Met dit protocol, konden we beeld 160 pm dikke hersencoupes van muizen geïnfecteerd met de parasiet Toxoplasma gondii, die visualisatie en analyse van de ruimtelijke relatie tussen de encysting parasiet besmette neuron maakt.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Met dit protocol, konden we beeld 160 pm dikke hersencoupes van muizen geïnfecteerd met de parasiet Toxoplasma gondii, die visualisatie en analyse van de ruimtelijke relatie tussen de encysting parasiet besmette neuron maakt.
Toxoplasma gondii is een obligaat intracellulaire parasiet met een breed gastheerbereik, waaronder mensen en knaagdieren. In zowel mensen als knaagdieren, Toxoplasma wordt een levenslange persistente infectie in de hersenen. Hoewel deze hersenen infectie asymptomatisch meeste immunocompetente mensen, voor de foetus of immuungecompromitteerde personen, zoals verworven immunodeficiëntiesyndroom (AIDS) patiënten deze voorkeur voor en persistentie in de hersenen kan leiden tot verwoestende neurologische ziekte. Het is dus duidelijk dat de hersen- Toxoplasma interactie is essentieel voor de symptomatische ziekte door Toxoplasma, maar we hebben weinig begrip van de cellulaire en moleculaire interacties tussen cellen van het centrale zenuwstelsel (CNS) en de parasiet. In het muismodel van CNS toxoplasmose het is bekend dan 30 jaar dat neuronen de cellen waarin de parasiet aanhoudt, maar weinig informatie beschikbaar over welkedeel van het neuron wordt over het algemeen besmet (soma, dendriet, axon) en als dit cellulaire relatie verandert tussen stammen. Deels dit gebrek ondergeschikt is aan de moeilijkheid van beeldvorming en visualiseren gehele geïnfecteerde neuronen van een dier. Dergelijke beelden zou vergen doorgaans seriële snijden en stikken van weefsel in beeld gebracht met behulp van elektronenmicroscopie of confocale microscopie na immunostaining. Door het combineren van verschillende technieken, de hier beschreven werkwijze maakt het gebruik van dikke secties (160 urn) te identificeren en het gehele cellen die cysten bevatten, zodat driedimensionale visualisatie en analyse van individuele, chronisch geïnfecteerde neuronen zonder immunokleuring, elektronenmicroscopie , of seriële snijden en stikken. Met deze techniek kunnen we beginnen de cellulaire relatie tussen de parasiet en de geïnfecteerde neuron begrijpen.
Het algemene doel van deze methode is in een hoge resolutie, drie-dimensionale beelden van individuele neuronen die zijn geïnfecteerd met het obligate intracellulaire parasiet Toxoplasma gondii verkrijgen.
Toxoplasma wordt vaak beschouwd als een van de meest succesvolle parasieten vanwege zijn grote tussengastheer serie, die mensen en knaagdieren bevat. Bij zowel mensen en knaagdieren, na acute infectie door het eten van besmet voedsel of water, Toxoplasma is in staat om een persistente infectie van het CZS veroorzaakt door het omzetten van zijn snelle replicerende vorm (de tachyzoite) om de trage-vermeerderingsfase encysting vorm (de bradyzoite ). In immuuncompetente individuen, wordt dit latente CNS infectie gedacht relatief asymptomatisch zijn, maar in immuungecompromitteerde personen zoals AIDS patiënten of ontvangers, kan weer uitbreken van de parasiet tot fatale encefalitis toxoplasmic 1,2. Daarnaast recente studies have aangetoond dat latente infectie met Toxoplasma kan leiden tot gedragsveranderingen bij knaagdieren 3,4, hoewel het mechanisme blijft onbekend.
Verrassend, ondanks deze gegevens benadrukken het belang van het CNS- Toxoplasma interactie, relatief weinig bekend is over deze relatie, in het bijzonder op cellulair en moleculair niveau. De mogelijkheid om zelfs eenvoudige aspecten van de interactie hersenen-parasiet bestuderen is deels belemmerd door technologische beperkingen. Bijvoorbeeld, het merendeel van het werk blijkt dat neuronen de cellen waarin cysten blijven is gedaan met elektronenmicroscopie (EM) 5,6. Hoewel EM geeft hoge resolutie, het is tijdrovend, arbeidsintensief en duur. Immunofluorescentie (IF) assays zijn onlangs gebruikt in combinatie met confocale microscopie met het werk van EM 7 bevestigen. IF testen zijn technisch eenvoudig uit te voeren en relatief goedkoop, maar met behulp van deze technieken understand de ruimtelijke relatie tussen de cyste en de besmette neuron vereist seriële reconstructie, dat is tijdrovend, technisch moeilijk, en kan leiden tot verlies van waardevolle informatie. Aldus hebben we een methode die kan worden gebruikt met het muismodel van CNS toxoplasmose en laat ons beeld de gehele geïnfecteerde neuronen zonder EM of immunohistochemie (IHC) ontwikkeld. Door het ontwikkelen van een dergelijke techniek, kunnen we beginnen de cellulaire relatie tussen de geïnfecteerde cel en de cyste in een relatief snelle en goedkope wijze verkennen.
