본 프로토콜은 염료 및 동결 절편을 사용하여 바이러스 추적을 수행하기 전에 입체탁 주입 좌표의 검증 단계를 신속하게 처리하기 위한 실용적인 전략을 설명합니다.
방법 논문
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본 프로토콜은 염료 및 동결 절편을 사용하여 바이러스 추적을 수행하기 전에 입체탁 주입 좌표의 검증 단계를 신속하게 처리하기 위한 실용적인 전략을 설명합니다.
특정 뇌 부위에 대한 입체적 주입은 기초 신경과학의 기본적인 실험 기법입니다. 연구자들은 일반적으로 마우스의 다양한 개체군/연령 및 다양한 입체 장비를 사용한 마우스 뇌 아틀라스 또는 발표된 자료에 따라 입체탁스 주입 매개변수를 선택하므로 입체 좌표 매개변수에 대한 추가 검증이 필요합니다. 칼슘 이미징, 화학유전학 및 광유전학 조작의 효능은 관심 영역 내 리포터 유전자의 정확한 발현에 달려 있으며, 종종 몇 주간의 노력이 필요합니다. 따라서 대상 뇌 영역의 좌표를 미리 확인하지 않으면 시간이 많이 걸리는 작업입니다. 바이러스 대신 적절한 염료를 사용하고 동결 절제를 구현하면 연구원은 염료 투여 직후 주입 부위를 관찰할 수 있습니다. 이를 통해 실제 사출 부위와 이론적 위치 사이에 불일치가 있는 경우 좌표 매개변수를 적시에 조정할 수 있습니다. 이러한 조정은 후속 실험에서 표적 영역 내에서 바이러스 발현의 정확도를 크게 향상시킵니다.
생체 내 칼슘 기록, 광유전학 및 화학유전학 도구를 포함한 거의 모든 현대 신경 조절 도구는 신경 조작의 기초를 형성하는 뇌 관심 영역 1,2,3을 표적으로 하기 위해 입체 좌표를 사용해야 합니다. 쥐의 뇌 영역에 대한 입체 좌표는 두개골의 뼈 랜드 마크인 브레그마 (bregma)와 람다 (lambda)와 관련하여 정의되며, 소위 두개골 유래 입체 좌표계를 형성합니다. bregma 또는 lambda는 3차원 좌표의 영점 역할을 할 수 있습니다. 3개의 축은 전후(AP), 내측(ML) 및 등쪽(DV)으로, 입체 기기의 디지털 디스플레이에서 y, x 및 z축을 나타냅니다. 잘 알려진 뇌 영역의 경우, 특정 영역의 입체 좌표 매개변수는 마우스 뇌 아틀라스(mouse brain atlases)4(예: 입체 좌표에서의 팍시노스(Paxinos) 및 프랭클린의 마우스 뇌) 및/또는 발표된 문헌 5,6으로부터 얻어질 수 있다. 그러나 입체 택시 장비의 다양성과 다른 연구자가 사용하는 마우스의 연령/개체군으로 인해 추가 검증이 필요합니다.
구조는 기능의 기초입니다. 신경 회로는 인지 활동, 감정, 기억, 감각 및 운동 기능과 같은 많은 뇌 기능의 기초를 형성합니다1. 구조를 분류하고 신경 회로의 활동을 조작하는 것은 특정 신경 회로의 기능을 이해하는 데 필수적입니다. 지난 수십 년 동안 신경 추적자는 여러 세대에 걸쳐 진화해 왔습니다. 초기 연구에서는 밀 배아 응집체(WGA) 및 위상 올루스 불가리스 응집체(PHA)를 전행 추적자로, 플루오로골드(FG), 콜레라 독소 소단위 B(CTB), 카보시아닌을 역행 추적자로 채택했습니다. 그러나 바이러스 추적자와 달리 이러한 전통적인 신경 추적자는 외인성 유전자를 숙주에 통합할 수 없으며 세포 유형 선택성도 없습니다. 오늘날 바이러스 전략은 기초 신경 과학 연구에서 중요한 제안이 되었습니다. 다양한 연구 목적을 위해 다양한 바이러스 도구를 선택할 수 있습니다 7,8. non-trans-transsynaptic virus, trans-multisynaptic virus(역행 및 전행성) 및 trans-monosynaptic virus(역행 및 전행성 바이러스)가 있습니다. 각 범주에는 각각의 특성을 가진 여러 유형이 포함되어 있습니다.
