이 프로토콜에서는 동일한 마우스 배아에서 태아의 뇌 조직과 고품질의 비용혈 혈청을 동시에 수집하는 방법을 설명합니다. 우리는 이 기술을 활용하여 산모의 식이 노출이 Nf1 (신경섬유종증 1형)에 대한 이형접합 마우스의 다량 영양소 프로필과 태아 신경 발달에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다.
방법 논문
이 프로토콜에서는 동일한 마우스 배아에서 태아의 뇌 조직과 고품질의 비용혈 혈청을 동시에 수집하는 방법을 설명합니다. 우리는 이 기술을 활용하여 산모의 식이 노출이 Nf1 (신경섬유종증 1형)에 대한 이형접합 마우스의 다량 영양소 프로필과 태아 신경 발달에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다.
산모의 식단으로 인한 비만은 자손의 신경 발달을 변화시키는 것으로 입증되었으며, 이는 인지 능력 감소, 과잉 행동 및 사회적 행동 장애로 이어질 수 있습니다. 임상적으로 이질적인 유전 질환인 신경섬유종증 1형(NF1)을 앓고 있는 환자도 유사한 결핍을 보일 수 있지만, 산모의 식단과 같은 환경적 요인이 이러한 표현형의 발달에 영향을 미치는지, 영향을 미친다면 그러한 효과가 발생하는 메커니즘은 현재로서는 불분명합니다. 산모의 난생성 식단 노출이 NF1의 신경 발달과 관련된 전신 요인에 어떤 영향을 미치는지 평가할 수 있도록 우리는 대조군 식단과 고지방, 고자당 식단을 먹인 쥐댐의 태아 자손으로부터 비용혈 혈청과 전체 또는 국소적으로 미세 절개된 뇌를 동시에 수집하는 방법을 개발했습니다. 뇌는 냉동 절개 또는 급속 냉동을 위해 처리되어 후속 RNA 또는 단백질 분리에 사용되었습니다. 수집된 조직의 품질은 면역염색을 통해 검증하였다. 혈청의 품질은 다량 영양소 프로필을 분석하여 검증되었습니다. 이 기술을 사용하여 우리는 모계의 난소 형성 식단이 WT와 Nf1-이형접합 새끼 사이에서 유사하게 태아 혈청 콜레스테롤을 증가시킨다는 것을 확인했습니다.
신경섬유종증 1형(NF1)은 생식세포 유전자 돌연변이로 인해 RAS/MAPK(RAt Sarcoma virus/Mitogen-activated Protein Kinase) 신호 전달 경로가 활성화되는 질환 그룹인 RASopathy로 간주됩니다. NF1 RASopathy 환자는 중심 신경계(시신경 경로 신경교종 1,2, 고급 신경교종 3,4) 및 말초(망상신경섬유종 5,6, 악성 말초 신경초 종양 7,8) 신경계의 양성 및 악성 종양, 뼈 이형성증9 및 피부 색소 이상10을 포함한 다양한 증상이 나타날 위험이 있다 (겨드랑이 주근깨, Café-au-Lait Macules). 이 장애가 인지 및 신경 발달에 미치는 영향은 점점 더 많이 인식되고 있으며, NF1 환자는 학습 결손, 과잉 행동 및 자폐 스펙트럼 장애의 발병률이 증가합니다 11,12,13. 그러나, 환자 13,14,15,16,17 사이에서 이러한 표현형의 발달에는 상당한 이질성이 존재하며, 일부 환자는 심각한 인지 장애를 보이는 반면 다른 환자는 영향을 받지 않는 이유는 불분명합니다. 산모의 식단으로 인한 비만은 일반 인구의 학습과 행동에 유사한 영향을 미치는 것으로 나타났다 18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28이는 NF1에서 차별적인 산모의 식이 노출이 이러한 임상적 이질성의 한 원인일 수 있음을 시사합니다. 특히, 비만인 산모의 자녀는 과잉 행동 18,19,20,23,25,26, 자 폐증 19,24,27, 실행 기능 결핍21,23, 전체 IQ 점수 22,28 발병 위험이 증가합니다. 그러나 NF1 환자는 비만 및 당뇨병 발병률 감소를 포함하여 일반인에 비해 대사 표현형이 변경되어 29,30,31 식이 자극에 유사하게 반응하는지 여부가 불분명합니다.
