이 연구는 참수, 고정, 동결 절제, 형광 염색, 면역 염색 및 이미징을 포함하는 조직 처리를 위한 단순화된 프로토콜을 제시하며, 이는 공초점 및 다광자 이미징으로 확장될 수 있습니다. 이 방법은 복잡한 해부에 필적하는 효능을 유지하며 고급 운동 기술의 필요성을 우회합니다. 정량적 이미지 분석은 광범위한 조사 잠재력을 제공합니다.
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이 연구는 참수, 고정, 동결 절제, 형광 염색, 면역 염색 및 이미징을 포함하는 조직 처리를 위한 단순화된 프로토콜을 제시하며, 이는 공초점 및 다광자 이미징으로 확장될 수 있습니다. 이 방법은 복잡한 해부에 필적하는 효능을 유지하며 고급 운동 기술의 필요성을 우회합니다. 정량적 이미지 분석은 광범위한 조사 잠재력을 제공합니다.
초파리 멜라노가스터 뇌의 면역 염색은 복잡한 행동, 신경 회로 및 단백질 발현 패턴의 메커니즘을 탐구하는 데 필수적입니다. 전통적인 방법은 종종 복잡한 해부 수행, 조직 무결성 유지, 고해상도 이미징 중 특정 발현 패턴 시각화와 같은 문제를 수반합니다. 당사는 동결 절편과 형광 염색 및 면역 염색을 결합한 최적화된 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 조직 보존 및 신호 선명도를 개선하고 초파리 뇌 이미징을 위한 힘든 해부의 필요성을 줄여줍니다. 이 방법은 신속한 해부, 최적의 고정, 동결 보호 및 동결 절편을 수반한 후 형광 염색 및 면역 염색을 수반합니다. 이 프로토콜은 조직 손상을 크게 줄이고 항체 침투를 강화하며 선명하고 잘 정의된 이미지를 생성합니다. 우리는 특정 신경 집단과 시냅스 단백질을 높은 충실도로 시각화하여 이 접근 방식의 효과를 입증합니다. 이 다재다능한 방법을 사용하면 여러 z-평면에 걸쳐 성인 뇌의 다양한 단백질 마커를 분석할 수 있으며 다른 조직 및 모델 유기체에 적용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 초파리 신경생물학 연구에서 고품질 면역조직화학을 수행하는 연구자에게 신뢰할 수 있고 효율적인 도구를 제공합니다. 이 방법의 상세한 시각화는 신경 해부학, 병리학 및 단백질 국소화에 대한 포괄적인 분석을 용이하게 하여 신경 과학 연구에 특히 유용합니다.
사회적 상호작용1, 감각 지각 및 처리2, 학습3, 움직임4에 이르는 복잡한 행동은 뇌에 의해 주도된다. 신경 장애도 점점 더 흔해지고 있으며 시간이 지남에 따라 증가할 것으로 예측됩니다 5,6. 뇌가 건강과 질병 모두에서 어떻게 작용하는지 연구하는 것은 매우 중요합니다. 분자생물학의 중심 교리에 따르면, 생물학적 단위의 가장 중요한 기능 중 하나는 단백질7이며, 단백질이 얼마나 많이 발현되는지, 그리고 어디서 발현되는지는 뇌가 어떻게 작동하는지를 이해하는 데 매우 중요하다.
흔히 초파리(fruit fly)로 알려진 초파리(Drosophila melanogaster)는 노화 및 병태생리학적 조건에서 뇌 기능을 연구하는 데 매우 유용한 모델이다8. 초파리에서 고급 유전 도구를 사용할 수 있게 됨에 따라 연구자들은 거의모든 단백질의 기능을 탐구할 수 있으며9 거의 모든 유전자에 대한 포괄적인 유전자 라이브러리를 쉽게 접근할 수 있습니다10. 짧은 수명과 높은 번식률과 함께 이러한 특징은 초파리를 뇌 연구를 위한 탁월한 모델로 만듭니다11. 이는 파리12의 완전한 뇌 지도를 개발하는 등 중요한 업적을 남겼으며, 일주기 리듬과 분자 시계 13,14,15의 신경 메커니즘을 규명한 공로로 노벨상을 수상하기도 했습니다. 그 결과, 초파리는 강력하고 다재다능한 시스템으로 남아 뇌 기능에 대한 이해를 촉진하고 신경학적 과정에 대한 전례 없는 통찰력을 제공합니다.