바이러스 투여 및 발현 과정은 시간과 자원이 많이 소요되며 종종 몇 주 또는 그 이상이 걸립니다. 다양한 바이러스 벡터 중에서, 아데노 관련 바이러스는 유전자 전달을 위한 유망한 수단으로 확인되었으며, 실험 절차 7,8에서 주입 후 3주에서 8주에 이르는 넓은 기간을 제공합니다. AAV가 발전함에 따라, 분석은 투여 후 2-3주 후에 수행할 수 있다 9,10. 가성 광견병 바이러스(PRV) 및 광견병 바이러스(RV)와 같은 다른 신경 회로 추적자도 최소 2-7일의 추적 기간을 필요로 합니다 11,12,13,14,15. 따라서 형광 신호를 관찰하기 전에 주입 부위를 미리 검증하는 것은 시간적으로나 비용 효율적입니다.
입체적 주입의 간단하고 신속한 검증을 용이하게 하기 위해 이 연구에서는 바이러스 벡터 전에 염료를 투여하고 동결 절개를 통해 연구원은 주입 부위를 관찰하고 주입 후 30분 이내에 추적할 수 있습니다.
모든 동물실험은 ARRIVE(Animal Research Reporting In Vivo Experiments) 가이드라인 및 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험동물 관리 및 사용 가이드(National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)에 따라 수행되었습니다. 본 연구는 상하이 교통대학교 의과대학 렌지 병원(Renji Hospital)의 동물 보호 및 사용 위원회(Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았습니다. 본 연구에는 8주령의 C57BL/6J 수컷 마우스가 사용되었다. 동물은 상업적으로 획득되었고( 재료 표 참조) 표준 케이지(22°C ± 2°C, 12시간/12시간 명암주기, 음식 및 물)에 수용되었습니다.
1. 표적 뇌 영역의 선택
알림: 이것은 멸균 절차입니다. 모든 수술 기구가 멸균되었는지 확인하십시오. 수술 기구에 닿기 전에 장갑에 알코올을 뿌립니다. 기구의 끝부분이나 수술 부위를 장갑으로 만지지 마십시오. 시술을 시작하기 전에 오른쪽 반사 신경의 손실과 피부 자극에 대한 반응이 없는지 확인하여 마우스가 적절하게 마취되었는지 확인하십시오. 드릴링 및 주입 전에 호흡수(분당 60-220회 호흡, 분당 평균 100-150회 호흡)와 호흡 진폭(일관성이 있어야 하며 과도하게 얕거나 깊지 않아야 함)을 면밀히 모니터링하십시오. 호흡수 또는 진폭의 중요한 변화를 기록해야 합니다.
2. 염료 용액 및 뇌 미세 주입 준비
3. 뇌 조직 채취 및 냉동 절개
4. 이미징
이 연구는 입증된 방법을 사용하여 30분 이내에 주입 부위를 성공적으로 식별했습니다. 처음에는 브로모페놀 블루를 함유한 SDS-PAGE 샘플 로딩 용액을 C57/BL 마우스의 LDTgV에 주입했습니다. 그림 1A 는 염료 용액 주입의 개략도를 보여줍니다. LDTgV에서 청색 염료의 분포는 그림 1B에 나와 있습니다.
브로모페놀 블루는 또한 이 프로토콜의 보편성을 평가하기 위해 mPFC 전변연계 피질, mPFC 뇌변연계 피질 및 수암암편도체(BMA)에 주입되었습니다. 그림 1C-E 및 그림 2A에서 볼 수 있듯이 청색 염료는 mPFC 전변연계 피질, mPFC 변연계 피질 및 BMA에 분포되어 있습니다.
또한, 형광 mCherry 단백질을 운반하는 아데노 관련 바이러스를 LDTgV에 주입했습니다(염료 용액을 사용하여 좌표를 확인함). 바이러스가 발현되는 데는 4주가 걸렸다. LDTgV에서 mCherry+ 뉴런의 분포는 그림 2B에 나와 있습니다.