이러한 질문을 해결하기 위해, 우리는 Nf1 을 가진 태아의 다량 영양소 프로필에 대한 난생적 식단으로 인한 변화가 신경 발달 변화에 기여하는지 여부를 확인하고자 했습니다. 우리는 이전에 태아의 뇌32에서 신경 발달 응용 분야에 적합한 고품질의 전체 및 국소적으로 미세 절개 된 조직을 수집했습니다. 그러나 태아의 혈액 채취는 작은 체구와 낮은 혈액량 때문에 까다롭다33. 참수 후 중력 보조 배액을 통한 혈액 수집은 샘플에서 낮은 수집 양과 심각한 용혈을 초래했으며, 이는 다운스트림 애플리케이션 해석에 영향을 미칠 수 있습니다. 이전에보고된 바와 같이 태아의 심장 또는 흉부에서 흡인을 통한 채취는 기술적으로 어려웠고 빈번한 용혈을 초래했다. 따라서 우리는 심각한 전단 응력 없이 더 많은 양의 수집을 가능하게 하기 위해 특수 모세관을 사용하는 태아 혈청 수집 방법을 개발했습니다.
여기에서는 자궁 내 고지방, 고설탕 식단과 대조 식단에 노출된 Nf1-이형접합 새끼로부터 배아 뇌와 태아 혈청을 동시에 수집하는 이 방법을 제시합니다(그림 1 및 보충 표 S1). 뇌는 면역형광에 의한 후속 분석을 위해 냉동 매립되거나 분자 생물학 응용 분야에서 후속 사용을 위해 국소적으로 미세 절개 및 급속 냉동되었습니다. 다량 영양소 프로파일링과 같은 다운스트림 응용 분야에 적합한 고품질 혈청을 얻었습니다. 이 방법을 사용하여 우리는 모계의 고지방, 고자당 식단 노출이 WT 및 Nf1-이형접합 새끼 모두의 혈청 콜레스테롤 수치 상승으로 이어진다는 것을 확인했습니다.
이 연구의 모든 동물 시술은 NIH 지침을 따랐으며 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다. 동물들은 표준 12 시간 빛 : 어두운 사이클링과 음식과 물에 대한 무료 접근으로 수용되었습니다.
1. 산모의 식단
2. 댐에서 태아 제거
3. 태아 혈청 수집
4. 태아 뇌 채취
이 기법을 통해 수득된 뇌 조직의 품질을 설명하기 위해, 우리는 이전에 보고된 기법32에 따라 GFAP에 대해 면역염색된 Nestin-CFPnuc 마우스(35)로부터의 샘플 태아 뇌를 보여준다. Nestin+ 세포는 외측 심실을 감싸고 있으며(그림 2A), GFAP+ 필라멘트가 표면에서 뻗어 있습니다. CD의 외측 심실에서 Nestin 또는 GFAP 발현과 WT 또는 Nf1-이형접합 균주에서 Ob-노출된 마우스의 차이는 관찰되지 않았습니다(그림 2A, B). 다음으로 미세절개된 조직의 품질을 평가했습니다. 우리는 먼저 CD의 외측 심실에서 분리된 미세절개 조직에서 Ob에 노출된 마우스에 대해 하우스키핑 단백질 β-actin에 대해 웨스턴 블로팅36을 수행했습니다. 모든 샘플은 예상대로 β-actin의 강한 발현을 보여주었습니다(그림 2C). 그런 다음 이전에 보고된 방법론32에 따라 미세절개된 조직에서 RNA를 분리했습니다. 분리된 RNA는 고순도(260/280 ≥ 2)와 무결성(RIN 값 ≥ 9)을 모두 나타냈으며, 이는 고순도, 분해되지 않은 RNA를 나타냅니다(그림 2D).