면역조직화학(Immunohistochemistry)과 면역형광법(immunofluorescence)은 단백질 in situ 를 연구하기 위한 기초 도구입니다.반정량적 분석만 가능하고 일반적으로 벌크 조직16에서 수행되는 웨스턴 블롯(Western Blott)과 같은 기술 또는 단백질 수준17을 측정하기 위한 질량 분석법과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 기술과 대조적으로, 면역조직화학은 비교적 간단하며 단백질 발현의 정량화와 조직 또는 세포 내 단백질의 국소화를 모두 측정할 수 있습니다. 중요한 것은 형광 면역조직화학을 다중화하여 여러 단백질을 측정하여 특정 세포 유형과 조직을 식별하거나 동일한 조직에서 여러 질문에 답할 수도 있다는 것입니다. 또한 조직 고정을 통해 다양한 실험 조건, 유전자형, 연령 및 일주기 시점을 비교할 수 있습니다. 그러나 형광 면역조직화학은 까다로울 수 있으며 많은 요인이 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 초파리 뇌를 위한 이 최적화된 동결 절제 및 면역 염색 프로토콜은 조직 보존, 항체 침투, 신경 집단 및 단백질 마커의 시각화를 개선하여 고해상도 이미징을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 복잡한 해부, 조직 손상 및 전뇌 마운트와 관련된 제한된 이미징 해상도와 같은 기존 방법의 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다18. 이 프로토콜은 동결 절편과 형광 염색을 결합하여 여러 z-평면에서 구조적 무결성과 선명한 이미징을 보장합니다. 전체 마운트 제제와 비교하여 이 방법은 뒤틀림을 최소화하고 더 깊은 항체 확산을 촉진하며 명확한 신경 해부학적 및 단백질 국소화 분석을 제공합니다18. 그 다양성은 다른 조직 및 모델 유기체에 대한 적응을 가능하게 하여 신경과학 연구를 위한 신뢰할 수 있고 효율적인 도구를 제공합니다19,20. 거의 모든 단백질을 관찰하도록 조정할 수 있으며 모든 상태, 질병 또는 모델을 연구하는 데 적용할 수 있습니다.
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1. 장비 준비
2. 용액 준비
3. 조직의 채취
4. 전체적인 조직의 정착
5. 금형 준비
6. 금형의 냉동 절편
참고: 일반적으로 실험 그룹 주형을 절단하기 전에 빈 주형을 준비하고 절단하는 것이 좋습니다. 이를 통해 조직을 절단하기 직전에 휠, 블레이드 및 안티롤 유리의 적절한 기능을 보장할 수 있습니다.
7. 염색 및 IHC
참고: 이 프로토콜의 경우 이 방법은 접합되지 않은 1차 항체를 사용하여 IHC를 자세히 설명합니다. 형광색소 접합 항체 또는 단일 단계에서 수행할 수 있는 기타 형광 염색은 둘 다 함께 사용하는 경우 2차 항체와 함께 사용해야 합니다.
8. 이미징을 위한 장착 및 준비
9. 이미지 획득
참고: 이미지 캡처의 경우 Olympus Cell Sense Dimensions 소프트웨어의 사용에 대해 자세히 설명합니다.
10. 정량화
참고: 정량화는 다양한 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있습니다. 여기서는 Olympus CellSense Dimensions의 사용을 참조합니다.
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위에서 설명한 방법을 사용하면 성체 파리 뇌의 형광 이미징을 지루한 해부 없이 안정적으로 수행할 수 있습니다. 그림 1에서 간단히 볼 수 있듯이 이 방법은 간단하며 모든 시편, 장비 및 재료를 쉽게 구할 수 있는 경우 신속하게 수행할 수 있습니다. 또는 OCT 금형 단계에서 -80°C 보관을 사용하면 몇 주 후에 사용할 수 있도록 시편을 보관할 수 있습니다. 연구자들은 간단한 해부 및 임베딩 기술을 배우기 위해 오랜 시간 훈련을 받을 필요가 없으므로 이 방법을 쉽게 이용할 수 있습니다.
