본 프로토콜은 레이저 스캐닝 컨포칼 및 다광자 현미경에 의한 수유 마우스 유선의 생체 내 이미징을 위한 손쉬운 기술을 설명합니다.
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방법 논문
본 프로토콜은 레이저 스캐닝 컨포칼 및 다광자 현미경에 의한 수유 마우스 유선의 생체 내 이미징을 위한 손쉬운 기술을 설명합니다.
유선은 조직 리모델링, 세포 극성 및 분비 메커니즘을 포함한 상피 기능을 조사하기 위한 탁월한 모델을 구성합니다. 임신 중에는 분비선이 뚱뚱한 패드에 박혀 있는 원시적인 유관 나무에서 초유와 우유의 형성과 분비를 위해 준비된 고도로 분지된 폐포 네트워크로 확장됩니다. 산후 분비샘은 막으로 코팅된 지질 방울(LD), 단백질, 탄수화물, 이온, 수분 등 신생아의 생존에 필요한 모든 영양소를 공급합니다. 유당, 카제인 미셀, 탈지유 단백질을 포함한 다양한 우유 성분이 폐포 세포 내에서 합성되고 정점 표면에서 엑소사이토시스(exocytosis)에 의해 소포에서 분비됩니다. LD는 거친 소포체의 합성 부위에서 세포 정점으로 운반되어 세포막으로 코팅되고 독특한 아포크린 메커니즘에 의해 분비됩니다. 항체 및 호르몬을 포함한 다른 미리 형성된 구성 요소는 transcytosis에 의해 상피의 장액 쪽에서 우유로 운반됩니다. 이러한 과정은 유선이 피부 분비샘이기 때문에 생체 내 현미경 검사가 가능하므로 실험적 조작에 직접 접근할 수 있습니다. 이 논문에서는 살아있는 마취된 마우스에서 실시간으로 LD 분비의 제자리 동역학을 조사하기 위한 간단한 절차를 설명합니다. 붕소-디피로메텐(BODIPY)665/676 또는 모노단실펜탄은 세포질에서 용해성 EGFP(enhanced green fluorescent protein)를 발현하거나 EGFP 또는 tdTomato에 융합된 막 표적 펩타이드를 발현하는 형질전환 마우스의 중성 지질 분획을 라벨링하는 데 사용됩니다. 멤브레인 태그가 부착된 융합 단백질은 세포 표면의 마커 역할을 하며, 지질 염료는 LD를 0.7μm ≥ 분해합니다. 타임랩스 이미지는 표준 레이저 스캐닝 컨포칼 현미경으로 15-25μm 깊이까지 기록하거나 다광자 현미경으로 조직 깊숙한 곳에서 이미징할 수 있습니다. 유선은 수술 내내 약리학적 제제 또는 형광 염료로 목욕할 수 있으며, 필요에 따라 급성 실험 조작을 위한 플랫폼을 제공할 수 있습니다.
생쥐 유선의 생체 내 현미경 검사는줄기세포의 기원 및 분화 1,2, 전이성 종양의 진행3,4,5, 유방 발달 및 침식에 걸친 유관 대식세포의 역할6을 포함한 모든 생물학적 현상을 분석하는 강력한 방법으로 점점 더 주목받고 있습니다. Intravital Subcellular Microscopy (ISMic)7의 개발을 통해 수유 중 막 통과 및 분비 메커니즘 8,9 및 근상피 세포 9,10의 옥시토신 매개 수축에 대한 연구가 확장되었습니다. 피부와 체벽 사이의 분비샘의 접근성을 활용하는 두 가지 주요 방법이 개발되었습니다.