그런 다음 다양한 혈청 분리 방법을 비교했습니다. minivette 방법을 사용하여 일상적으로 더 많은 양의 비용혈 혈청을 수집했으며, 중력 배액 및 흉부 천자는 많은 샘플에서 매우 다양한 부피 수집 및 용혈을 초래했습니다(그림 3A, B). 이 기술을 통해 얻은 혈청의 품질을 설명하기 위해 제조업체의 지침에 따라 총 콜레스테롤 시약을 사용하여 총 혈청 콜레스테롤 수치를 측정했습니다. 태아의 콜레스테롤 수치는 인간 태아를 대상으로 한 선행 연구에 근거한 임신 후기 새끼의 예상 범위 내에 있었다37. 야생형(그림 3C, 왼쪽) 및 Nf1-이형접합 새끼(그림 3C, 오른쪽) 모두에 대해 CD에 노출된 것과 비교하여 Ob에 노출된 마우스에서 수준이 증가했습니다. 오른쪽 패널은 환자가 확인한 생식세포 돌연변이(R681X, C383X)32,38,39와 함께 두 개의 서로 다른 Nf1-이형접합 균주의 결합된 데이터를 보여줍니다.

그림 1: 워크플로우의 그래픽 요약. 새끼는 먼저 임신 한 댐에서 격리됩니다. 그런 다음 새끼에서 혈청을 채취합니다. 마지막으로, 전체 뇌를 새끼로부터 분리하고, 원하는 경우 관심 부위를 미세절개합니다. BioRender.com 로 만든 그래픽. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 예시적인 결과, 뇌 조직. (A) Nestin 프로모터의 제어 하에 핵-국소화된 시안 형광 단백질을 발현하는 Nestin-CFPnuc 마우스의 냉동 절제된 뇌를 이 방법으로 수확하고 이전에 보고된 방법론32에 따라 GFAP(빨간색)에 대해 면역염색했습니다. Nestin 양성 세포는 내인성 Nestin-CFPnuc 발현(녹색)을 통해 시각화됩니다. 핵을 비스-벤즈이미드(파란색)로 대조염색하였다. CD와 Ob에 노출된 WT 뇌 사이에는 유의미한 차이가 없었다. 스케일 바 = 100 μm. (B) Nestin-CFPnuc; Nf1mut/+ 새끼도 유사하게 평가되었습니다. GFAP 및 Nestin-CFP 분포는 WT와 유사하게 나타났으며 식이 상태에 따라 다르지 않았습니다. 스케일 바 = 100 μm. (C) 단백질은 LV로부터 미세절개된 조직으로부터 분리하였다. 웨스턴 블로팅은 이전에 보고된 방법론36 에 따라 레인당 20 μg의 단백질이 로딩되어 수행하였다. 모든 샘플에서 강력한 β-actin 발현이 검출되었습니다. (D) RNA는 이전에 보고된 방법론32에 따라 미세절개된 조직으로부터 분리하였다. RNA 품질은 260/280 비율과 RIN 값을 통해 평가되었습니다. 모든 샘플은 우수한 260/280 비율(≥2) 및 RIN 값(≥9)을 나타내어 분해되지 않은 RNA의 우수한 분리를 나타냅니다. 약어: CFP = 시안 형광 단백질; GFAP = 신경교세포(glial fibrillary acidic protein); WT = 야생형; LV = 외측 심실; RIN = RNA 무결성 번호. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 예시적인 결과 및 혈청. (A) 혈청은 설명된 각 방법으로부터 수집하였다. minivette를 사용한 채취는 중력 보조 배액 및 흉부 천자에 비해 용혈되지 않은 혈청의 일상적인 채취를 가능하게 했습니다. (B) 혈청의 일반적인 수집 용량이 표시됩니다. Minivette 컬렉션은 더 많은 양의 세럼을 보다 재현성 있게 수집할 수 있게 해주었습니다. 다중 비교를 통한 일원 분산 분석에 의해 결정되는 통계적 유의성. 오차 막대: SEM. (C) 총 혈청 콜레스테롤은 CD와 Ob-노출된 WT(왼쪽) 및 Nf1-이형접합(오른쪽) 통합 태아 혈청에서 측정되었습니다. OB에 노출된 동물은 두 유전자형 모두에서 더 높은 혈청 콜레스테롤을 나타냈다. t-검정에 의해 결정되는 통계적 유의성. 오차 막대 : SEM. 약어 : WT = 와일드 타입; CD = 대조 식단; Ob = 난소 유발 식단. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 S1: 식이 조성물. 이 원고에 사용된 대조군 및 난생 식단의 구성을 보여줍니다. 참고: D12331의 개별 식이 성분을 더 잘 조절하는 저지방, 무자당 식이요법의 경우 D12328 식이요법(researchdiets.com)이 선호될 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
