마우스 모델은 배아 발달에 대한 이해를 증진하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 본 영상에서는 전체 고정된 마우스 배아 내의 단백질과 전사체를 염색하는 프로토콜과, 그 결과로 나타난 염색 양상을 3차원으로 정량 분석하는 방법을 설명합니다. 이러한 기술을 통해 핵심적인 발달 세포 유형과 과정을 시각화하고 분석할 수 있습니다.
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방법 논문
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2026년 9월 11일
마우스 모델은 배아 발달에 대한 이해를 증진하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 본 영상에서는 전체 고정된 마우스 배아 내의 단백질과 전사체를 염색하는 프로토콜과, 그 결과로 나타난 염색 양상을 3차원으로 정량 분석하는 방법을 설명합니다. 이러한 기술을 통해 핵심적인 발달 세포 유형과 과정을 시각화하고 분석할 수 있습니다.
마우스 모델은 배아 발달에 대한 우리의 이해를 증진시키는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 배아 내 단백질과 전사체의 발현 및 국소화를 분석하는 것은 발달과 질병의 기저에 있는 세포 및 분자적 메커니즘을 규명하는 데 매우 중요합니다. 하지만 마우스 배아의 전사체와 단백질을 분석하는 데 사용되는 기존 기술에는 한계가 있습니다. RNA in situ 하이브리드화는 전사체의 전체 마운트 염색을 가능하게 하지만, 다중 분석 능력이 부족합니다. 반면, 배아 절편 제작은 표적의 다중 염색을 가능하게 하지만, 2차원(2D)으로만 분석할 수 있다는 제약이 있습니다. 최근에는 RNAscope 및 면역형광 염색과 같은 기술이 전체 마운트 배아에 적용되어, 3차원(3D)에서 표적의 다중 분석이 가능해졌습니다. 이러한 방법들은 기존 기술의 한계 없이 배아 발달에 필수적인 주요 상호작용, 경로 및 세포 유형의 매핑을 가능하게 합니다.
본 논문에서는 RNAscope 또는 면역형광법을 사용하여 고정된 배아기(E) 8.5 및 E9.5 마우스 배아의 전체 마운트 염색(whole-mount staining)을 위한 최적화된 방법을 설명합니다. 두 방법 모두 단일 배아에서 최대 4개의 타겟을 동시에 다중 검출할 수 있게 합니다. 또한, 단일 배아 내에서 면역형광 염색과 RNAscope를 결합하여 발달 과정 중 단백질과 전사체 사이의 상호작용을 시각화하는 방법을 제공합니다. 나아가, Zeiss Arivis Pro 소프트웨어를 사용하여 배아 전체 및 특정 발달 세포 유형 내 타겟 발현에 대한 공초점 이미징 및 3D 분석 파이프라인을 설명합니다. 이러한 방법들을 통해 3D 상에서 다중 단백질 및 전사체 타겟에 대한 종합적인 분석이 가능하며, 이는 초기 및 중기 배아 발생 과정의 세포 및 분자적 상호작용을 분석하는 강력한 시스템을 제공합니다.
마우스 모델은 마우스와 인간 발달 과정 사이의 상동성과 Cre-LoxP 또는 CRISPR/Cas91,2와 같은 핵심 기술을 이용한 유전자 발현 조절 능력을 통해, 인간과 관련된 발달 과정을 in vivo에서 이해할 수 있게 함으로써 발달 생물학의 진전에 중요한 역할을 해왔습니다. 게놈 영역의 약 90%가 마우스와 인간 사이에서 보존되어 있으며3, 마우스와 인간은 많은 발달 과정을 공유합니다. 예를 들어, 마우스와 인간 모두 접합자의 형성에서 시작하여 배반포로 진행되고, 이어서 착상과 낭배 형성으로 이어지는 유사한 배아 발생 일정을 따릅니다4. 또한, 대부분의 장기 발달 과정이 마우스와 인간 사이에서 유사합니다. 예를 들어, 인간과 마우스의 심장은 모두 유사한 심장 루핑, 심방 및 심실의 중격 형성, 판막 형성, 유출로 형성 과정을 거쳐 4심실 심장을 형성합니다5. 따라서 발달 중인 심장과 완전히 발달한 심장 모두 마우스와 인간 사이에서 상당한 구조적 유사성을 보입니다6,7.
정상 및 병리적 발달 과정에서 일어나는 현상을 조사하기 위해, 주요 단백질과 전사체를 공간적으로 시각화할 수 있는 다양한 기술들이 개발되었습니다. 이러한 기술에는 면역형광 염색과 RNA in situ 하이브리드화가 포함됩니다.