이 방법을 사용하여 수행된 형광 현미경 검사의 예는 그림 2A-D에서 볼 수 있습니다. 항체 태그(ApoE)와 형광 염색(Nile Red)의 ...
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여기에서는 동결 절제된 초파리 머리의 정밀한 형광 이미징을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이것은 몇 가지 중요한 장점이 있는 간단한 접근 방식입니다. 즉, 이 방법은 기본적인 실험실 안전 교육을 받은 사람이라면 누구나 이수할 수 있을 만큼 간단하고, 고품질 항체가 존재하는 모든 단백질의 발현을 측정할 수 있으며, 관심 단백질이 얼마나 많이 발현되는지와 머리 전체에서 해당 발현이 발생하는 위치를 정확하게 측정할 수 있습니다. 조직과 이미지 품질이 충분히 높으면 전체 초파리 머리에 걸쳐 발현을 3D 매핑할 수 있습니다.
컨포칼 현미경 검사와 결합된 이미징을 위해 뇌를 분리하는 기술적으로 어려운 접근 방식과 달리, 이 프로토콜은 뇌뿐만 아니라 초파리 머리 전체에 걸쳐 이미징을 가능하게 합니다. 이것은 파리 시각 시스템이 뉴런 기능의 중요한 모델이라는 점을 감안할 때
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저자는 공개할 내용이 없습니다.
프로토콜 개발에 귀중한 피드백을 제공하는 데 도움을 주신 Melkani 연구실 구성원들에게 감사드립니다. 플라이 스톡인 Elav-Gal4 (BL#458) 및 UAS-ApoE4 (BL#76607)는 Bloomington Drosophila Stock Center (Bloomington, IN, USA)에서 획득하였다. 이 작업은 미국 국립보건원(NIH)의 보조금 AG065992 및 G.C.M에 대한 RF1NS133378의 지원을 받았습니다. 이 작업은 UAB Startup Funds 3123226 및 G.C.M의 3123227에서도 지원됩니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1000 uL 피펫 | Eppendorf | 3123000063 | |
| 1000 uL 피펫 팁 | Olympus Plastics | 23-165R | |
| 10X 인산염 완충 식염수(PBS) | Fisher | J62036.K7 | ph=7.4 |
| 200 Proof Ethanol | Decon Laboratories | 64-17-5 | |
| 20X Tris 완충 식염수 | Thermo Scientific | J60877.K2 | pH=7.4 |
| AF750 염소 안티 마우스 2차 항체 | Alexa Fluor | A21037 | |
| 안티 롤 유리 | IMEB | AR-14047742497 | |
| ApoE 마우스 1차 항체 | Santa Cruz | SC13521 | |
| 소 혈청 알부민 | Fisher | 9048-46-8 | |
| 원심분리기 튜브 1.5mL | Fisher | 05-408-129 | |
| 충전 슬라이드 | Globe Scientific | 1415-15 | |
| 저온 절편 금형 | Fisher | 2363553 | |
| 저온 유지 장치 | Leica | CM 3050 S | |
| 저온 유지 장치 블레이드 | C.L. Sturkey | DT554N50 | |
| ??? | |||
| Fine Forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| Fly Pad | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | |
| 경화 장착 매체 Dapi | Vectashield | H-1800 | |
| Kimwipes | Kimtech | 34120 | |
| 현미경 | Olympus | SZ61 | |
| Nile Red | Sigma | N3013 | |
| 최적 절단 온도 화합물 | Fisher | 4585 | |
| 오비탈 셰이커 | OHAUS | SHLD0415DG | |
| 파라포름알데히드 20% | 전자 현미경 과학 | 15713 | |
| 면도날 | Gravey | #40475 | |
| 스프링 가위 | 미세 과학 도구 | 15000-10 | |
| 설탕 | 피셔 | S5-500 |
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