생쥐로부터 혈액을 채취하는 전통적인 방법에는 후불, 꼬리 정맥, 복재정맥, 안면 정맥 및 경정맥 출혈이 포함된다 40,41,42. 불행히도, 이러한 방법은 동물의 크기와 작고 섬세한 혈관 구조로 인해 배아 혈액 수집에 이상적이지 않습니다. 참수 후 중력 보조 배액을 통한 혈액 수집은 샘플에서 낮은 수집량과 심각한 용혈을 초래했습니다. 이전 프로토콜은 흉부 혈관에서 혈액을 배출하기 위해 변형된 20G 바늘을 사용함으로써 부피가 개선되었다고 보고하였다33; 그러나 우리는 이 기술이 기술적으로 어렵다는 것을 알았고 용혈률이 높기 때문에 많은 다운스트림 응용 분야에 적합하지 않았습니다. 우리의 방법은 수동적 혈류를 통해 채취하는 장점이 있어 흡인으로 인한 순전한 스트레스로 인한 용혈 위험을 줄입니다. 또한 모세관의 플런저는 혈액을 채취 튜브로 빠르고 효율적으로 전달하여 공기 노출을 최소화하고 혈전의 파편화를 제한합니다. 중요한 것은 동일한 동물에서 전체 또는 국소적으로 절개된 뇌 조직을 연속적으로 수집할 수 있어 전체 실험 동물의 필요성을 줄일 수 있다는 것입니다.
이 프로토콜은 수집 품질과 효율성을 최적화하기 위한 조정 사항이 없는 것은 아닙니다. 혈청 채취의 경우, 과도한 체액은 동물을 미끄럽게 만들고 혈액 채취의 품질에 부정적인 영향을 미치는 불량하거나 불안정한 위치의 가능성을 높일 수 있으므로 혈액 채취 전에 동물에서 배액과 추가 PBS를 부드럽게 제거하는 것이 중요합니다. 또한 손가락이 모세관에 인접해 있으면 채취 중에 장갑을 낀 손가락에 혈액이 달라붙기 때문에 배아를 잡고 있는 동안 손가락 위치를 잡는 것이 중요합니다. 또한 모세관의 입구를 흐르는 혈액에 잠기지 않고 인접하게 유지하는 것이 중요합니다. 튜브가 물에 잠기면 모세관 수집이 중단됩니다. 마지막으로, 혈청 수집을 최적화하기 위해 다운스트림 적용을 신중하게 고려해야 합니다. 예를 들어, 포도당은 실온에서 처리되지 않은 튜브에서 시간이 지남에 따라 분해되므로 포도당 수준43,44를 정확하게 정량화하기 위해 불화나트륨 또는 EDTA 함유 튜브로 수집해야 할 수 있습니다.
뇌 조직 채취를 위해서는 머리 양쪽의 피부와 투명한 두개골을 조심스럽게 제거하는 것이 깨끗한 추출을 위해 매우 중요합니다. 한쪽만 절개하면 뇌가 두개골에 달라붙어 제거를 시도할 수 있으며, 이로 인해 조직이 찢어지고 뒤틀릴 수 있습니다. 뇌를 절개하기 위해서는 앞쪽과 중간 피질, 중간 피질과 뒷뇌를 분리하기 위해 하나의 깨끗한 조각을 만드는 것이 중요합니다. 여러 번 절개하면 조직의 구조적 무결성이 손상되거나 후속 미세 절개를 위한 기준점이 모호해질 수 있습니다. 마지막으로, 고정 또는 스냅 얼링까지 샘플을 얼음 위에 유지하는 것은 샘플 분해를 방지하는 데 중요합니다.
우리는 더 많은 양의 비용혈 혈청을 정기적으로 수집하기 때문에 이 방법을 선호하지만 단점이 없는 것은 아닙니다. 다른 기술에 비해 용혈이 감소하지만 이 방법이 위험을 제거하지는 않습니다. 모세관은 혈액 흐름이 멈추면 혈전으로 막힐 수도 있으므로 응고로 인한 채취 실패의 위험을 완화하기 위해 참수 후 신속하게 작업하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜에서 시료 무결성을 유지하기 위해 수행되는 시료를 얼음 위에 보관하는 것도 일부 표현형에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며 모든 응용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다.