RNA in situ hybridization은 1969년에 Gall과 Pardue8 및 John, Brinstall, Jones9에 의해, 그리고 1970년에 Buongiorno-Nardelli와 Amaldi10에 의해 처음 기술되었다. 이 방법은 조직 내 전사체 발현을 관찰하는 데 사용된다8. 간단히 설명하면, 원하는 표적에 상보적인 RNA 서열을 포함하는 프로브를 선택하고 검출을 위한 마커로 표지한다. 이러한 표지로는 방사성 표지, biotin 또는 digoxigenin이 있다. 고정된 시료를 투과화하여 프로브가 침투할 수 있게 한 다음, 프로브를 조직에 하이브리드화한다. 이후 조직을 직접 이미징하거나(방사성 표지의 경우), 알칼리성 포스파타아제 또는 형광 염료가 결합된 항체를 사용하여 표지를 시각화할 수 있다. RNA in situ hybridization은 3D 위치 파악을 위해 whole-mount 시료를 염색할 수 있다는 장점이 있다11. 그러나 매우 특정한 응용 분야에 최적화된 기술을 사용하거나, 염색체 형광 표지에 사용되는 M-FISH와 같은 DNA hybridization을 사용하지 않는 한, 일반적으로 2개 이상의 표적에 대한 멀티플렉싱 능력이 부족하다는 제한이 있다12,13.
1941년 Coons 등에 의해 처음 개발된 면역형광법.14,15은 고정 또는 동결된 샘플에서 표적 단백질을 검출하는 방법입니다. 간단히 설명하면, 샘플을 조직의 비표적 영역에 대한 비특이적 결합을 줄이기 위해 블로킹을 수행합니다. 그 다음, 표적 항원에 특이적인 1차 항체를 시료와 함께 배양합니다. 1차 항체는 형광 염료 또는 단백질에 직접 접합될 수 있으며, 또는 1차 항체가 생성된 종을 표적으로 하는 형광 접합 2차 항체를 사용하여 표적화할 수 있습니다. 직접 접합된 1차 항체보다 2차 항체를 사용할 때의 이점은 신호가 증폭되어 감도가 더 높아진다는 것입니다. 서로 다른 종에서 생성된 여러 1차 항체를 사용하고, 직접 접합된 항체 또는 서로 다른 들뜸 및 방출 스펙트럼을 가진 형광체에 접합된 2차 항체를 이용하면 표적 검출의 다중화(multiplexing)가 가능합니다.
RNA와 같은 전통적인 기법들은 인시튜(in situ) 하이브리다이제이션(hybridization)과 면역형광법(immunofluorescence)은 한계가 있습니다. 일반적으로 RNA 인 시투 (in situ) 하이브리드화(hybridization)는 시료 내에서 단일 표적만을 검출할 수 있으므로, 서로 다른 세포 유형 및 경로 간의 상호작용 분석에는 매우 제한적입니다. 또한, 면역형광법은 전통적으로 전체 마운트(whole-mount) 방식보다는 조직 절편에서 수행되어 공간 해상도가 2D로 제한되었습니다. 최근의 기술들은 3D 시스템 내에서 표적 검출을 다중화(multiplexing)하는 데 집중해 왔습니다. 면역형광 프로토콜의 최적화를 통해 전체 마운트 방식에서도 해당 기술을 사용할 수 있게 되었습니다.16또한, 면역형광법과 유사한 방식으로 형광 표지 프로브를 사용하여 전사체의 검출을 다중화할 수 있는 기술들이 개발되었습니다.
RNAscope는 2012년 Wang 등에 의해 처음 기술되었습니다. 이는 고정된 시료 내 전사체의 공간적 식별을 가능하게 하는 RNA in situ 하이브리드화 기술17을 기반으로 합니다. 간단히 설명하자면, 고정된 시료를 투과화하여 상보적인 전사체 서열에 결합하는 표적 프로브가 침투할 수 있도록 합니다. RNAscope 프로브는 표적 RNA의 18–25 base pair 영역에 특이적인 영역, 14 base pair를 포함하는 꼬리 영역, 그리고 두 개의 ‘Z 프로브’를 연결하는 스페이서 영역으로 구성된 ‘double-Z 디자인’을 갖추고 있습니다. 두 개의 꼬리 영역이 합쳐져 pre-amplifier가 결합하는 28bp 영역을 형성합니다. 결합된 Z 프로브 쌍은 pre-amplifier의 부위에 결합하는 일련의 amplifier 결합을 통해 증폭됩니다. Amplifier는 형광 마커 또는 horseradish peroxidase (HRP)가 표지된 프로브를 사용하여 특이적으로 표적화할 수 있습니다. 프로브의 double Z 디자인은 결합되지 않은 프로브의 증폭을 방지하여 비특이적 증폭을 줄이기 위한 것이며, 다수의 amplifier를 사용하는 것은 민감도를 높이기 위함입니다. RNA in situ 하이브리드화와 비교하여 RNAscope의 장점은 각 표적에 대해 서로 다른 형광 마커를 사용하여 단일 시료에서 전사체 검출을 다중화할 수 있다는 점입니다. RNAscope는 시료의 포르말린 고정 파라핀 임베딩 절편에 널리 사용되어 2D 상의 공간적 전사체 검출을 가능하게 했습니다18. 보다 최근의 연구들은 생쥐 배아의 whole-mount RNAscope 염색을 기술하여 주요 발생 과정의 3D 분석을 가능하게 했습니다19.