그림 1: 염료 용액 주입. (A) 염료 용액 주입의 개략도. (B) LDTgV의 청색 염료 분포. (C) mPFC 전변연계 피질의 청색 염료 분포. (D) mPFC 대뇌엽 피질에서의 청색 염료의 분포. (E) BMA의 청색 염료 분포. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 현미경으로 본 청색 염료 분포 및 mCherry 분포. (A) mPFC prelimbic cortex의 청색 염료 분포(10배 확대, 눈금 막대 = 500μm). (B) 형광 현미경으로 획득한 LDTgV 영역의 mCherry 분포를 대표하는 이미지(10배 확대, 눈금 막대 = 500μm). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 논문은 바이러스 추적 전에 입체적 뇌 주입 5,6의 정확성을 더 빠르고 간단하게 검증할 수 있는 안정적인 전략을 설명했지만, 뇌 영역에서 리포터 유전자 발현의 대체 불가능한 측면은 뇌 영역 라벨링에 매우 중요합니다. 우리가 사용한 파란색 염료는 주입 부위를 즉시 시각화할 수 있었습니다.
이 프로토콜의 몇 가지 중요한 단계는 주입 부위의 정확도를 향상시키는 데 기여합니다. 첫째, 1.5 단계의 입체 도구에서 뇌의 좌우 수평을 보장합니다. 이 단계에서는 작업자가 두개골 해부학적 구조에 익숙해야 하며 이어 바가 올바른 위치에 배치되었는지 확인해야 합니다. 이어 바의 눈금과 입체 프레임도 참조 역할을합니다. 둘째, 1.6 단계와 2.3 단계에서 정확한 영점 인 브레그마를 찾습니다. 경우에 따라 1.6 및 2.3 단계에서 발견된 좌표의 상당한 불일치는 영점 위치의 상당한 차이로 인해 발생합니다. 이로 인해 미세주사기 바늘이 두개골 창을 관통할 수 없게 될 수 있습니다. 이러한 경우 영점을 재배치해야 하며 필요한 경우 새 두개골 창을 만들어야 합니다. 그럼에도 불구하고 2.3단계에서 영점을 다시 설정하고 좌표를 새로 찾는 것이 여전히 중요합니다. 이전에 만든 두개골 창에서 마이크로 주사기를 직접 삽입할 수 없습니다.
쥐의 뇌 절편 주형에서 얼지 않은 뇌를 절단하는 것과 비교했을 때, 이 전략은 단단한 표본 블록이 칼날이 뇌를 압박하여 염료가 주입 지점에서 옮겨지는 것을 방지하기 때문에 더 정확한 결과를 제공합니다. 더욱이, 뇌 절편 주형에 의해 절단된 뇌 부분은 상대적으로 더 두꺼워서 작은 대뇌핵을 국소화하는 것이 불가능하다. 그러나 표준 뇌 조직 냉동 절개 과정 11,12,13,14,15와 비교했을 때, 탈수 단계를 건너뛰어 처리 시간을 최소 72시간 단축했으며, 그 결과 뇌 절편이 더 약해지고 유리 슬라이드에서 집기가 더 어려워졌으며, 이는 이 프로토콜의 주요 약점을 나타냅니다.
염료 주입을 위한 두개골 창을 만들 때 치과 드릴을 손으로 잡는 것이 아니라 입체 암에 단단히 부착하면 미세 조정 손잡이를 사용하여 드릴 깊이를 제어하기 쉬워 뇌 조직의 손상 가능성을 줄일 수 있습니다.
결론적으로, 이 연구는 바이러스 추적 전에 정확한 입체택시 좌표를 예비 검증할 수 있는 유망한 방법을 제공하여 후속 뉴런 라벨링 및 추적 프로세스를 보다 신뢰할 수 있게 만들었습니다.
저자는 상충되는 이해관계가 없음을 선언합니다.
중국 국립 자연 과학 재단(XY Sun에 보조금 번호 82101249), 중국 박사후 연구 재단(XY Sun에 보조금 번호 2022M722125). 상하이 세일링 프로그램(SH Chen에 보조금 번호 21YF1425100). 상하이시 위생건강위원회 임상 연구를 위한 특별 프로젝트(J Zhou에게 보조금 NO. 202340088). 중국 국립 자연 과학 재단 (X Zhang에게 보조금 NO. 82101262, SH Chen에게 보조금 NO. 82101287).
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