De methode die we ontwikkeld combineert nieuwere technieken voor het optisch clearing en imaging dikke hersensecties door confocale microscopie 8 met een systeem dat markeert in vivo cellen die zijn ingespoten met parasiet eiwitten 9,10. In dit systeem infecteren we Cre-reporter muizen die een groen fluorescerend eiwit (GFP) tot expressie na Cre gemedieerde recombinatie 11 met Toxoplasma Stammen die een rood fluorescerend eiwit (RFP) te uiten en te injecteren Cre recombinase in gastheercellen 9. Deze combinatie stelt ons in staat om de geïnfecteerde muizenhersenen oogsten na CNS infectie is vastgesteld, snijd dikke hersenen secties, en snel te identificeren relevante gebieden om het beeld door het vinden van de RFP + cysten. Het is belangrijk op te merken dat als gastheercel expressie van GFP alleen afhankelijk injectie van Cre door parasieten, en niet op infectie, een aantal GFP + cellen niet parasieten 10 bevatten. Als het doel van dit protocol is om te kunnen het hele geïnfecteerde neuronen, de focus is alleen op GFP + neuronen die ook een RFP + cyste bevatten, maar het protocol kan ook worden gebruikt voor het imago van de GFP + / RFP - neuronen.
Zodra de besmette hersenen wordt geoogst en gesegmenteerd, worden de secties transparant gemaakt door glycerol clearing. Geschikte gebieden van de secties worden vervolgens afgebeeld met confocale microscopie, algende ongekende visualisatie van geïnfecteerde gastheercellen en de ingekapselde parasieten in hun geheel. Hier bieden we een compleet protocol voor het identificeren, optisch clearing, en imaging geïnfecteerde neuronen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
OPMERKING: De muizen werden gekweekt en onderhouden in een constante temperatuur en vochtigheid kamer met 12 uur teruggedraaid licht / donker cycli met voedsel en water ad libitum beschikbaar aan de Universiteit van Arizona. Experimenten werden uitgevoerd onder de richtsnoeren en de goedkeuring van de Institutional Animal Care en gebruik Comite van de Universiteit van Arizona. Alle inspanningen werden gedaan om het lijden te minimaliseren. De Cre-reporter muizen op een C57BL / 6 achtergrond 11 en zijn commercieel verkrijgbaar.
1. Mouse Infectie
OPMERKING: De werkwijze muis infectie met Toxoplasma gondii hieronder beschreven is gebruikt in studies eerder gepubliceerd 10-12.
2. perfusie en Brain Oogsten
Opmerking: Dit protocol werd uitgevoerd op 21 dagen na infectie (dpi) aangezien dit het tijdstip waarop piek aantal cysten worden gevonden in muizenhersenen, maar andere tijdstippen worden gebruikt. Grootte, aantal, plaats, en de aanwezigheid of afwezigheid van cysten afhankelijk van vele factoren zoals muizenstam, parasiet stamtype als inoculum 7,14 - 17. Onderzoekers zullen moeten individueel bepalen van de juiste entstof voor de muis en Toxoplasma stam hij / zij gebruikt.
3. Brain-Sectie
4. Optische Clearing van Brain Tissue secties
LET OP: Dit protocol is gewijzigd ten opzichte van een eerder gepubliceerde methode 8.