본 논문에서는 RNAscope in situ 하이브리다이제이션과 면역형광법을 모두 사용하여 고정된 E8.5 및 E9.5 마우스 배아를 전체 마운트(whole-mount)로 염색하는 최적화된 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 전체 마운트 E8.5/E9.5 배아에 성공적으로 적용 가능한 면역형광법과 RNAscope의 결합 개정 방법을 설명하며, Opal 780 형광체와 결합된 네 번째 RNAscope 프로브를 이용한 염색을 통합함으로써 전체 마운트 RNAscope 염색에 추가 채널을 더하는 방법을 제시하고, 염색된 배아 분석을 위한 광범위하게 적용 가능한 방법을 상세히 다룹니다. 이러한 방법들은 면역형광 염색과 RNAscope를 통해 최대 4개의 단백질 및 전사체 표적을 다중 시각화하고, 발달 중인 전체 마운트 E8.5/E9.5 마우스 배아에서 정량적 3D 분석을 가능하게 함으로써 세포 이동 및 신호 전달 경로와 같은 핵심 발달 과정에 대한 지식을 더욱 발전시키는 데 활용될 수 있습니다.
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All animal experiments were performed in compliance with the UK Animals (Scientific Procedures) Act 1986 and approved by the University of Oxford animal welfare review board and the Home Office (Project license PP7967396).
1. Dissection, dehydration, and storage of E8.5 and E9.5 mouse embryos
2. Staining whole-mount E8.5 and E9.5 embryos for proteins using immunofluorescence
NOTE: All wash steps are 1 mL volume performed in a 2 mL round-bottomed Eppendorf tube. Perform 1mL wash steps with gentle rocking and tubes at 90° to the plane of rocking. Remove and replace liquid using a 2 mL LDPE Pasteur pipette, taking care not to pipette up the embryo. When using E9.5 embryos, cut the end of the Pasteur pipette to prevent damage to the embryo in the case of inadvertent pipetting. Dilute methanol in PBS. Embryos can be stained individually or in a tube with up to 12 pooled embryos. For E9.5 embryos: up to 2 conditions can be stained in a single tube. If using multiple conditions, cut the tail of one of the groups so they can be distinguished when imaging.
3. Staining whole-mount E8.5 and E9.5 embryos for transcripts using RNAscope
NOTE: All wash steps are 1 mL in volume, performed in a 2 mL Eppendorf tube. Perform 1 mL wash steps with gentle rocking and tubes at 90° to the plane of rocking. Remove and replace liquid using a 2 mL LDPE Pasteur pipette, taking care not to pipette up the embryo. When using E9.5 embryos, cut the end of the Pasteur pipette to prevent damage to the embryo in the case of inadvertent pipetting. Methanol should be diluted with PBS. Switch on the hybridization oven prior to starting at 40 °C with some damp tissue at the bottom. Embryos can be stained individually or in a tube with up to 12 pooled embryos. For E9.5 embryos: up to 2 conditions can be stained in a single tube. If using multiple conditions, cut the tail of one of the groups so they can be distinguished when imaging.
4. Combined RNAscope and immunofluorescence staining in whole-mount E8.5 embryos
5. Preparing whole-mount embryos for imaging using point scanning or spinning disk confocal microscopy
6. Analyzing nuclei for counts and signal intensity
NOTE: This protocol covers analysis of nuclei using Zeiss Arivis Pro; similar analyses may be possible using alternative image analysis programs. It works best with samples that are nuclear, e.g., transcripts or nuclear proteins. If analyzing non-nuclear proteins, it may be worth using a stain to visualize cell structure, e.g., CellMask, which stains cell membranes, and examining the expression of markers within the entire cell.
An overview of the workflow is shown in Figure 1.