첫 번째 접근 방식에서는 아크릴 또는 유리 창을 피부에 삽입하고 금속 고정 링(1,3,11)으로 고정합니다. 생쥐는 수술을 잘 견디며, 몇 주에 걸쳐 동일한 동물에서 다양한 현상을 간헐적으로 분석할 수 있습니다. 이 방법은계통 추적 1,12 및 유방 종양의 침습 및 진행 모니터링에 특히 유용한 것으로 입증되었습니다 3,11. 그러나 전체 세포 수준 이하의 해상도는 어려운 것으로 입증되었는데, 그 이유는 분비선이 여전히 체벽에 붙어 있기 때문에 호흡과 심장 박동으로 인한 운동 인공물의 영향을 받기 때문입니다.
두 번째 접근법에서, 동맥은 혈관 구조가 손상되지 않은 피부 플랩에 외과적으로 노출되고 스페이서 4,9,13을 사용하여 현미경 스테이지에서 안정화됩니다. 따라서 분비샘의 일부가 복벽에서 효과적으로 분리되고 움직임 아티팩트가 최소화됩니다. 대부분의 경우 노출된 실질은 도립 현미경에서 마우스의 복부 쪽이 아래로 향하게 하여 커버슬립에 직접 배치됩니다. 최근의 수정에서, 마우스는 정립 현미경에 누운 상태로 놓고, 노출된 분비선은 커버슬립2로 밀봉된 액체로 채워진 세포에서 보호되었다. 이 후자의 구성을 사용하면 이미징 중 실험적 조작을 위해 실질 표면에 액세스할 수 있습니다. 두 경우 모두 <1 μm까지의 분해능으로 세포 내 과정을 분석할 수 있으며, 이는 유방 상피 세포에서 지질 방울(LD)을 추적하는 데 도움이 됩니다9.
본 프로토콜은 수유 중 LD의 생체 발생, 수송 및 분비를 예로 들어 세포 내 수준에서 유방 상피 세포의 생체 내 이미징을 위한 용이한 방법을 자세히 설명합니다. 이 접근법은 우유 단백질14의 수송 및 분비, 상피의 장액 쪽에서 폐포 내강(alveolar lunmen)15,16으로의 단백질의 transcytosis, 및 involution17,18 동안의 분비샘의 리모델링을 포함한 많은 다른 과정에 널리 적용할 수 있다.
형광 단백질을 발현하는 마우스는 이미징을 위한 적절한 영역의 선택을 용이하게 하고 형태학적 참조 마커로 대부분의 생체 내 실험에 선호됩니다. 다양한 종류의 적합한 형질전환 및 knock-in 마우스가 이용 가능하며, 이들은 세포 구획, 세포골격 요소, 막 및 세포소기관에서 형광 단백질 마커를 발현한다19. 주어진 예에서는, 대부분의 세포(20)(EGFPcyto로 표시)에서 향상된 녹색 형광 단백질(EGFP)이 표적화된 EGFPcyto FvB 마우스와 tdTomato 및 EGFP 유전자를 암호화하는 이중 형광 Cre 라인인 C57BL/6J Tomato(mT/mG) 마우스(21)가 사용되었다. EGFP 발현은 tdTomato 유전자의 Cre 매개 절제를 통해 가능합니다. 어느 형광단이든 MARCKS 단백질21에서 유래한 시퀀을 통해 대부분의 세포에서 원형질막을 표적으로 합니다. 본 연구에서는 적색 tdTomato 형광단을 발현하는 마우스를 tdTomatomebr(mT)이라고 표시하고, tdTomato 유전자를 절제한 후 EGFP를 발현하는 마우스를 EGFPmembr(mG)로 표시한다.
생쥐는 복부 정중선의 양쪽에 5쌍의 유선, 흉부 영역(1-3번)에 3개, 사타구니 영역(4-5번)에 2쌍의 유선이 있습니다(그림 1A). ISMic의 경우, 서혜부는 흉부의 호흡 및 심장 박동과 관련된 전체적인 움직임에서 가장 멀리 떨어져 있기 때문에 가장 접근하기 쉽고 안정화가 가장 쉽습니다.