결론적으로, 이 방법론은 동일한 태아에서 전체 또는 국소적으로 미세해부된 뇌뿐만 아니라 혈청을 동시에 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술은 다량 영양소 프로필의 산모의 식단으로 인한 변화와 같은 전신 요인이 NF1 또는 기타 장애의 신경 발달에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 해결하는 데 사용할 수 있습니다.
저자는 이해 상충이 없습니다.
N Brossier는 Neurofibromatosis Therapeutic Acceleration Program(NTAP, Grant # 210112)에서 자금을 지원하는 신경섬유종증 임상 및 중개 연구의 Francis S. Collins 장학생 프로그램의 지원을 받습니다. 이 출판물은 존스 홉킨스 의과대학(Johns Hopkins University School of Medicine)의 NTAP의 자금 지원으로 부분적으로 지원되었습니다. 그 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 존스 홉킨스 대학교 의과 대학의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다. 세인트루이스 아동병원(FDN-2022-1082 to NMB) 및 세인트루이스 당뇨병 연구 핵심(NIH P30 DK020579)의 워싱턴 대학교의 추가 지원. 현미경 검사는 Washington University School of Medicine, The Children's Discovery Institute of Washington University, St. Louis Children's Hospital(CDI-CORE-2015-505 및 CDI-CORE-2019-813) 및 Foundation for Barnes-Jewish Hospital(3770 및 4642)의 지원을 받는 Washington University Center for Cellular Imaging(WUCCI)을 사용하여 수행되었습니다. Nestin-CFPnuc35 마우스는 Grigori Enikolopov (Renaissance School of Medicine, Stony Brook University, NY)에 의해 아낌없이 제공되었고, R681X 또는 C383X 생식세포 돌연변이 32,38,39에 대한 Nf1 마우스는 David Gutmann (Washington University School of Medicine, St. Louis, MO)에 의해 아낌없이 제공되었다. 그림 1은 BioRender.com 로 만들어졌습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| #5/45 펜치 | 뒤몽 | 11251-35 | 팁 모양: 각도 45°C; |
| 4200 Tapestation | Agilent | G2991BA | RNA 무결성 및 품질 확인, RIN 값 측정 |
| 벤치탑 액체 질소 용기 | Thermo Fisher | 2122 | 또는 기타 극저온 안전 용기 |
| Control Chow | PicoLab | 5053 | Research diets D12328(저지방, 저당)도 사용할 수 있습니다. |
| 곡선형 펜치 | 콜 파머 | UX-10818-25 | 팁 모양: 곡선형 90도; |
| 해부 블레이드 핸들 | Cole-Parmer Essentials | 10822-20 | SS Siegel-Type, #10 to #15 블레이드 |
| EMS SuperCut 해부 가위 | 전자 현미경 과학 | 72996-01 | 5½ " (139.7 mm), 스트레이트 |
| GFAP 항체 | Abcam | ab7260 | 희석 1:350. 0.3M 글리신을 함유한 10% 혈청으로 차단합니다. |
| Glassvan 탄소강 수술용 칼날, 크기 11 | MYCO 의료 | 2001T-11 | #11 칼날은 직선적이고 평평한 절단을 허용합니다 |
| 마이크로 랩 스푼 | Az Scilab | A2Z-VL001 | 스테인리스 스틸, 오토클레이브 |
| 가능한 마이크로 가위 | Rubis | 78180-1C3 | 모델 1C300 |
| Minivette POCT 중립 | Sarstedt | 17.2111.050 | 공칭 부피: 50 &마이크로; L, 준비없이 |
| Nanorop | Thermo Fisher | 13-400-519 | RNA 농도 측정, 260/280 비율 |
| 비만 다이어트 | Researchdiets.com | D12331 | 고지방, 고 자당 |
| 총 콜레스테롤 시약 | Thermo Fisher | TR13421 | 비색 검출 |
| 및 베타; -액틴 항체 | 세포 신호 | 8457 | 묽게 1 : 1,000. |