5. Montage Brain Tissue secties
6. Imaging
OPMERKING: Elke microscoop kan worden gebruikt, dat de mogelijkheid van het verkrijgen van een hoge resolutie z-stacks heeft.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 7 omvat representatieve beelden van twee cyste bevattende GFP + neuronen van twee 160 urn dikke secties en een representatieve meting van de afstand van cyste-cel-orgaan Figuur 7B. Figuren 7 A en B illustreren dat deze nieuwe protocol maakt visualisatie van de geïnfecteerde neuron in zijn geheel. Figuur 7C toont dat bij deze beeldvormende techniek is het nu mogelijk om de afstand tussen de cyste en het cellichaam (Imaris 7.7) kwantific...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Aangezien cellulaire veranderingen in geïnfecteerde gastheercellen zijn gekoppeld aan de ziektebeelden bij infecties met andere intracellulaire organismen zoals HIV, hondsdolheid en Chlamydia 18,19, ontwikkelden we een techniek waarmee we de intieme interacties die optreden tussen de CNS bestuderen gastheercel en Toxoplasma. De hier beschreven methode Dit doel wordt bereikt doordat efficiënte beeldvorming van chronisch geïnfecteerde neuronen. Voorafgaand aan de ontwikkeling van deze methode, zoals be...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Wij danken de hele Koshy lab voor nuttige discussies. Wij danken Patty Jansma en de Universiteit van Arizona Neuroscience afdeling voor advies en hulp met beeldvorming. We danken ook de Porreca lab voor het gebruik van hun Vibratome. Dit onderzoek werd gesteund door de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH NS065116, AAK).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Vibratome Series 1000 Sectioning System | Technical Products International, Inc. | Andere vibratomen zijn compatibel | |
| Glycerol | Fisher Scientific | BP229-1 | |
| Tween-20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| Premium Slides | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
| #1.5 Coverslips | VWR | 48393 251 | |
| Diamond Scriber | VWR | 52865-005 | |
| Zeiss LSM 510 Meta confocal microscope | Zeiss | LSM 510 | |
| Ketaject® Ketamine HCl Inj., USP 100 mg/ml | Western Medical Supply, Inc. | 4165 | |
| AnaSed® Injection Xylazine 20 mg/ml | Lloyd Inc. | ||
| ZsGreen Mice | Jackson Laboratories | 7906 | B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm6(CAG-ZsGreen1)Hze/J |
| Chirurgische apparatuur | Duimtang; Fijne schaar-zijwaarts geslepen, scherp-scherp; Scherpe schaar; Kelly hemostatiek; Mayo schaar; Micro spatel. | ||
| Human Foreskin Fibroblasts (HFF) cellen | Dit zijn primaire cellen uit menselijke voorhuiden. We maken deze zelf, maar ze kunnen ook worden gekocht bij externe leveranciers. | ||
| Dulbecco's High Glucose Modified Eagles Medium (DMEM) | HyClone | SH30081.01 | |
| Penicillin Streptomycin Solution, 100x | Corning | 30-002-Cl | |
| 200 mM L-alanyl-L-glutamine | Corning | 25-015-Cl | |
| 25 cm2 Canted neck flask | Fisher Scientific | 1012639 | |
| Phosphate-Buffered Saline, 1x Zonder Calcium en Magnesium | VWR | 45000-446 | |
| Phosphate-Buffered Saline, 10x, USP Sterile Ultra Pure Grade | amresco | K813-500ml | |
| Fetaal bovien serum | Gibco | 26140-079 | |
| Bright-Line Hemocytometer | Sigma-aldrich | Z359629-1EA | |
| Mouse Brain Slicer Matrix | Zivic Instruments | BSMAS005-1 | |
| Natriumchloride | Fisher Scientific | BP358-1 | |
| Heparine natriumzout uit varkensdarm slijmvlies | Sigma-aldrich | H3393-100KU | |
| Paraformaldehyde | Fisher Scientific | O4042-500 | |
| 20 ml Wegwerp Scintillatie Flacons | Fisher Scientific | FS74500-20 | |
| Alcohol, Ethyl, 95%, 190 Proof | In-house | 17212945 | Dit product wordt gekocht bij een interne voorraadkamer. Andere bedrijven zijn compatibel. |
| Imaris Software | Bitplane | ||
| Klare nagellak | Andere merken zijn compatibel | ||
| 10 ml Spuit met Luer-Lok | VWR | BD309604 | Andere spuiten zijn compatibel |
| Drieweg Stopcock | Elk merk is compatibel | ||
| Hypodermische naald | Elk merk is compatibel - gebruikt om de muis vast te pinnen. | ||
| Celkrabber | Elk merk is compatibel | ||
| 25 G x 12" Tubing, Veiligheid Bloedafname Set, met Luer Adapter | Greiner Bio-One | 450099 | Andere merken zijn compatibel |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
A correction was made to "3-D Imaging and Analysis of Neurons Infected In Vivo with Toxoplasma gondii". The ordering of the authors was inverted. The order has been updated from:
Anita A. Koshy, Carla M. Cabral
to:
Carla M. Cabral, Anita A. Koshy