Figure 1: Immunofluorescence and RNAscope staining protocol. Schematic representing key stages of embryo harvest, immunofluorescence, RNAscope, combined immunofluorescence and RNAscope, sample imaging, and analysis. Colored boxes correspond to different protocol stages. Created in BioRender. Sparrow, D. (2026) https://BioRender.com/q6rmax8 Please click here to view a larger version of this figure.
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E8.5 embryos were stained by immunofluorescence following this protocol to analyze the number of migrating neural crest cells that were in the G2/M phase of the cell cycle. Samples were stained using antibodies targeting PHH3 to visualize the G2/M phase of the cell cycle and SOX10 to visualize migrating neural crest cells. Embryos were further stained with appropriate secondary antibodies. Nuclei were stained with DAPI. Samples were imaged using the Olympus SpinSR spinning disk confocal microscope with a 10x objective (N...
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Here, we describe an optimized method of analyzing gene and protein expression spatially within whole-mount E8.5 and E9.5 embryos. These methods have improved spatial resolution and multiplexing ability compared to traditional methods of RNA in situ hybridization and immunofluorescence of sections. This protocol builds upon existing recent protocols to examine developmental pathways in mouse embryos. One recent protocol used RNAscope and immunofluorescence staining to look at Wnt signaling in embryos, but staine...
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저자들은 상충하는 경제적 이해관계가 없음을 밝힙니다.
저자들은 본 원고에 포함된 현미경 관찰 및 이미지 분석에 대한 기술적 지원을 제공해 준 옥스퍼드 대학교 인체 유전학 센터(Centre for Human Genetics)의 세포 이미징 코어(Cellular Imaging Core) 시설 팀에 감사를 표합니다. 또한, 배아 생성을 위한 동물 관리 및 적기 교배 지원을 제공한 옥스퍼드 대학교 생의학 서비스(Biomedical Services) 직원들에게 감사를 표합니다.
본 연구를 위한 연구비는 British Heart Foundation Senior Fellowship FS/SBSRF/22/31022 (DBS), Additional Ventures Single Ventricle Fund (DBS), John Fell Fund, University of Oxford 0016065 (VSR) 및 Medical Sciences Internal Fund, University of Oxford 0016707 (VSR)로부터 제공되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 플라스틱 기구/유리 기구 | |||
| 3ml 파스퇴르 피펫, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 눈금 표시됨 | Wheaton | 711116 | |
| Eppendorf Safe-lock tubes 1.5ml 마이크로튜브 | Eppendorf | 0030 120.086 | |
| Ibidi µ-18-웰 슬라이드 | Ibidi | 81817 | #1.5H 유리 커버슬립, 미처리 |
| Menzel X1000 커버슬립 22x50 mm #1.5 (0.16-0.19mm) | Thermo Scientific | 17284904 | |
| 홈이 있는 현미경 슬라이드 | Marienfeld Superior | 1320000 | |
| 세이프 실 마이크로튜브 2ml | Sarstedt | 72.695.500 | 2ml 'Eppendorf' 튜브, 라운드 바텀 |
| 용액/완충액 | |||
| 1x 항체 희석제/블로킹 용액 | Akoya Biosciences | ARD1001EA | |
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| TSA-vivid™ 형광체 520 | ACD (Bio-Techne) | 323271 | 현재 ClariTSA™ 형광체 520 |
| TSA-vivid™ 형광체 570 | ACD (Bio-Techne) | 323272 | 이제 ClariTSA를 사용합니다.™ 형광체 570 |
| TSA-vivid™ 형광색소 650 | ACD (Bio-Techne) | 323273 | 현재 ClariTSA™ 형광체 650 |
| 장비/소프트웨어 | |||
| Fluoview FV4000 레이저 스캐닝 현미경 | 명백한 | FV4000 | 들뜸 레이저: 405/488/561/640/730 nm. 검출 파장 (그림 3): 430-470, 500-540, 570-620, 650-710, 750-850 nm. 검출 파장(그림 4) 430-470, 500-531, 570-620 nm. |
| GraphPad Prism 10 | Graphpad | v10.6.1 | |
| 가열 블록 | 연구비 지원금 | QBT1 | |
| Hybrigene 하이브리다이제이션 오븐 | Techne (Bibby Scientific) | FHB4DD | |
| Ixplore IX83 SpinSR 초고해상도 현미경 시스템 | Olympus | ixplore-ix83-spinsr | 들뜸 레이저: 405/488/561/640 nm. 방출 필터: 447/60, 525/50, 617/73, 685/40. |
| Zeiss Arivis Pro | Carl Zeiss Microscopy GmbH | v. 4.5 (이전 Arivis Vision 4D) | |
| Zeiss Arivis SIS 컨버터 | Carl Zeiss Microscopy GmbH | v. 4.3.0 |
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