 지방 번역이 1-42 올리고머 해마에 Aβ의 주입에 의해 유도 된 성인 쥐의 치아 이랑의 ATF4의 존재를 보여줍니다. 이전 증거 ATF4 mRNA를 기저 상태 (18)하에 시험 관내 또는 생체 내에서 축색 돌기에서 검출되지 않고, 따라서 이러한 실험 패러다임이 도시되지 않는다는 것을 암시한다.
ATF4의 최적의 검출모두 열 유도 단백질 분해 효소에 의한 언 마스킹을 사용하여 축삭의 mRNA의 과립
단백질 분해 효소 전처리가 필요한 경우에 유용하지 않을 수 있습니다 폭로 유도 열을 수행 할 때 항체 기반의 단백질 검출 RNA ISH 기술과 호환되는지 보여 위에서 설명한 결과 반면. 2 장에서는 일반적으로 뇌 샘플 (31, 32)에 사용되는 조직 학적 얼룩과 함께 이전에 발행 된 절차 (28, 30) 다음 축삭 내 ATF4 mRNA의 검출에 대해 설명합니다.
이 과정에서 중요한 단계는 CISH 스테인드 축삭에서 mRNA의 과립의 존재를 마스킹없이 룩솔 빠른 블루 (LFB)를 사용하여 유수 섬유의 최적 Counterstain과입니다. 이 목적을 위해 사용되는 시약 LFB 90 분 60의 배양 시간에 따라 최적 Counterstain과 허용. Counterstain과 모두 배양 온도와 시간이 감소되고 실패 할 (도 3a 및 인셋, 데이터를 도시되지 않음)mRNA의 과립은 여전히 볼 수 있지만, 차, 자신의 축삭 현지화를 확인할 수 없습니다. 한편, 긍정적 인 과립의 존재를 모니터링하지 않고 60 분간 또는 60 ℃로 더 긴 뇌 샘플들을 배양 주기적 염료에 의한 관심의 mRNA (도 3b 및 인셋)의 비가역 마스킹 될 수 있습니다. 따라서 그것은 샘플을 30 분 동안 LFB에서 인큐베이션하고 더 인큐베이션 축삭 RNA 과립 (도 3d-F) 모두의 최적의 염색을 구하는 시료마다 10 ~ 20 분에 의하면 단계적으로 실시하는 것이 좋다. ATF4 긍정적 인 과립이 명확하게 검출 할 수있다이 지침에 따라 모두 제어 (그림 3D) 및 알츠하이머 병 (그림 3 층) 뇌 샘플.

그림 1. 요약 워크 플로우RNA ISH는 축삭 Counterstain과 다음의. 검은 색으로 묘사 단계 예시 한 두 가지 절차에 공통입니다. 파란색으로 표시 단계는 빨간색으로 강조 사람들은 발색 ISH 스테인드 포르말린 고정 파라핀 포함 된 샘플에 고유 한 반면 형광 ISH 스테인드 파라 포름 알데히드 고정 샘플에 따라 다릅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

ATF4 mRNA의 그림 2. 물고기가 성인 쥐의 치아 이랑에서 콜린성 축삭에 지역화. 물고기는 콜린 아세틸의 항체 검출 (하는 ChAT) 다음에 단백질 분해 효소 유도 (L 송금 패널) 또는 열 유도 (오른쪽 패널)에 마스크를 사용하여 수행되었다 . antibODY는 단백질 분해 효소 처리를 수행 할 때 채팅을 인식하지 못했습니다. 비 대상 프로브 (dapB) 및 현미경 설정 및 이미지 조정이를 이용한 ATF4 -targeting 프로브로 얻은 결과의 예는 표시됩니다. 불분명 축삭 현지화와 ATF4 양성 과립은 물음표로 표시됩니다 지역화 된 과립 "로 표시되는 동안 그래 ". 스케일 바 20 ㎛. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

ATF4 mRNA의 그림 3. CISH 인간의 해마 형성 유수 축삭에 지역화. ISH에 따라, 축삭은 룩솔 빠른 블루 (LFB)으로 대조하고 신경 세포 인 somata은 크레 실 바이올렛으로 대조했다. 온도 모두 (A와 삽입은 4 시간 동안 40 ℃로 LFB 염색 샘플을 나타냅니다.) 경우에 최적 인 LFB 염색 및 배양 시간 (도시하지 않음) 감소되거나 발생할 수 Counterstain과 짧은 배양 기간 (B와 삽입 후 확인되지 않는 경우 ). 비 대상 프로브 (dapB) 또는 ATF4 -targeting 프로브를 사용하여 ISH와 함께 최적의 LFB 염색의 예 (CF와 세트)을 나타내었다. 지역화 된 과립은 "OK"로 표시되는 동안 이미지 수집이 자동으로 불분명 축삭 현지화와 함께 최고의 신호 대 잡음비. ATF4 양성 과립에 대한 조정은 물음표로 표시됩니다. 스케일 바 50 μm의 10 μm의 인 세트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개할 것이 없습니다.
RNA in situ hybridization (ISH)는 세포와 조직에서 RNA를 시각화할 수 있습니다. 여기에서는 RNAscope ISH와 면역조직화학 또는 조직학적 염료의 조합을 사용하여 마우스와 인간 뇌 섹션에서 축삭돌기에 국한된 mRNA를 검출하는 방법을 보여줍니다.
이 연구는 알츠하이머 협회(NIRG-10-171721, U.H.), 국립 정신 건강 연구소(MH096702, U.H.), 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소(NS081333, C.M.T.)의 지원을 받았으며, 뉴욕 뇌 은행을 지원하는 컬럼비아 대학의 국립 노화 연구소(National Institute on Aging-funded Alzheimer's Disease Research Center, AG008702, J.B. 및 Y.Y.J.)의 파일럿 연구 상도 지원받았습니다. 의견과 토론에 대해 Hengst 연구소 구성원에게 감사드립니다
| 마우스 Atf4 mRNA의 잔류 물 20-1,381을 표적으로 하는 맞춤형 프로브(NM_009716) | 고급 세포 진단 | - | 인간 |
| ATF4 mRNA의 잔류 물 15-1,256을 대상으로 하는 맞춤형 프로브(NM_001675.2) | 고급 세포 진단 | - | 프로브 |
| 음성 대조 프로브-DapB | 고급 세포 진단 | 310043 | 프로브 |
| 양성 대조군 프로브-마우스 Polr2A(옵션) | 고급 세포 진단 | 312471 | 프로브 |
| 양성 대조 프로브-인간 PPIB(옵션) | 고급 세포 진단 | 313901 | 프로브 |
| RNAscope 형광 다중 시약 키트(형광 검출용) | 고급 세포 진단 | 320850 | 현장 혼성화 키트 |
| RNAscope 2.0 HD 시약 키트 - BROWN (발색 검출용) | Advanced Cell Diagnostics | 310035 | in situ hybridization kit |
| Goat polyclonal anti-ChAT antibody | Millipore | AB144P | |
| Luxol Fast Blue-Cresyl Echt Violet Stain Kit | American MasterTech | KTLFB | |
| Clearify clearing agent (xylene substitute) | American MasterTech | CACLEGAL | |
| ProLong Gold 마운팅 DAPI | Life Technologies | P36935 | |
| DPX 마운팅 미디엄 | Sigma | 6522 |