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모든 동물 시술은 미국 국립암연구소(National Cancer Institute), 국립보건원(National Institutes of Health)의 암연구센터(Center for Cancer Research), 국립암연구소(National Cancer Institute), 국립보건원(National Institutes of Health)의 기관동물보호및사용위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았으며, 이는 미국 국립연구위원회(National Research Council)의 실험동물의 관리 및 사용에 관한 지침(Guide for the Care and Use of Laboratory Animals), 미국 공중보건국(US Public Health Service)의 실험동물의 인도적 관리 및 사용에 관한 정책(Policy on Humane Care and Use of Laboratory Animals)에 따라 이루어졌다. 및 실험실 동물의 관리 및 사용을 위한 가이드. 이 연구를 위해 암컷 원시 마우스(생후 4-5개월, 수유 10일째)의 4번 분비샘을 오른쪽 누운 자세에서 외과적으로 준비했습니다(그림 1A).
1. 동물 준비
2. 수술 절차
3. 이미징 준비
4. 현미경 검사
5. 안락사
6. 실시간 동영상 제작
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우유는 분극화된 폐포 상피 세포에서 분비되며, 이 세포는 임신 중에 광범위한 유관 나무(26)의 새싹과 분화한다(그림 2A). 우유 합성을 위한 전구체는 기저막/외막에 걸쳐 동화되고 완성품은 정점 표면을 가로질러 중앙 "우유 공간"으로 분비됩니다. 각 폐포의 기저 쪽은 근상피 세포의 성상 배열로 덮여 있으며(그림 2A), 이 세포는 기저막(그림 2A에 표시되지 않음)에 의해 장막 쪽에서 보호됩니다. 옥시토신에 의해 유도된 근피피의 수축은 분비 세포(9,27)에서 LD를 방출하고 완성된 우유 산물을 유관(ductular tree)을 통해 젖꼭지와 젖먹이 신생아(10)로 강제한다. 땀샘...
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단광자 현미경 또는 다광자 현미경을 사용할지 여부는 묻는 질문, 이미징할 조직의 특성과 위치, 필요한 해상도에 따라 달라집니다. 다광자 현미경은 근적외선에서 두 개 이상의 저에너지 광자를 생성하는 것을 기반으로 하며, 이는 단광자 현미경보다 더 적은 광독성으로 더 깊은 깊이로 조직을 관통할 수 있습니다(29,30). 또한 형광단은 초점에서만 여기되어 주변 조직에서 빛의 산란을 줄입니다. 따라서 다광자 현미경 검사는 세포 계통의 전체 유선 내에서 1,2,12, 종양 전이의 진행 3,13 및 다세포 상호 작용2...
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저자 중 누구도 선언할 상충되는 이해관계가 없습니다.
저자는 동물 관리 및 보살핌을 제공한 Sherry Rausch와 Samri Gebre(National Cancer Institute, NIH)와 다양한 플라스틱 스페이서를 생산하는 데 도움을 준 James Mather에게 감사를 표합니다. 이 연구는 NIH의 교내 연구 프로그램(Intramural Research Program)의 지원을 받았습니다.
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| 63x 대물렌즈 (NA 1.40, HC PL APO CS2) | Leica | 11506350 | 렌즈 2광자 현미경 |
| BA 410-460 nm | 크로마 | - | 대역 통과 필터 |
| BA 495-540 nm | 크로마 | 대역 통과 필터 | |
| BA 505-605 nm | 크로마 | 대역 통과 필터 | |
| BA 655-755 nm | 채도 | 대역 통과 필터 | |
| 붕소 디피로메탄(BODIPY) 665/676 | Thermo Fisher Scientific | B3932 | 지질 과산화 센서 |
| Carbomer-940 | Snowdrift Farm | 739601480651 | 젤 |
| 카테터 | 테루모 | SV27EL | 날개 달린 주입 세트 |
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